第四章二元合金相图
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Mb
总结:由质量分数的计算式
Ma ×(C- Ca)=Mb× (Cb- C) 并结合相图,可知,此式类似与杠杆定律的应用, 所以这种方法又称杠杆定律。
Ca
C
Cb
Ma
Mb
注意:
Ø使用条件:只适合平衡结晶的两相区
Ø解决问题: (1)确定二平衡相的成分
(2)确定二平衡相的数量
平衡结晶:在结晶过程中,原子的扩散在固 相、液相及固液相之间非常充分,能跟得上相变 的速度,最终形成成分均匀的固溶体。
第四章 二元合金相图
第一节 第二节 第三节 第四节
二元匀晶相图 二元共晶相图 二元包晶相图 二元相图与性能的关系
第一节 二元匀晶相图
二元单相合金指二元合金在固态时只有一种相 (固溶体)的合金。这种合金也是所有合金中 最简单且最常见的一类合金。有些二元合金系 在固态时无论成分如何只有一种相,如Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、Fe-Ni及W-Mo等, 几乎所有的二元甚至多元合金在一定成分范围 内在固态下也是单相。
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。
(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:
合金相变时,伴随物理、化学性能的变化,可利用 热分析法(或者热膨胀法、磁性测定法、金相法、电阻 法和X射线结构分析法等)精确测定相变临界点(即临界 温度),确定不同相存在的温度和成分区间,建立相图。
(Ⅰ)由相图可知,C点
1500
1400
L
1300
a C b
1200
+ L
1100
存在L+α两相区
(Ⅱ)做水平线,与固相 线和液相线分别交于a、b 点。剩余液相总处于即将 结晶的状态,即t℃的液
1000
相线上的点的成分,即b
900
800 0
Ca
Cb
20
40 C
60
80
点成分Cb ,而刚结晶出来 100 的固相即t℃的固相线上
反过来考虑:把20%的NaCl水溶液分成浓度分别 为10%和 30%的两份,那么两份的体积分数是多 少?
V1×10%+V2×30%=20%×(V1+V2)
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)?
即表示在平衡条件下合金组织与成分、温度之间关
相
图
系的图形。合金相图又称合金平衡图或合金状态图
由 相 图 可
了解
相
v 了解合金系中不同成分和温度下的相 的种类、相的成分及相的相对含量。
v 了解合金在加热和冷却过程中的转变 并预测其性能的变化规律。
图
进行材料研究,金相分析,制定热、
的 铸、锻、焊等热加工工艺规范的重要依据 作用 和有效工具。
后结晶出来的,含A元素少
先结晶出来的,含A元素多
富Cu 相 富Ni 相
Cu-Ni合金晶内偏析的组织
非平衡结晶
晶内偏析
1500
L
1400
塑性、韧性下降,易引起 1300
晶内腐蚀,热加工困难
1200
+ L
1100
扩散退火
1000
900
800 0 Ni
加热温度范围
20
40
t1
t2
1500
1400
L
+ L
1300
1200
t1t2 t3
1100
1000
t3
900
800
0
20
40
60
80
100
Ni
W (% )
Cu
Cu
五、非平衡结晶过程
非平衡结晶:合金结晶较快,原子的扩散来不及 充分进行,结果使先结晶出来的固溶体和后结晶的固 溶体成分不均匀。 晶内偏析:一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。
Ni
W (% ) Cu
C u 的a点的成分Ca。
( Ⅲ )利用引例的思路,问题转化为:
浓度为C的合金,分成浓度为Ca 、 1500
Cb两份,所以有:
1400
Ma×Ca+ Mb×Cb=C×(Ma+ Mb) 1300
即 Ma ×(C- Ca)=Mb× (Cb- C) 1200
L
c a
b
+ L
由此可知,两相的相对含量为:
1400
(L+ )
1300
1200
1200
T
1100
1000
1000
900
800
t
800 0
20
40
60
80
100
W (% )
Cu-Ni合金相图的建立
Cu
(二)二元匀晶相图分析
两线:液相线、固相线 1、相图分析 三区:液相、液相+固相、固相
1500
L
1400
1300
1200
+ L
1100
A
1000
900
800
0
20
40
60
80
100
Ni
W (% )
Cu
Cu
三、合金的平衡结晶过程
所谓平衡结晶过程是指合金从液态无限缓慢冷却、 原子扩散非常充分,冷却过程中每一时刻都能达 到相平衡条件的一种结晶过程。
温
1500
度
1400
L
1
1300
2
1200
+ L
t1
t 2
1100
L
L
1000
900
800
0
20
1100
Ma/Mb =(Cb-C)/(C-Ca)
1000
若M=Ma+ Mb为已知量,那么, 900
两相的绝对含量为:
800 0
Ca
Cb
20
40 C
60
80
100
Ma=(Cb-C)(Ma+Mb)/Байду номын сангаасCb-Ca) N i
W (% ) Cu
Cu
Mb=(C-Ca)(Ma+Mb)/(Cb-Ca)
Ca
C
Cb
Ma
2、 具体步骤:
选组元,配合 金系,熔化
标注在温度— 成分坐标中
无限缓冷下测各 合金的冷却曲线
连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如:0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
L
1400
40
60
80
100
Ni
W (% )
Cu
Cu
平衡结晶过程分析
时间
四、质量分数计算
给定合金的成分,可计算不同温度下,此成分的合金 所形成不同的相的相对含量,即各相的质量分数计算。
引例:100ml的10%的NaCl水溶液和100ml的30%的 NaCl水溶液混合后浓度是多少?
100×10%+100×30%=C×200 C=20%
一、相律
在恒压下,在纯固态或纯液态情况下,出现的相数 小于等于主元数。在液固共存(恒温)条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而,对二元合金, 固态下出现的相数为1或2,液固共存(恒温)条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
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。