二元合金的相结构与结晶

纯金属在恒温下结晶：纯金属结晶时存在液固两相
p =2， c = 1，则 f = c－ p ＋1 = 0，所以纯金属在
恒温下结晶。在熔点以上 p =1，c =1，则 f = 1， 说明温度可在一定范围内改变，相的数目不变。
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二元合金在变温下结晶：二元合金结晶时，若
是液固两相：p = 2，c = 2，则： f = 2－2＋1 = 1，
表示有一个可改变的因素，因而可以在一定的
温度范围内进行。
如果二元合金结晶时出现三相平衡共存，则 f = 2－3＋1= 0，这种转变只能在恒温下进行。
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§3-3 匀晶相图
二元相图的种类很多，我们先分析几种简单的相
图，复杂相图实际上是这些基本的简单相图的组 合。这些基本相图有：匀晶相图、共晶相图、包 晶相图、形成化合物的相图、有固态相变的相图 五类。
1452
a
1083
Cu 25 50 wNi × 100 75 Ni
时间t / s
图3-6 用热分析法建立Cu-Ni 相图
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如图3-7所示，温度较高
温度T / ℃
L
1452
的上临界点的连线表示
结晶开始线，称为液相
线。此线以上温度为单
α
1083
一液相，温度较低的临 界点连线表示结晶终了
75 Ni
Cu
25
50
wNi × 100
线，称为固相线。此线 以下为固相，两线之间
图3-7 Cu-Ni 合金相图
为液固两线共存区。
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三、相律 1. 概念
相律：是平衡条件下，系统的自由度数与组元、相
数之间的关系，是系统平衡条件的表达式。
在平衡条件下合金的状态是由内因（成分）和外界
当系统的压力不变时，外因可认为只有温度一个，
则
f = c－p＋1
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2. 相律的应用
① 可确定系统中最多有几个平衡相共存
f = c－p＋1
当 f = 0 时，p最大， p = c +1
纯金属 c =1，则 p = 2；二元合金 c = 2，则 p=3 …
② 可说明纯金属与合金结晶时的某些差别
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下面以铜镍合金系为例，介绍用热分析法建立相图的
过程。 步骤一：配制系列成分的铜镍合金 例如： 合金Ⅰ 纯Cu 合金Ⅱ 75%Cu＋25%Ni 合金Ⅲ 50%Cu＋50%Ni 合金Ⅳ 25%Cu＋ 75%Ni 合金Ⅴ 纯Ni
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步骤二：测出每个合金的冷却曲线，找出各冷却曲线
条件（温度、压力）所决定的。当这些条件改变时，
液--固两相共存，温度改变相数也会改变。这种在 保持合金系的相数不变的前提下，合金系中可独立 改变的影响状态的内外因素的数目称自由度数。自 由度数最小为零。
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设系统的组元为c，平衡条件下相数为p，自由度 数为f，则相律为：
f = c －p ＋2
所谓平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的 各相的成分和相对重量不再变化所达到的一种状态。 此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。合金在极 其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平 衡的结晶过程。
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纯金属的结晶过程可用一条
冷却曲线表示，如纯铁的冷
却曲线，冷却曲线上出现转
上的临界点（转折点或平台）的温度（图3-6）；
50% 75% 100% wNi 25% 1452 0% 温度 T / ℃
1083 时间t / s
图3-6 用热分析法建立Cu-Ni 相图
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步骤三：在温度—成分坐标系中各合金成分垂线上标出
临界点温度画（图3-6）；
wNi 0% 温度 Baidu Nhomakorabea / ℃ e c f d b 50% 75% 100% 25%
上讲内容回顾
基本概念： 合金、组元、合金系、相、组织
合金的相结构
合金中相的分类 固溶体 金属化合物 影响相结构的因素
负电性因素
原子尺寸因素 电子浓度因素
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第三章 二元合金的相结构与结晶
§3-1 合金的相结构
§3-2 二元合金相图的建立
§3-3 匀晶相图
a
时间t / s
Cu
25
50 wNi × 100
75
Ni
图3-6 用热分析法建立Cu-Ni 相图
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步骤四：将具有相同意义的点连接成线，标明各区域内
所存在的相，即得到Cu－Ni合金相图 （图3-6）；
wNi 0% 温度 T / ℃ 50% 75% 100% 25% 1452 e c f d b 1083
§3-4 共晶相图
§3-5 包晶相图
§3-6 其它类型相图
§3-7 二元相图的分析与使用
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§3-2 二元合金相图的建立
主要内容 一、相图的基本知识（基础、掌握） 二、二元相图的建立（掌握） 三、相律（重点掌握）
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一、相图的基本知识
相变：相与相之间的转变称为相变。 状态：在一定的条件下，合金由哪些相组成，各组成 相的成分及比例等称合金在该条件下的相状态。 相图：表示合金系在平衡条件下成分、温度与各相关 系的图解。又称平衡图、状态图或平衡状态图。
折或水平台阶说明有相的变
化。这样一个温度轴就把相 随温度的变化表示清楚了， 这种反应金属化学成分、温 度与相的状态的图就是纯金
Tm Tn
图3-4 纯金属结晶 冷却曲线
属的相图，如图3-4所示。
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在常压下，二元合金的相状
态决定于温度和成分。因此 二元合金相图可用温度—成 分坐标系的平面图来表示。 图3-5为Cu-Ni二元合金相图，
它是一种最简单的基本相图。
图3-5 Cu-Ni相图
图中的任一点称为表象点，表示一定成分的合金在一 定温度时的稳定相状态。例如，A点表示含30%Ni的铜
镍合金在1200℃时处于L＋α两相状态；B点表示，含
60%Ni的铜镍合金在1000℃时处于单一α固相状态。
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二、二元相图的建立
合金发生相变时，必然伴随有物理、化学性能的 变化，因此测定发生性能变化的温度和成分范围，
可以确定不同相存在的温度和成分界限，从而建
立相图。
相图的建立实验测定和热力学计算两种方法，目
前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定 合金状态图的方法很多（如热分析法、金相法、 膨胀法、电阻法、磁性法、X射线结构分析法 等），但应用最多的是热分析法。