最全铝基二元相图
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二元合金相图ppt课件
共晶 ]
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28
2、共晶合金室温平衡组织特征
共晶组织的基本特征是 两相均匀并交替分布， 根据合金组元的不同，共晶组织的形态各异， 有层片状、棒状、球状、针状、螺旋状等。
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29
（Pb-Sn）共晶组织（层片状）
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30
（Al-Si）共晶组织（针状）
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共晶合金结精选晶版课过件p程pt 分析
+ +
t/s
27
概括起来，共晶合金平衡结晶过程为： 共晶温度以上： 液态L61.9 共晶温度： 共晶转变 L61.919 97.5
共晶温度以下： 二次结晶 Ⅱ ， Ⅱ
室温组织： （+）共晶 [由于 Ⅱ和Ⅱ常与共晶和相连， 显微镜下很难分辨，室温组织为：（+）
V1×10%+V2×30精%选=版2课0件%p×pt (V1+V2)
11
这种方法可推广到固相和固液混合相
如图：成分为C的Ni-Cu合金，缓冷到t℃时,根据相图分 析：（Ⅰ）此状态下存在哪几相？（Ⅱ）各相的成分如 何？（Ⅲ）各相的数量（绝对数量与相对数量）？
（Ⅰ）由相图可知，C点
1500
存在L+α两相区
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。
二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。
具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
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6
（一）二元合金相图的建立 （以Cu-Ni二元合金为例）
1、建立相图的思路：
二元共晶相图：两组元在液态下无限互溶，冷却 时发生共晶转变的二元精选合版课金件p相pt 图叫二元共晶相图。21
2010秋-轻合金-4-铝合金相图及合金相
杂质铁和硅在Al-Cu-Mn系合金中有时还可能形成
(FeMn)Al6相。
2. 3 3×××系和 4×××系中的多元化合 物
3×××系合金的主要合金元素是锰，该系合金中的锰含量 在1.0%～1.6%，Fe、Si是主要杂质元素。
Fe、Si元素含量对合金相和显微组织有很大影响，必须严格
控制其含量。
可以认为3×××系合金是Al-Mn-Fe-Si基合金。
3×××系合金的铸态组织除基体 (Al) 外，在枝晶间存在 粗大富铁共晶化合物，化合物有两种类型: 正交Al6(FeMn) 和立方Al12(FeMn)3Si，其相对数量取决于合金成分以及冷 却速度。
半连续铸造的冷速有利于Al6(FeMn) 相的生成，在双辊铸造 较高的冷速下，Al12(FeMn)3Si 为主要共晶相。
合金中锰或铬加入量大于0.1%，且合金中硅含量等于或
大于镁含量时，还会出现(FeMn)3Si2Al15或(CrFe)4SiAl13
相。
6061和6063合金半连续铸造状态主要组成为 (Al)+Mg2Si二相共晶体，
6070合金则为(Al)+Mg2Si+W三相共晶体。
此外，由于这些合金中均含有锰，组织中将出现 (FeMn)3 Si12Al15相，6083合金中若以铬代锰则生成 (CrFe)4Si4Al13相。
由于工业合金中还含有铜、铁和锰等组元，硅将和锰形成 多元复杂化合物。
工业生产的Al-Mg-Si-Cu系合金中，当镁含量大于0.3%、
硅大于0.2%时合金组织中出现Mg2Si相；硅含量大于镁、 铜含量大于0.1%，或含有等量的镁和硅、铜含量大于 0.3%，即出现W(Cu2Mg8Si6Al5)相。
4 第四章 相图(二元)
配制合金系中几种不同成分合金 熔化后，测试其冷却曲线 根据曲线上的转折点，确定各合金的凝固温度 将上述数据引入以温度为纵轴，成分为横轴的坐标
平面中 连接意义相同的点，作出相应的曲线 曲线将图面分成若干区域----相区。经过金相组织分 析，测出各相区所含的相，将相的名称标注其中， 相图工作就完成
4，过共晶合金
★ E点以右，D点以左，为过共晶合金，与亚 共晶合金类似，白色卵形为初晶β，黑色为共 晶体（α＋β）。 ★α,β,αⅡ,βⅡ,(α+β)称组织组成物 ★α,αⅡ为一个相。(α+β)两相混合物，称共晶 体。 ★求组织组成物的相对量，同样可用杠杆定理 标明各区的组织---组织分区图
四、共晶组织和初晶形貌 1，共晶组织的形貌
测试时要求合金的成分准确，纯度高，冷却
速度要慢0.5~1.5℃/min
下面是Ni-Cu合金相图，是最简单的相图之一
Ni 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 20% 40% Cu Cu
80% Cu 60% Cu
Cu
Ni 20 40 60 80 Cu Cu%
2.2. 使用二元合金相图的基本方法
2 > 2 ；此时 2 -2 <0
dG＜0
当α相与β相彼此平衡时，在dG=0, 同理 ：------------------------------
= =
1
2
2
1
1.3. 相律
相律是分析和使用相图的重要依据。凝集态
受压力影响很小，在恒压下：相平衡条件的 数学表达式：f=c-p+1 (在物理化学中也指出) 式中C为组元数，P为共存的平衡相数，f为自 由度数。 单元系(纯金属) f=1-2+1=0，自由度为1，表 明恒温下平衡熔化或凝固。 二元系C=2，当f=0,p=3,在恒定温度下处于三 相平衡；两相共存时，自由度数目为1，表明 平衡凝固或熔化就在一定温度范围
Zn_Al系二元相图的研究
表 3 PRD 试验结果
样品编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
试样成分 w ( Zn) / %
10. 0 20. 0 35. 0 40. 0 49. 0 55. 0 61. 3 65. 0 69. 5
共析反应温度 / ℃
279. 4 279. 8 280. 3 280. 1 279. 8 279. 3 280. 0
Growth, 1986. 7 谢敬佩 ,祝要民 ,王晓颖 ,等. 高耐磨 、高阻尼锌铝合金研究. 特种铸造
及有色合金 , 1999 (2) : 10～13 8 倪锋 ,龙锐 ,侯平均 ,等. Zn2A l合金先共晶相的形核与生长特性试验
研究. 特种铸造及有色合金 , 2001 (3 ) : 1～3 9 Shuzhen. Imp roving the Mechanical Properties and W ear Resistance of
特种铸造及有色合金 , 1998 (2) : 7～9 5 Gervais E, Levert H. The Development of a Fam ily of Zinc2base Foundry
A lloys. AFS Transactions, 1980 ( 3) : 47～52 6 Ayik O . Solidification and Foundry Studies of Zn /A l A lloys . J Crystal
2 消除方法
①雨天停产 ,在梅雨天投入炉内所有原材料都要烘 干 ,用钟罩压入 0. 1%的 ZnC l2 必须经过脱水干燥 。如 仍然含气 ,可再用 0. 1%的脱水 ZnC l2 去气 。为了降低 铝铁中间合金本身含气量 ,在熔炼中间合金过程中 ,还 应该用质量分数为 0. 2% ～0. 3%的 C2 Cl6 除气精炼 。 ②减少磷铜的加入量 ,使涡轮 P残留量小于 0. 04% ,小 心搅拌脱氧 ,为了防止加入的铝铁中间合金在液面熔化 时大量吸气 , 将铝铁中间合金压入 Cu 液内 , 再搅拌 。 应该强调的是 ,在熔炼过程中 ,不要过分搅动 Cu液 ,因 为铝青铜吸气倾向大 ,当 Cu液表面有一层 A l2 O3 薄膜 覆盖时 ,能减轻气体的侵入 。 ③检查炉前试样合格后 , 不但在 Cu液表面撒上一层冰晶石粉 ,而且还要用纱布 袋往型腔内抖上簿簿的一层冰晶石粉 。在高温下 ,冰晶 石粉与铸型中水分起以下化学反应 :
样品编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
试样成分 w ( Zn) / %
10. 0 20. 0 35. 0 40. 0 49. 0 55. 0 61. 3 65. 0 69. 5
共析反应温度 / ℃
279. 4 279. 8 280. 3 280. 1 279. 8 279. 3 280. 0
Growth, 1986. 7 谢敬佩 ,祝要民 ,王晓颖 ,等. 高耐磨 、高阻尼锌铝合金研究. 特种铸造
及有色合金 , 1999 (2) : 10～13 8 倪锋 ,龙锐 ,侯平均 ,等. Zn2A l合金先共晶相的形核与生长特性试验
研究. 特种铸造及有色合金 , 2001 (3 ) : 1～3 9 Shuzhen. Imp roving the Mechanical Properties and W ear Resistance of
特种铸造及有色合金 , 1998 (2) : 7～9 5 Gervais E, Levert H. The Development of a Fam ily of Zinc2base Foundry
A lloys. AFS Transactions, 1980 ( 3) : 47～52 6 Ayik O . Solidification and Foundry Studies of Zn /A l A lloys . J Crystal
2 消除方法
①雨天停产 ,在梅雨天投入炉内所有原材料都要烘 干 ,用钟罩压入 0. 1%的 ZnC l2 必须经过脱水干燥 。如 仍然含气 ,可再用 0. 1%的脱水 ZnC l2 去气 。为了降低 铝铁中间合金本身含气量 ,在熔炼中间合金过程中 ,还 应该用质量分数为 0. 2% ～0. 3%的 C2 Cl6 除气精炼 。 ②减少磷铜的加入量 ,使涡轮 P残留量小于 0. 04% ,小 心搅拌脱氧 ,为了防止加入的铝铁中间合金在液面熔化 时大量吸气 , 将铝铁中间合金压入 Cu 液内 , 再搅拌 。 应该强调的是 ,在熔炼过程中 ,不要过分搅动 Cu液 ,因 为铝青铜吸气倾向大 ,当 Cu液表面有一层 A l2 O3 薄膜 覆盖时 ,能减轻气体的侵入 。 ③检查炉前试样合格后 , 不但在 Cu液表面撒上一层冰晶石粉 ,而且还要用纱布 袋往型腔内抖上簿簿的一层冰晶石粉 。在高温下 ,冰晶 石粉与铸型中水分起以下化学反应 :
23.二元合金共晶相图及结晶
7
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
x1合金凝固过程
温度3
遇上固溶度线，α析 出βⅡ βⅡ优先从α晶界析出
其次是晶粒内缺陷
961.9 A
αB
T/℃
8.8
3
温度4 由α和βⅡ 组成 α和βⅡ 的体积百分含量
3F
F4
Ag
0.35
α成分变化线
% 4G 100%
FG
Ⅱ%＝
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
2.10 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织
Eutectic Phase Diagram
• 1 相图分析
• 2 共晶系合金的平衡凝固和组织 • 3 共晶组织及其形成机理
• 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
2020/4/9
柏振海 baizhai@
2020/4/9
柏振海 baizhai@
21
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
Pb－Sn亚共晶合金平衡凝固的组织
亚共晶III合金： Pb－50％Sn组织α＋（α＋β）共晶＋βII
2020/4/9
βII
α+β
α
柏振海 baizhai@
层片状(Pb-Cd),×250
棒状
纤维状(Sn-Pb)(横截面),×150 针状(Al-Si),×100
螺旋状(Zn-MgZn2),×500蛛网状(Al-Si),×100 骨骼状(Al-Ge),×500
2020/4/9
柏振海 baizhai@
25
1
中南大学材料科学与工程学院
典型铝合金相图 ppt
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焦宇鸿
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典型的铝合金三元相图
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典型的铝铝合金相图
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1. 二元合金相图
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焦宇鸿
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二元合金相图(很好很强大)
种直接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。
.2
精品课件
温度降到3点以下， 固溶体被Sn过饱和，由于晶格 不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相— 相。
由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。
H
精品课件
由 析出的二次 用Ⅱ 表示。
随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线
fefe3c相图恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同共析反应共析反应恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新包晶反应包晶反应恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不共晶反应共晶反应说明说明反应式反应式图形特征图形特征反应名称反应名称常见三相等温水平线上的反应作出典型合金冷却曲线示意图二元合金冷却曲线的特征是
精品课件
⑶ 组织组成物在相图上的标注
组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
Ⅰ和Ⅰ, Ⅱ 和Ⅱ,共晶 体(+)都
是组织组成 物。
相与相之间的
差别主要在
结构和成分
上。
精品课件
组织组成物之间的差别主要在形态上。如Ⅰ 、 Ⅱ和 共晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的形
态不同，分属不同的组织组成物。
于温度t 的o点作水平线，
其与液固相线交点a、b所 t
对应的成分x1、x2即分别
为液相和固相的成分。
精品课件
1
2
② 确定两平衡相的相对重量
设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。
则 QL + Q =1
QL x1 +
Q x2 =x
.2
精品课件
温度降到3点以下， 固溶体被Sn过饱和，由于晶格 不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相— 相。
由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。
H
精品课件
由 析出的二次 用Ⅱ 表示。
随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线
fefe3c相图恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同共析反应共析反应恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新包晶反应包晶反应恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不共晶反应共晶反应说明说明反应式反应式图形特征图形特征反应名称反应名称常见三相等温水平线上的反应作出典型合金冷却曲线示意图二元合金冷却曲线的特征是
精品课件
⑶ 组织组成物在相图上的标注
组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
Ⅰ和Ⅰ, Ⅱ 和Ⅱ,共晶 体(+)都
是组织组成 物。
相与相之间的
差别主要在
结构和成分
上。
精品课件
组织组成物之间的差别主要在形态上。如Ⅰ 、 Ⅱ和 共晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的形
态不同，分属不同的组织组成物。
于温度t 的o点作水平线，
其与液固相线交点a、b所 t
对应的成分x1、x2即分别
为液相和固相的成分。
精品课件
1
2
② 确定两平衡相的相对重量
设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q。
则 QL + Q =1
QL x1 +
Q x2 =x
二元合金及其相图
第八章有色金属及合金
通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材 料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。 与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如 铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点， 在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、 铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工 业不可缺少的材料。虽然有色金属 使用量少，在机械 制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少 的材料。
2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。 3、固溶强化 合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶 体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。
4、加入变质剂，进行变质处理—细晶强化。 例：Al－Si铸造合金，浇铸前加入2－3％钠盐混合 物（2/3NaF + 1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶 核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。
牌号表示方法：字母“ZL”＋三位数字 ZL－铸铝; 第一位数字表示合金类别 1－表示铝硅系， 2－表示铝铜系 3－表示铝镁系， 4－表示铝锌系 第 二、三位数字表示顺序号。 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。
特点：铸造性能好（Al-Cu合金差）
用途：铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的 铝合金零件，例如汽车、拖拉机发动机的活塞等。
第一节 铝及其合金 一、工业纯铝 特性： 1、熔点低，比重小。熔点为660.4 ℃ 密度 2.72 3、面心立方晶格，强度低（σb=80-100MPa）， 塑 性好（ψ=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其 面心立方晶体有关。 4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。 牌号：工业纯铝牌号有 L1 L2 …….. L7 数字大纯度低 高纯铝 L01 L02 ……L04 数字大纯度高。 主要用途：电线、电缆
通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材 料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。 与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如 铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点， 在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、 铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工 业不可缺少的材料。虽然有色金属 使用量少，在机械 制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少 的材料。
2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。 3、固溶强化 合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶 体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。
4、加入变质剂，进行变质处理—细晶强化。 例：Al－Si铸造合金，浇铸前加入2－3％钠盐混合 物（2/3NaF + 1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶 核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。
牌号表示方法：字母“ZL”＋三位数字 ZL－铸铝; 第一位数字表示合金类别 1－表示铝硅系， 2－表示铝铜系 3－表示铝镁系， 4－表示铝锌系 第 二、三位数字表示顺序号。 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。
特点：铸造性能好（Al-Cu合金差）
用途：铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的 铝合金零件，例如汽车、拖拉机发动机的活塞等。
第一节 铝及其合金 一、工业纯铝 特性： 1、熔点低，比重小。熔点为660.4 ℃ 密度 2.72 3、面心立方晶格，强度低（σb=80-100MPa）， 塑 性好（ψ=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其 面心立方晶体有关。 4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。 牌号：工业纯铝牌号有 L1 L2 …….. L7 数字大纯度低 高纯铝 L01 L02 ……L04 数字大纯度高。 主要用途：电线、电缆
第六章二元合金相图PPT课件
1. 当t在t1～t2之间时，L→α初 ，T↓，L↓，α％↑ 2 .当t＝tE温度时，剩余L相发生共晶反应生成二元共
晶组织（α＋β），恒温结晶。 组织为：α初＋（α＋β） 3 .当t<tE温度时，α成分（初晶和共晶）沿MF线变 化，由α→βⅡ ，β（共晶）成分沿NG线变化由 β→αⅡ,共晶组织中的二次相忽略。 室温组织： α初＋（α＋β）＋ βⅡ
19
（二）影响枝晶偏析的因素： 1.合金的冷却速度
冷却速度越大，原子间扩散不易进行，晶粒内不的化 学成分差别越大，偏析越严重； 2.偏析元素的扩散能力 元素的扩散系数越大，使最后结晶的不均匀程度减 小，使偏析减小； 3.相图的形状 相图的垂直距离和水平距离越大，使先结晶和后结晶 的固相化学成分差别加大，偏析严重。 枝晶偏析是一种显微偏析，扩散退火可以消除。
16
三. 杠杆定律
α%+L%=100%
ab
Wα＝ a c ×100％
WL
＝
b a
c c
×100％
＝ 1－Wα
杠杆定律应用
应当指出： 1.杠杆定律仅使用于平衡的两相区。 2.用杠杆定律可确定平衡两相的成分及两相的相对
重量。
17
四. 非平衡结晶
由于结晶速度远远大于原子的扩散速度，因此非平衡结 晶将偏离液、固相线变化。
固溶体合金的结晶过程分析
分由1→α1→α2→…以致消失。 固相成分由c1→c2→2→… α(ob成分) 最后得到成分均匀的ob成分等轴状的α固溶体。
12
（二）平衡结晶过程分析 1.形核（与纯金属比较）
满足形核的三个条件： 共性：（（12））热结力构学条条件件:r：≥GrS*<G结r构* =起L2σm伏ΔTmT
（2）确定α固溶体的相对量和剩余液相L的相对量。 满足α％＋L％＝100％ 和 ca×WL＝ob×Wα
晶组织（α＋β），恒温结晶。 组织为：α初＋（α＋β） 3 .当t<tE温度时，α成分（初晶和共晶）沿MF线变 化，由α→βⅡ ，β（共晶）成分沿NG线变化由 β→αⅡ,共晶组织中的二次相忽略。 室温组织： α初＋（α＋β）＋ βⅡ
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（二）影响枝晶偏析的因素： 1.合金的冷却速度
冷却速度越大，原子间扩散不易进行，晶粒内不的化 学成分差别越大，偏析越严重； 2.偏析元素的扩散能力 元素的扩散系数越大，使最后结晶的不均匀程度减 小，使偏析减小； 3.相图的形状 相图的垂直距离和水平距离越大，使先结晶和后结晶 的固相化学成分差别加大，偏析严重。 枝晶偏析是一种显微偏析，扩散退火可以消除。
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三. 杠杆定律
α%+L%=100%
ab
Wα＝ a c ×100％
WL
＝
b a
c c
×100％
＝ 1－Wα
杠杆定律应用
应当指出： 1.杠杆定律仅使用于平衡的两相区。 2.用杠杆定律可确定平衡两相的成分及两相的相对
重量。
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四. 非平衡结晶
由于结晶速度远远大于原子的扩散速度，因此非平衡结 晶将偏离液、固相线变化。
固溶体合金的结晶过程分析
分由1→α1→α2→…以致消失。 固相成分由c1→c2→2→… α(ob成分) 最后得到成分均匀的ob成分等轴状的α固溶体。
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（二）平衡结晶过程分析 1.形核（与纯金属比较）
满足形核的三个条件： 共性：（（12））热结力构学条条件件:r：≥GrS*<G结r构* =起L2σm伏ΔTmT
（2）确定α固溶体的相对量和剩余液相L的相对量。 满足α％＋L％＝100％ 和 ca×WL＝ob×Wα
2010秋-轻合金-4-铝合金相图及合金相
Fe3Si2Al12、Fe5Si2Al20，成分组成范围为30%～33%(质
量)Fe、6%～12%(质量)Si；
相的化学计量表达式有Fe2Si2Al9、FeSiAl5，成分组成范 围为25%～30%(质量)Fe、12%～15%(质量)Si。
在平衡态的Al-Fe-Si系中，相被认为具有六方 晶格结构。文献中，六方相被表达为 或 2。
在铸造快速冷却过程中，锰以过饱和的形式存在于铝基体中。
在典型铸造态 3003合金中，约有0.7%～0.9%(质量)的Mn固 溶在铝基体中。 在铸锭加热过程中，Al12(FeMn)3Si 和 Al6(FeMn) [ 当Si含 量低于约0.07%(质量)时] 在富锰的枝晶间以细小颗粒状弥散 析出。
Mn在Al中的扩散很慢。 Fe、Si对Mn的析出动力学有显著影响。 Si 加速Mn的析出，Fe降低Mn在Al中的固溶度因而也加快
Mn的析出速度。
这些细小颗粒的尺寸、分布对再结晶过程有很大影响。 必须选择合适的铸锭均匀化工艺控制析出相的尺寸和分布， 从而有效控制板材再结晶后合金的晶粒度。
铝合金相图及合金相
1. 铝合金相图
1. 1 铝合金中重要的二元相图
铝合金中重要的二元合金相图主要包括Al-Fe、 Al-Cu、 Al-Mn、 Al-Si、 Al-Mg、Al-Zn、Al-Cr、 Al-Ti、Al-Zr、Al-La、Al-Ce 等相图。
图1～图12是相应的部分二元合金相图。
图1 Al-Cr 二元相图Fra bibliotekAlCr5、AlCr10、AlCr20 ）
由于工业合金中还含有铜、铁和锰等组元，硅将和锰形成 多元复杂化合物。
量)Fe、6%～12%(质量)Si；
相的化学计量表达式有Fe2Si2Al9、FeSiAl5，成分组成范 围为25%～30%(质量)Fe、12%～15%(质量)Si。
在平衡态的Al-Fe-Si系中，相被认为具有六方 晶格结构。文献中，六方相被表达为 或 2。
在铸造快速冷却过程中，锰以过饱和的形式存在于铝基体中。
在典型铸造态 3003合金中，约有0.7%～0.9%(质量)的Mn固 溶在铝基体中。 在铸锭加热过程中，Al12(FeMn)3Si 和 Al6(FeMn) [ 当Si含 量低于约0.07%(质量)时] 在富锰的枝晶间以细小颗粒状弥散 析出。
Mn在Al中的扩散很慢。 Fe、Si对Mn的析出动力学有显著影响。 Si 加速Mn的析出，Fe降低Mn在Al中的固溶度因而也加快
Mn的析出速度。
这些细小颗粒的尺寸、分布对再结晶过程有很大影响。 必须选择合适的铸锭均匀化工艺控制析出相的尺寸和分布， 从而有效控制板材再结晶后合金的晶粒度。
铝合金相图及合金相
1. 铝合金相图
1. 1 铝合金中重要的二元相图
铝合金中重要的二元合金相图主要包括Al-Fe、 Al-Cu、 Al-Mn、 Al-Si、 Al-Mg、Al-Zn、Al-Cr、 Al-Ti、Al-Zr、Al-La、Al-Ce 等相图。
图1～图12是相应的部分二元合金相图。
图1 Al-Cr 二元相图Fra bibliotekAlCr5、AlCr10、AlCr20 ）
由于工业合金中还含有铜、铁和锰等组元，硅将和锰形成 多元复杂化合物。
铝合金热处理PPT课件
常见的热处理缺陷——过烧
2019/11/4
正常淬火组织×400
严重过烧组织×400
2019/11/4
避免过烧的措施
1.掌握不同合金的实际过烧温度
2.严格执行淬火加热工艺规程和准确控制炉温 3.定期检查实际炉温的均匀性和控温仪表的 可靠性
2019/11/4
常见的热处理缺陷——淬火开裂
水温过低
铸件开裂
要点：在不过热过烧条件下，T淬高些，保温t 长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止 淬火变形开裂，一般采用20～80℃水冷却
时效 工艺
温度：对一定合金，有最佳时效温度. 时间：在一定时效温度下，有最佳时效时间。 方式：单级和多级时效。高强合金常用分级时效
2019/11/4
常见的热处理缺陷
过烧 淬火变形与开裂 机械性能不合格 腐蚀氧化
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程。
加热：一般都是加热到相变温度以上，以获得高温 组织。
保温：使内外温度一致，保证显微组织转变完全。
冷却：随炉冷、空冷、水冷。
温度（℃）
L+α
L
α
α+β
Al 水冷
空冷
时间（t） 随炉冷
2019/11/4
铝合金的主要热处理形式
铝合金的主要热处理形式是退火与淬火时效。
2019/11/4
时效 将淬火后的铝合金，在室温
或低温加热下保温一段时间， 随时间延长其强度、硬度显著 升高而塑性降低的现象，称为 时效。室温下进行的时效称为 自然时效；低温加热下进行的 时效称为人工时效。
2019/11/4
3、影响时效强化的主要因素
固溶 处理
规律：淬火T越高，淬火冷却V越快，转移t越 短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大
工程材料--合金的相结构和二元合金相图
rm / Rx<0.59 rm / Rx>0.59
成分 固定
不固定 不固定 不固定
晶胞 复杂 性能 硬、脆
由C电决定 简单
复杂
较硬、脆 很硬、脆 极硬、脆
举例 Mg2Si
Cu3Al
VC
Fe3C
三、合金的组织
1、基体——多为单质金属或固溶体
2、强化相——多为金属化合物。
例： 基体：F(88%) HB=80 T8 强化相：Cm(12%) HB=800
【枝晶偏析】指晶粒内部化学成分分布不均匀的现象， 因结晶呈树枝状，又称枝晶偏析。
偏析的危害：耐蚀性、机械性能↓
偏析的消除：出现枝晶偏析后，可通过扩散退火予以消 除。一般采用将铸件加热到低于固相线100～200℃的 温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，成 分均匀化。
三、共晶相图
液态无限互溶，固态有限互溶，并发生共晶 反应的二元合金系形成的相图。
量百分比(wt%)、原子百分比(at%)、体积百分比 等，一般用重量百分比.
例：45钢，含0.45%C，其余主要是Fe。
4、【合金系】 指由给定组元按不同比例配制的一系列成分不
同的合金。 例如： Fe—C合金系
5、 【相】指材料中成分、结构、性能相同并 有界面与其他部分隔开的均匀组成部分。
6、【合金的组织】
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
材料科学基础-二元系相图及其合金凝固1.3-二元包晶相图
αⅡ＋
（4）包晶点(P)以右合金III的平衡凝固
1
L＋
D
P2
42.4
1
L＋2
1 2
3
室温组织为：单相组织
（5） 包晶点(P)以左合金I的平衡凝固
1 1
L＋
D
2
P2
H 42.4
L＋
液态合金冷却到1－2点时，发生匀 晶转变，液相中先结晶出初晶α相。
α相成分沿AD变化，液相成分沿 AC变化。 当温度达到2点时，液相成分相当 于C点成分， α相成分相当于D点成 分，合金处于LC+αD两相平衡状态。
以后，随着温度继续下降，在4点 以下温度范围，从β相中析出次生相 α，β→αⅡ。此时，合金处于α和β两 相平衡，直至室温。 合金在室温处于α和β两相平衡，室 温组织为β+αⅡ。
（3） 包晶点(P)以右合金II的平衡凝固
1
L＋
D
P2
42.4
1 L＋2
3
在0~1点温度范围，合金为液相。
根据这两个特点，在工业上可有 下述应用。 (1). 在轴承合金中的应用 (2). 包晶转变的细化晶粒作用
4、包晶转变的实际应用
(1). 在轴承合金中的应用
滑动轴承是一种重要的机器零件。 由于价格昂贵，更换困难，所以希望 轴在工作中所受的磨损最小。
为此，希望轴承材料的组织由具有 足够塑性和韧性的基体及均匀分布的 硬质点所组成。
对于成分为PC范围的合金，在平衡 冷却条件下，包晶转变产物中不存在α 相。
但是，在非平衡冷却条件下，由于 包晶转变不完全，使得包围在β相中的 α相在包晶转变后仍有残留，通常把这 种组织称为核心（或包心）组织。
1
Hale Waihona Puke L＋DP2
（4）包晶点(P)以右合金III的平衡凝固
1
L＋
D
P2
42.4
1
L＋2
1 2
3
室温组织为：单相组织
（5） 包晶点(P)以左合金I的平衡凝固
1 1
L＋
D
2
P2
H 42.4
L＋
液态合金冷却到1－2点时，发生匀 晶转变，液相中先结晶出初晶α相。
α相成分沿AD变化，液相成分沿 AC变化。 当温度达到2点时，液相成分相当 于C点成分， α相成分相当于D点成 分，合金处于LC+αD两相平衡状态。
以后，随着温度继续下降，在4点 以下温度范围，从β相中析出次生相 α，β→αⅡ。此时，合金处于α和β两 相平衡，直至室温。 合金在室温处于α和β两相平衡，室 温组织为β+αⅡ。
（3） 包晶点(P)以右合金II的平衡凝固
1
L＋
D
P2
42.4
1 L＋2
3
在0~1点温度范围，合金为液相。
根据这两个特点，在工业上可有 下述应用。 (1). 在轴承合金中的应用 (2). 包晶转变的细化晶粒作用
4、包晶转变的实际应用
(1). 在轴承合金中的应用
滑动轴承是一种重要的机器零件。 由于价格昂贵，更换困难，所以希望 轴在工作中所受的磨损最小。
为此，希望轴承材料的组织由具有 足够塑性和韧性的基体及均匀分布的 硬质点所组成。
对于成分为PC范围的合金，在平衡 冷却条件下，包晶转变产物中不存在α 相。
但是，在非平衡冷却条件下，由于 包晶转变不完全，使得包围在β相中的 α相在包晶转变后仍有残留，通常把这 种组织称为核心（或包心）组织。
1
Hale Waihona Puke L＋DP2