2.2二元相图的基本类型

2.2 二元相图的基本类型
Basic types of two-component phase diagram
一、相图的建立(Setting-up of phase diagram) 相图：平衡状态下，不同成分的合金， 在不同温度下，合金的状态、显微组织 形成规律的图形。 建立：实验法或理论计算法 图2－8 热分析法建立Cu－Ni相图
三、共晶相图（Eutectic diagram）
定义：两组元在液态下无限互溶，在 固态时有限互溶并发生共晶反应（转 变），形成共晶组织的二元相图。 Pb-Sn、 Pb-Sb、 Al-Si、Ag-Cu等 1、相图分析（Pb-Sn为例）
1）特性线与特性点 characteristic lines and points
b）共晶相图
系
Fig.2-18 合金铸造性能与相图的关系
⑴铸造性能与相图的关系
Relationship between Casting Performance and Phase Diagram
液固相线之间的距离越宽，液体流动性越 差，形成枝晶偏析的倾向越大，分散缩孔越 多，铸造性能越差。
即：固溶体溶质含量越多，铸造性能越差。
室温组织:α＋β(αⅡ、βⅡ省略不计) 结晶过程：共晶反应＋二次析出反应
3）亚共晶合金（WSn=19％~61.9% hypoeutectic alloy
L 1 L 183C ( ) 2 Ⅱ ( )
温度/℃
400 327.5
A 300
Ⅲ L
L+α
1
200 α
M 183
E
231.9 B
β+αⅡ+(α+β)
α＋β
F
G
Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn WSn / %
hypereutectic alloy
自1点开始，β相成分沿BN线向N点变 化，L相成分沿BE线向E点变化。 室温组织：β+αⅡ+(α+β) 结晶过程： 匀晶反应＋共晶反应＋二次析出反应
3、相图相（组织）组分填写
N
19
2
61.9
100
α＋βⅡ＋(α＋β) α+βⅡ
α＋β
F
97.5 G
Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn WSn / %
自1点开始，α相成分沿AM线向M点 变化，L相成分沿AE线向E点变化。
室温组织： α+βⅡ+(α+β) 结晶过程：
匀晶反应＋共晶反应＋二次析出反应
4）过共晶合金(WSn=61.9%~97.5％) hypereutectic alloy
L 1 L183C ( ) 2 Ⅱ ( )
温度/℃
400 327.5
A 300
L+α
200 α
M 183
Ⅳ
L
L+β
E
231.9
1
B
N
19
61.9 2 97.5
100
α+βⅡ
α+βⅡ+(α+β)
A Cu
K
L
0
B
α
k Ni
WNi%→
0 L
1 L
α 4’ α
L
L
α α
k
时间→
2 、 冷 却 过 程
L→α+L→α
4、枝晶偏析（Dendritic segregation）
定义：实际金属结晶过程中，由于冷却 速度快，先后结晶出来的固溶体成分不 同，扩散来不及进行，使得晶粒内部化 学成分不均匀的现象。 危害：材料的力学性能↓，加工工艺性↓， 耐蚀性↓。 措施：扩散退火(均匀化退火)
温度
五
1 、 使
、 合
用金
性相
能 与 相
图 与
图性
的能
关 系
的 关
系
温度
温度
流动性
流动性
Relation between Processing Property and Phase Diagram
⑴
2 、
铸
工
A
B
A
B造
艺
性
性
能
能
与
A
B
A
B
相
缩孔性质
分散 集中
分散 集中
缩孔性质
图 的
A
B
A
B
关
a）匀晶相图
N
97.5 β
G
90 Sn
α相，Sn溶入Pb形成的固溶体； β相，Pb溶入Sn形成的固溶体。 共晶反应：一定温度下，由一定成分 的液相同时结晶出成分各自固定的两 个新固相的转变过程。
LE 183C M N
2、典型合金的平衡结晶过程 Balanced crystallization of typical alloy
共晶成分的合金铸造性能最好。因此铸造 合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。
⑵压力加工性能
Performance of Pressed Work
单相固溶体塑性变形能力大，变形均匀，压 力加工性能好； 两相混合物塑性变形能力差，含脆性化合物 时，不利于压力加工。
⑶热处理性能(Performance of Heat
A—纯Pb熔点； B—纯Sn熔点；
温度/℃
E—共晶点，
WSn=61.9%
400
A 327.5
300
200 α
LE 183C M N 100
F
Pb 10
L
L+α
M 183 19
L+β
E 61.9
α+β
20 30 40 50 60 70 80
WSn/ %
231.9 B
N
97.5 β
G
90 Sn
AEB——液相线(liquid line)； AMENB——固相线（solidus）； MEN——共晶线（eutectic line） ； 成分＞M点合金，在此温度线，均发 生共晶转变(eutectic change)。 MF——Sn在Pb中的溶解度曲线； NG——Pb在Sn中的溶解度曲线。
Method of phase diagram representation
温度/℃
400
327.5
A
LL
300
L+α
LL++ββ
231.9
B
200
α
M
183
E
N
19
61.9
97.5 β
100
α+βⅡ+(α+β)
α+βⅡ
α＋β
β+αⅡ+(α+β)
F
α+β
β+αⅡ G
Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn
Cu-Ni合金相图的建立
温度/℃
100%
70%
50%
1452
WNi=30%
c
b
a 0%
a’ 1083
c’ b’
1083
L
b
a L+α
b’ a’
α
1452 c c’
a) 冷却曲线
时间
Cu
30 50 70
Ni
WNi%→
b) 相图
二、匀晶相图—Isomorphous diagram
定义：两组元在液态和固态下均可以 以任意比例相互溶解，在固态下形成 无限固溶体的合金相图。 如Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、W-Mo等
Treatment)
相图中存在同素异构转变、共析转变、固溶 度变化的合金，才能进行热处理。
1）WSn＜E点 L 1 L 2 3 Ⅱ
WSn＜19％
Ⅰ
温度/℃
400
327.5
A
1
300
2
L+α
200 α
M
3 19
L
183
E
61.9
231.9 B
N
97.5
100
F4
G
α＋ βⅡ
Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn WSn / %
WSn＜19％的合金
室温组织：α＋βⅡ 二次析出反应： 从单一固溶体相中析出单一新固相的反 应。 结晶过程：匀晶反应＋二次析出反应
1、 Cu-Ni合金相图分析 （Analysis of Cu-Ni diagram）
温度 →
A——纯铜的熔点， 1083℃；
B——纯镍的熔点， 1452℃；
A1B——液相线；
A4’B——固相线；
AA
α——Ni溶入Cu形
成的置换固溶体。 Cu
L
BB 1
L+α
4’
α
WNi%→Ni
温度 →
cooling process
2） 共晶合金（WSn=61.9％）
LE 183C M N Ⅱ Ⅱ
温度/℃
400
A 327.5
300
Ⅱ L
L+α
200 α
M 183
E
231.9 B
N
19
61.9
97.5
100 α+βⅡ
α＋β
F
G
Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn WSn / %
共晶组织：αM＋βN 是α与β相成层片状交替分布的细密 机械混合物。
2）相区与基本相 (phase zone and basic phase)
单相区： L、α、β
两相区： L+α L+β α+β
温度/℃
400
A 327.5
300
200 α
100
F
Pb 10
L
L+α
M 183 19
L+β
E 61.9
α+β
20 30 40 50 60 70 80
WSn/ %
231.9 B
WSn / %
四、共析相图-eutectoid diagram
定义：属于共晶型反应。在恒温下 不是由液相而是由一定成分的固相 同时析出另外两种成分各自一定的 新固相。
导电率
强度、硬度
温度
A
B
A
B
强度、硬度
A
B
A
B
导电率
A
B
a）匀晶相图
A
B
b）共晶相图
图2-17 合金使用性能与相图的关系 Fig.2-17 Relation between behavior in service of alloys and phase diagram