共晶相图与包晶相图
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匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 • 室温组织：αⅡ+β, αⅡ、β的相对量可通过杠杆法则求出 。
时结晶出两种不同固相的转变。即：L→α+β
具有共晶转变的相图称为共晶相图。 所得到两固相的混合物称为共晶组织。
共晶体的结构
共相图
•由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
L
•两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发 生共晶反应的相图，称为共晶相图。
（1）相图分析
•点
– tA、tB、E – M、N、F、G
•线
– tAEtB线为液相线 – tAMENtB线为固相线 – MEN线是共晶转变线 – MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线 – NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线
• 相区
– 单相区 – 两相区
2.共晶系合金的平衡凝固
根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为了四类：端部固 溶体合金、亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金。
• 结 晶 过 程 ： L→L+β→L+β+(α+β) 共 → β+(α+β) 共 → β+αⅡ +(α+β)共
•
匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变
• 室温组织：β+αⅡ+(α+β)共
过共晶合金的平衡结晶的显微组织
3.共晶系合金的非平衡凝固
伪共晶 伪共晶：由于快速冷却，非共晶成分合金所得到的共晶组织。 原因：不平衡结晶；合金成分位于共晶点附近。 不平衡组织：由非共晶成分的合金得到的完全共晶组织；共 晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。(伪共晶区偏移)
几种伪共晶区的形式
（3）离异共晶
① 离异共晶：由于非平衡 共晶体数量较少，通常共晶 体中α相依附于初生α相生 长，将共晶体中另一相β推 到最后凝固的晶界处从而使 共晶体两组成相间的组织特 征消失，这种两相分离的共 晶体称为离异共晶。
② 形成原因：不平衡条 件下，成分位于共晶线上两 端点附近。
平衡条件下，成分位于共 晶线上两端点附近。
含10%Sn量合金的平衡结晶的显微组织 500×
(2) 共晶合金的平衡结晶
• (α该+β合)。金两发个生相共的晶相反对应量：：LE→αMα=MEN+/βMN,N恒β温N=进M行E，/M形N成共晶体
• 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+(α+β)→ (α +β)共
共晶反应＋脱溶转变
• 室温组织：(α+β)共 。 • 出组。织特征:片层交替分布，共晶(α+β)共中α、β相对量都可通过杠杆法则求
答案：A
因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水 平线；共晶反应时三相共存，所以共晶线也是一个三相 区。
包晶相图及其合金凝固
有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分 的固相与剩余液相(有确定成分)发生反应生成另一种固相 的恒温转变过程称为包晶转变。
两组元在液态下无限互溶，固态下只能部分互溶并具有 包晶转变的相图称为二元包晶相图。
主要讨论
• 共晶相图不同成分合金的凝固过程及组织组成物；
• 伪共晶
• 包晶相图不同成分合金的凝固过程；
共晶相图及合金凝固
组成共晶相图的两组元的相互作用的特点是:液态下两组元能 无限互溶，固态下只能部分互溶(形成有限固溶体或化合物)， 甚至有时完全不溶，并具有共晶转变。
共晶转变是在一定条件下(温度、成分不变)，由均匀液体中同
答案：A 能够发生共晶反应的液相成分一定是共晶成分。
思考题
3. 共晶转变进行时，系统的自由度F A 为–1 B 为0 C 为1
答案：B
二元合金发生共晶反应时是三相（L, a, b）共存，根据相
律计算可以知道系统的自由度为0。任何系统的自由度最 小值是0，不可能为负值。
思考题
4. 相图中的共晶线 A 是一条水平线直线； B 是一个三相区（L, α, β）； C 一般是一条斜线，水平线是特殊情况。
1. 包晶相图分析
• 线：APDB固相线、ACB液相线、水平线(PDC)为包晶转变线， 包晶线上仅有PD为固相线，PE、DF固溶度曲线。
包晶转变线上的合金在该温度发生包晶转变：Lc+αP =βD • 相区：三个单相区为L、α和β；三个双相区为L+α、L+β、
α+β；三相共存于PDC线，为L+α+β
• 包晶线与共晶线不同 之处在于：共晶线为固相 线，线上的合金在共晶温 度全部凝固完毕，其组织 为两相混合物。包晶线仅 有DP为固相线，而DC为 液相线。
2.包晶系合金的平衡凝固
① 包晶点合金（42.4%)的平衡凝固 • 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+β→β→αⅡ+β
发生包晶反应：LC+αP =βD为恒温反应
③ 消除：扩散退火。
思考题
1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共 晶转变。 A是 B否
答案：B
成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未 凝固的液相成分沿液相线变化到共晶点，而进行共晶转 变。因此，并不是只有共晶合金才发生共晶反应。
思考题
2. 发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。 A是 B否
室温组织：α+βⅡ+(α+β)共
室温组织：α+βⅡ+(α+β)共
亚共晶合金的平衡结晶的显微组织
(4) 过共晶合金的平衡凝固
• 过共晶合金的凝固过程和组织特征与亚共晶合金相类似，只是 初生相(先共晶相)为β固溶体而不是α固溶体。
• 类合金的冷却曲线类似于亚共晶合金
• 其结晶过程组织变化类似于亚共晶合金.
(1) 端部固溶体合金（WSn<19%) • 冷却曲线：
• 结晶和组织转变过程：L→L+ αⅠ→αⅠ→αⅠ+βⅡ
•
匀晶反应＋脱溶转变
端部固溶体合金室温组织：α+βⅡ
• α、β相对量都可通过杠杆法则求出： Wα= (1.0-0.1)/(1.0-0.02)=91.8% Wβ= (0.1-0.02)/(1.0-0.02)=8.2%
共晶反应完了时：Wα= EN/MN Wβ=ME/MN 室温时：Wα= (1.0-0.619)/(1.0-0.02)
Wβ= (0.619-0.02)/(1.0-0.02)
Pb－Sn共晶合金（Ⅱ）的平衡结晶的显微组织
（3）亚共晶合金的平衡结晶
• 冷却曲线：
• 其组织变化示意图：
• 结晶和组织转变过程： L→L+α→L+α+(α+β) 共 → α+ (α+β)共→α+βⅡ+(α+β)共 匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变
时结晶出两种不同固相的转变。即：L→α+β
具有共晶转变的相图称为共晶相图。 所得到两固相的混合物称为共晶组织。
共晶体的结构
共相图
•由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
L
•两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发 生共晶反应的相图，称为共晶相图。
（1）相图分析
•点
– tA、tB、E – M、N、F、G
•线
– tAEtB线为液相线 – tAMENtB线为固相线 – MEN线是共晶转变线 – MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线 – NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线
• 相区
– 单相区 – 两相区
2.共晶系合金的平衡凝固
根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为了四类：端部固 溶体合金、亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金。
• 结 晶 过 程 ： L→L+β→L+β+(α+β) 共 → β+(α+β) 共 → β+αⅡ +(α+β)共
•
匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变
• 室温组织：β+αⅡ+(α+β)共
过共晶合金的平衡结晶的显微组织
3.共晶系合金的非平衡凝固
伪共晶 伪共晶：由于快速冷却，非共晶成分合金所得到的共晶组织。 原因：不平衡结晶；合金成分位于共晶点附近。 不平衡组织：由非共晶成分的合金得到的完全共晶组织；共 晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。(伪共晶区偏移)
几种伪共晶区的形式
（3）离异共晶
① 离异共晶：由于非平衡 共晶体数量较少，通常共晶 体中α相依附于初生α相生 长，将共晶体中另一相β推 到最后凝固的晶界处从而使 共晶体两组成相间的组织特 征消失，这种两相分离的共 晶体称为离异共晶。
② 形成原因：不平衡条 件下，成分位于共晶线上两 端点附近。
平衡条件下，成分位于共 晶线上两端点附近。
含10%Sn量合金的平衡结晶的显微组织 500×
(2) 共晶合金的平衡结晶
• (α该+β合)。金两发个生相共的晶相反对应量：：LE→αMα=MEN+/βMN,N恒β温N=进M行E，/M形N成共晶体
• 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+(α+β)→ (α +β)共
共晶反应＋脱溶转变
• 室温组织：(α+β)共 。 • 出组。织特征:片层交替分布，共晶(α+β)共中α、β相对量都可通过杠杆法则求
答案：A
因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水 平线；共晶反应时三相共存，所以共晶线也是一个三相 区。
包晶相图及其合金凝固
有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分 的固相与剩余液相(有确定成分)发生反应生成另一种固相 的恒温转变过程称为包晶转变。
两组元在液态下无限互溶，固态下只能部分互溶并具有 包晶转变的相图称为二元包晶相图。
主要讨论
• 共晶相图不同成分合金的凝固过程及组织组成物；
• 伪共晶
• 包晶相图不同成分合金的凝固过程；
共晶相图及合金凝固
组成共晶相图的两组元的相互作用的特点是:液态下两组元能 无限互溶，固态下只能部分互溶(形成有限固溶体或化合物)， 甚至有时完全不溶，并具有共晶转变。
共晶转变是在一定条件下(温度、成分不变)，由均匀液体中同
答案：A 能够发生共晶反应的液相成分一定是共晶成分。
思考题
3. 共晶转变进行时，系统的自由度F A 为–1 B 为0 C 为1
答案：B
二元合金发生共晶反应时是三相（L, a, b）共存，根据相
律计算可以知道系统的自由度为0。任何系统的自由度最 小值是0，不可能为负值。
思考题
4. 相图中的共晶线 A 是一条水平线直线； B 是一个三相区（L, α, β）； C 一般是一条斜线，水平线是特殊情况。
1. 包晶相图分析
• 线：APDB固相线、ACB液相线、水平线(PDC)为包晶转变线， 包晶线上仅有PD为固相线，PE、DF固溶度曲线。
包晶转变线上的合金在该温度发生包晶转变：Lc+αP =βD • 相区：三个单相区为L、α和β；三个双相区为L+α、L+β、
α+β；三相共存于PDC线，为L+α+β
• 包晶线与共晶线不同 之处在于：共晶线为固相 线，线上的合金在共晶温 度全部凝固完毕，其组织 为两相混合物。包晶线仅 有DP为固相线，而DC为 液相线。
2.包晶系合金的平衡凝固
① 包晶点合金（42.4%)的平衡凝固 • 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+β→β→αⅡ+β
发生包晶反应：LC+αP =βD为恒温反应
③ 消除：扩散退火。
思考题
1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共 晶转变。 A是 B否
答案：B
成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未 凝固的液相成分沿液相线变化到共晶点，而进行共晶转 变。因此，并不是只有共晶合金才发生共晶反应。
思考题
2. 发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。 A是 B否
室温组织：α+βⅡ+(α+β)共
室温组织：α+βⅡ+(α+β)共
亚共晶合金的平衡结晶的显微组织
(4) 过共晶合金的平衡凝固
• 过共晶合金的凝固过程和组织特征与亚共晶合金相类似，只是 初生相(先共晶相)为β固溶体而不是α固溶体。
• 类合金的冷却曲线类似于亚共晶合金
• 其结晶过程组织变化类似于亚共晶合金.
(1) 端部固溶体合金（WSn<19%) • 冷却曲线：
• 结晶和组织转变过程：L→L+ αⅠ→αⅠ→αⅠ+βⅡ
•
匀晶反应＋脱溶转变
端部固溶体合金室温组织：α+βⅡ
• α、β相对量都可通过杠杆法则求出： Wα= (1.0-0.1)/(1.0-0.02)=91.8% Wβ= (0.1-0.02)/(1.0-0.02)=8.2%
共晶反应完了时：Wα= EN/MN Wβ=ME/MN 室温时：Wα= (1.0-0.619)/(1.0-0.02)
Wβ= (0.619-0.02)/(1.0-0.02)
Pb－Sn共晶合金（Ⅱ）的平衡结晶的显微组织
（3）亚共晶合金的平衡结晶
• 冷却曲线：
• 其组织变化示意图：
• 结晶和组织转变过程： L→L+α→L+α+(α+β) 共 → α+ (α+β)共→α+βⅡ+(α+β)共 匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变