第3章-二元合金相图及应用
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第三章1-2节 二元合金与相图(同济-王国华).
3.1.1 固态合金中的相结构及组织概念
合金：一种元素同另一种或几种其他元素 ，通过熔化或其他方法结合在一起所形成 的具有金属特性的物质。
组元：组成合金独立的最基本的单元。组元可以是元 素或是稳定化合物。 由两个组元组成的合金称为二元合金。
如：铁碳合金、铜镍合金
相：凡化学成分相同（可连续变化 ）、晶体结构相同 并有界面与其他部分分开的均匀组成部分称为相。 合金组元通过溶解 形成一种成分和性 能均匀、且结构与 组元之一相同。
片状珠光体
w(c)=0.77%
球状珠光体
3.组织与性能的关系
金属材料的性能由金属内部的组织结构所决定。
注意： (1)在某些情况下，金属的组织名称相同，组成相 也相同，但晶粒形状、大小不同，则它们的性能 也不同。
(2)在某些合金中，在显微镜下观察它们的组织， 组成相相同，且形状、大小无明显差异，只是其 成分有所不同，这时表现出来的性能也不相同。
(1) 固溶体的分类
按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体可分为： 置换固溶体和间隙固溶体
按溶解度固溶体可分为：有限固溶体和无限固溶体
溶解度：溶质在固溶体中的极限浓度即为溶质在 固溶体中的溶解度。 若超过这个溶解度有其他相形成，则此种固溶体 为有限固溶体。 若溶质可以任意比例溶入，即溶质的溶解度可达 100，则固溶体为无限固溶体。 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律可分为： 无序固溶体和有序固溶体
3.1.2金属材料的组织 1.组织的概念 金相试样的制备： 取样(小块金属材料) →磨光(用金相砂纸) →抛 光(用绒布+抛光剂) →腐蚀→吹干 在显微镜下观察，可以看到金属材料内 部的微观形貌。这种微观形貌2-拨盘 3-底座物镜 4-孔径光阑 5-视场光阑旋钮 6-视场光阑滚花螺丝 7-固定滚花螺钉 8-双筒目镜镜管 9-目镜 10-载物台 ll-物镜 12-物镜转换盘 13-镜架 14-粗调手轮 15-微调手轮
二元合金相图及其应用
作枝晶偏析。 • 不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。 • 冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。 • 枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 • 生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温，
以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处
理工艺称作扩散退火。
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
➢ 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变化， Ⅱ
的重量增加。
➢ 室温下α、Ⅱ的相对重量百分比为：
w
4G FG
➢
由于二次相析出温度较低，一般十分细小。w
F4 FG
Ⅰ合金室温组织为
➢ + Ⅱ 。
A C
F
B ➢ 成分大于 D点合金结晶过程
E
D
与Ⅰ合金相似，室温组织为
+ Ⅱ。
G
② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 ➢ 液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共晶反
二元合金相图及其应用
第三章 二元合金相图及其应用
3.1 合金的相结构 纯金属的局限 合金 3.1.1 基本概念 ➢ 合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经
一定方法合成的具有金属特性的物质。
➢ 组元：组成合金最基本、能够独立存在的物质。可以是元 素，也可以是稳定化合物。（如二元、三元合金〕
• 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线 叫固相线。
3.2.2 二元匀晶相图 • 两组元在液态和固态下均
无限互溶时所构成的相图
称二元匀晶相图， • 结晶时只结晶出单相固溶
体组织， • 以Cu-Ni合金为例进行分析。
（1）相图分析
• 相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处
理工艺称作扩散退火。
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
➢ 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变化， Ⅱ
的重量增加。
➢ 室温下α、Ⅱ的相对重量百分比为：
w
4G FG
➢
由于二次相析出温度较低，一般十分细小。w
F4 FG
Ⅰ合金室温组织为
➢ + Ⅱ 。
A C
F
B ➢ 成分大于 D点合金结晶过程
E
D
与Ⅰ合金相似，室温组织为
+ Ⅱ。
G
② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 ➢ 液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共晶反
二元合金相图及其应用
第三章 二元合金相图及其应用
3.1 合金的相结构 纯金属的局限 合金 3.1.1 基本概念 ➢ 合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经
一定方法合成的具有金属特性的物质。
➢ 组元：组成合金最基本、能够独立存在的物质。可以是元 素，也可以是稳定化合物。（如二元、三元合金〕
• 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线 叫固相线。
3.2.2 二元匀晶相图 • 两组元在液态和固态下均
无限互溶时所构成的相图
称二元匀晶相图， • 结晶时只结晶出单相固溶
体组织， • 以Cu-Ni合金为例进行分析。
（1）相图分析
• 相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
二元合金相图的绘制与应用
实验 二元合金相图的绘制与应用一、目的要求1、理解步冷曲线，学会用热分析方法测绘Sn-Bi 二元合金相图2、学会铂电阻的测温技术，尝试用金属相图测量装置测量温度的方法3、掌握微电脑控制器的使用方法4、理解产生过冷现象的原因及避免产生过冷现象的方法二、基本原理相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。
对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度-组成图来描述。
热分析方法与步冷曲线热分析方法是绘制相图常用的基本方法之一。
将两种金属按一定比例配成并把它加热成均匀的液相体系，然后让它在一定的环境中自行冷却，并每隔一定的时间（例如0.5min 或1min ）记录一次温度，以温度T 为纵坐标，以时间t 为横坐标，做出温度-时间（T-t ）曲线，称为步冷曲线。
若体系均匀冷却时，冷却过程不发生相变化，则体系的温度随时间的变化是均匀的，则步冷曲线不出现转折或平台，而是一条直线，冷却速度快。
若冷却过程中发生了相变化，由于相变化过程中伴随有热效应，发生相变热，所以体系温度随时间的变化速度将发生改变，体系的冷却速度减缓，步冷曲线就出现转折或平台。
测定一系列组成不同的样品的步冷曲线，从曲线上找出各相对应体系发生相变的温度，就可以绘制出被测系统的相图。
这就是用热分析法绘制液固相图的概要.如图所示：Bi-Cd 合金冷却曲线曲线1、5是纯物质的步冷曲线。
当系统从高温冷却时，开始没有发生相变化，温度下降比较快，步冷曲线较陡；冷却到A 的熔点时，固体A 开始析出，系统出现两相平衡（固体A 和溶液平衡共存），根据相律，此时f= k-Ø+1=1-2+1=0，系统温度维持不变，步冷曲线出现bc 的水平线段；直到液相完全凝固后，温度又继续下T /℃t降。
曲线2、4是A与B组成的混合物的步冷曲线。
与纯物质的步冷曲线不同。
系统从高温冷却到温度b’时,开始有固体A不断析出，这时体系呈两相，溶液中含A的量随之减少，由于不断放出凝固热，所以温度下降速度变慢，曲线的斜率变小（b’c’段）。
第三章二元相图和合金的凝固
固溶体的平衡结晶过程： 固相成核
相内浓度梯度 相内扩散
界面浓度不平衡 晶体长大
重新建立平衡 固溶体的平衡结晶过程 原子的扩散过程 液相和固相均匀一致 原子的扩散进行完全 缓慢冷却 冷却速度大 相内成分不均匀 偏离平衡结晶条件（不平衡
结晶）
17
三、固溶体合金的不平衡结晶
条件：液相完全均匀化，而固相内却来不及进行扩散。
C1平衡重新建立→浓度梯度→原子
扩散→进一步长大
C1
→重复进行
溶 质
LC1
浓
k0C1
度
k 0C1
L
（a）
温
度
L
k0C1 T1
C1
k0C2 T2
C2
L+
C0
C0
溶
C0’
质
浓
k0C1
度
பைடு நூலகம்
L
C1
溶 C0’ 质
浓
k0C1
度
L
C1 溶
质
浓 度
k0C1
L
（b）
（c）
（d） 15
温度T2的结晶过程: LC 2 k 0C 2
§3.1 二元相图的建立
一、相图的表示方法 对二元合金来说，通常用横 坐标表示成分，纵坐标表示 温度。 坐标平面上的任一点称为表 象点，表示合金的成分和温度
1
二、相图的建立
通过实验测定：
先配制一系列成分不同的合金，然后测定这些合金的相变临 界点，最后把这些点标在温度—成分坐标图上，把各相同 意义的点连结成线，这些线就在坐标图上划分出一些区域， 即相区，将各相区所存在的相的名称标出，相图的建立工 作即告完成。
25
形成成分过冷临界条件：G mC 0 1 k0
第三章 二元合金的相结构与结晶(包晶相图)4(16)-10-2剖析
α
包晶偏析：因包晶转变 不能充分进行而导致的 成分不均匀现象。
四、包晶转变的实际应用
包晶转变特点：
包晶转变的形成相依附在初生相上形成； 包晶转变的不完全性。（不彻底性）
组织设计：如轴承合金需要的软基体上分布硬质点的组织。 首先形成硬质点，包晶反应形成软固溶体包于其外层
晶粒细化。 包晶反应生成细小化合物，异质形核。
包晶反应的推广
包晶反应（Peritectic） L + 包析反应（Peritectoid） + 合晶反应（Syntectic） L1 + L2
第三章 二元合金的相结构与结晶
§3-1 合金中的相 §3-2 合金的相结构 §3-3 二元合金相图的建立 §3-4 匀晶相图及固溶体的结晶 §3-5 共晶相图及其合金的结晶 §3-6 包晶相图及其合金的结晶 §3-7 其它类型的合金相图 §3-8 二元相图的分析及使用
§3-6 包晶相图及其合金的结晶
室温组织组成：β+αⅡ
室温相组成： α+β
三、不平衡结晶及其组织
原因 新生β相依附于α相生核长大， β相将α相包围
液体和α相反应形成β相，须 通过β相层进行扩散
原子在固体中的扩散低于液体， 包晶转变缓慢
冷却速度快．包晶转变被抑制 不能完全进行
剩余的液体在低于包晶转变温 度直接转变为β
保留下来的α，以及形成的β 相成分都不均匀。
(2) 线：
液相线： ACB，固相线:APDB。 固溶线：PE、DF线分别为中的固溶线（溶解度曲线）。
包晶线：水平线PDC
一、相图分析
(3)相区：
三个单相区： L、、； 三个两相区：L+、L+、+； 一个三相区：即水平线PDC； L + + 。
第3章合金相图和合金的凝固
rb wL 100% ab
w
ar 100% ab
动画3-3 杠杆定律证明
3.3 匀晶相图及固溶体的结晶 匀晶相图：两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合 金相图。 匀晶转变:从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。
主要二元合金系：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Cd-Mg、Fe-Ni、 Mo-W等。
2）温度t3 温度到t3时，最后一滴液体结晶成固体，固溶体的成分完全与合 金成分一致，成为均匀（C0）的单相固溶体组织时。
固溶体结晶过程概述：
固溶体晶核的形成(或原晶体的长大)，产生相内(液相或固相)的 浓度梯度，从而引起相内的扩散过程，这就破坏了相界面处的 平衡(造成不平衡)，因此，晶体必须长大，才能使相界面处重新
不是3，与合金的成分C0不同， 因此，仍有一部分液体尚未结 晶，一直要到t4温度才能结晶 完毕。
晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象
影响晶内偏析的因素： 1）分配系数k0 当k01时，k0值越小，则偏析越大； 当k01时，k0越大，偏析也越大。 2）溶质原子的扩散能力 结晶的温度较高，溶质原子扩散能力又大，则偏析程度较小；反之，则 偏析程度较大。 3）冷却速度 冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 削除晶内偏析的方法： 扩散退火或均勺化退火
两相。
对二元系来说，组元数c＝2，当f＝0时，P=2－0＋1＝3，说明 二元系中同时共存的平衡相数最多为3个。
(2)利用相律可以解释纯金属与二元合金结晶时的一些差别。 纯金属结晶时存在液、固两相，其自由度为零，说明纯金属 在结晶时只能在恒温下进行。 二元合金结晶时，在两相平衡条件下，其自由度f＝2－2＋1， 说明此时还有一个可变因素(温度)，因此，二元合金将在一定
第三章二元合金与相图介绍
第一节 固态合金相结构
金属化合物
具有相当程度的金属键并具有一定程度的金属性质的化合物
结
构
金属化合物的晶格结构类型不同于任一组元（可用分子式大致表示）
特
点
举例：
渗碳体是由Fe和C构成的金属化合物， 其晶格类型与Fe和C都不形同，而是形 成一种复杂晶格（如右图）。Fe与C原 子比例固定为3:1，故可以Fe3C来表示
第三章 二元合金与相图
第二节 二元合金相图
基本知识 二元合金基本相图
匀晶相图 共晶相图 包晶相图 共析相图 稳定化合物相图
第三章 二元合金与相图
第二节 二元合金相图
匀晶相图
两组元在液态时无 限互溶，在固态时 也无限互溶，且形 成单相固溶体，所 构成的相图
I：纯铜；II：75%Cu+25%Ni III：50%Cu+50%Ni
共晶相图
• 共晶相图——当两组元在液态时无限互溶，在固态 时有限互溶，而且发生共晶反应，所构成的合金相 图(或者说以共晶转变为主的相图）
• 共晶转变——一定化学成分的合金在一定的温度下 （恒温），同时由液相中结晶出两种不同成分和不 同晶体结构的固相
第三章 二元合金与相图
第二节 二元合金相图
共晶相图
第三章 二元合金与相图
第二节 二元合金相图
共晶相图
固溶体合金 结晶过程
室温下合金I的显微组织：a）相组成：α、β；b）组织组成：α、βII
第三章 二元合金与相图
第二节 二元合金相图
共晶相图
共晶合金 结晶过程
合金II的结晶过程：L→L+（α+β）→（α+β）
ห้องสมุดไป่ตู้
第三章 二元合金与相图
二元合金相图与铁碳合金课件
或
图3-8 杠杆定律的应用
16
3.2.2 二元共晶相图
共晶转变——二元合金系中，一定成分的液相，在一定温度下同 时结晶 出两种不相同的固相的转变，称为共晶转变。
二元共晶相图——凡二元合金系中两组元在液态下能完全互溶， 在固态下形成两种不同固相，并发生共晶转变的 的相图属于二元共晶相图。
17
3.2.2 二元共晶相图
11
3.2 二元合金相图的基本类型
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律 3.2.2 共晶相图 3.2.3 包晶相图 3.2.4 具有共析反应的相图 3.2.5 含有稳定化合物的相图
12
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律
n 凡是二元合金系中两组元在液态下可以任何比例均匀相互溶解，在固态 下能形成无限固溶体时，其相图属于二元匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr、 Au-Ag等合金系都属于这类相图。 由液相结晶出均一固相的过程就称为 匀 晶 转 变 。 下 面 就 以 Cu- Ni合 金 相 图 为 例 ， 对 匀 晶 相 图 进 行 分 析。
这样就获得了Cu-Ni合金相图，如图3-3b所示。
图中各开始结晶温度连成的相界线tA LtB线称为液相线，各
终了结晶温度连成的相界线tAαtB线称为固相线。
5
3.1.1 二元合金相图的建立
图3-3 用热分析法测定Cu-Ni合金相图
6
3.1.1 二元合金相图的建立
(3) 相律 n 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
26
3.2.2 二元共晶相图
合金中相组成物和组织组成物的相对量，均可利用杠杆定律来计算。 合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由α、β两相组成，其相对量为：
合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由初晶αD与共晶体 (αD+βB) 两 种组织组成物组成，其相对量为：
图3-8 杠杆定律的应用
16
3.2.2 二元共晶相图
共晶转变——二元合金系中，一定成分的液相，在一定温度下同 时结晶 出两种不相同的固相的转变，称为共晶转变。
二元共晶相图——凡二元合金系中两组元在液态下能完全互溶， 在固态下形成两种不同固相，并发生共晶转变的 的相图属于二元共晶相图。
17
3.2.2 二元共晶相图
11
3.2 二元合金相图的基本类型
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律 3.2.2 共晶相图 3.2.3 包晶相图 3.2.4 具有共析反应的相图 3.2.5 含有稳定化合物的相图
12
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律
n 凡是二元合金系中两组元在液态下可以任何比例均匀相互溶解，在固态 下能形成无限固溶体时，其相图属于二元匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr、 Au-Ag等合金系都属于这类相图。 由液相结晶出均一固相的过程就称为 匀 晶 转 变 。 下 面 就 以 Cu- Ni合 金 相 图 为 例 ， 对 匀 晶 相 图 进 行 分 析。
这样就获得了Cu-Ni合金相图，如图3-3b所示。
图中各开始结晶温度连成的相界线tA LtB线称为液相线，各
终了结晶温度连成的相界线tAαtB线称为固相线。
5
3.1.1 二元合金相图的建立
图3-3 用热分析法测定Cu-Ni合金相图
6
3.1.1 二元合金相图的建立
(3) 相律 n 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
26
3.2.2 二元共晶相图
合金中相组成物和组织组成物的相对量，均可利用杠杆定律来计算。 合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由α、β两相组成，其相对量为：
合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由初晶αD与共晶体 (αD+βB) 两 种组织组成物组成，其相对量为：
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工程材料
99-35
合金工艺性能与相图的关系（总结）
单相固溶体的铸造性能和切削加工性能差：熔点
高，结晶温度间隔大，流动性差；塑性好，切削 时易粘刀，不易断屑； 单相固溶体具有良好的可锻性和焊接性：塑性好， 压力加工用单相固溶体合金，如钢锻造时要加热 到奥氏体区； 共晶和接近共晶成分的合金铸造性能好：熔点低， 结晶温度低，结晶温度间隔小，铸造时常选用共 晶合金；如铸铁碳当量在4％左右。 两相混合物的可锻性和焊接性差，但切削加工性 好。
从共晶温度继续往下冷却, 初生 α中不断析出βII ,
成分由 c点降至 f点；共晶体形态、成分和总量保 持不变。
2012-10-24
工程材料
99-19
合金Ⅲ的结晶过程
合金的室温组织为初生 α+ βII + (α+β) 合金的组成相为 α 和 β , 它们的相对重量为：
成分在
cd之间的所有亚共晶合金的结晶过程与
杠杆定律的证明和力学比喻
2012-10-24
工程材料
99-8
枝晶偏析
1）定义：由于冷却速度快，造成晶体中 晶粒内化学成分不均匀的现象。
2）枝晶偏析危害：影响合金力学性能、耐蚀 性能和加工工艺性能 3）消除办法：再结晶退火
Cu-Ni合金枝晶偏析示意图
2012-10-24
工程材料
99-9
二元共晶相图
得到合金III在室温下的三种 组织组成物的质量分数为 ：
2012-10-24
工程材料
99-21
合金Ⅳ的结晶过程
2012-10-24
工程材料
99-22
组织和相的关系
2012-10-24
工程材料
99-23
共析相图
d点成分(共析成分)的合金从 液相经过匀晶反应生成 γ相后, 继续冷却到d 点温度(共析温度) 时, 在此恒温下发生共析反应: γ → (α+β) 由一种固相转变成完全不同 的两种相互关联的固相, 此两 相混合物称为共析体。 共析相图中各种成分合金的 结晶过程的分析与共晶相图相 似, 但因共析反应是在固态下 进行的, 所以共析产物比共晶 产物要细密得多。
2012-10-24
工程材料
99-15
合金Ⅲ的结晶过程
合金Ⅲ是亚共晶合金, 合金冷却到1点温度后, 由
匀晶反应生成 α固溶体, 叫初生 α固溶体。
2012-10-24
工程材料
99-16
合金Ⅲ的结晶过程
从1点到2点温度的冷却过程中，按照杠杆定律，
初生 α的成分沿 ac线变化，液相成分沿 ad 线变 化；初生 α逐渐增多，液相逐渐减少。
2012-10-24
工程材料
99-13
合金II的结晶过程
2012-10-24
工程材料
99-14
由于析出的 二次β 和 二次α 都相应地同 β 和 α相连在一起，共晶体的形态和成分不发生变化。 合金的室温组织全部为共晶体，即只含一种组织组 成物；其组成相仍为 α和 β 相。
共晶合金组织的形态
工程材料
99-1
2012-10-24
温 度
温 度
温 度
时间
2012-10-24
A 90 70 50
工程材料
30
B
99-2
二元匀晶相图
两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的 相图为二元匀晶相图。 例：Cu-Ni、 Cu-Au、 Au-Ag、Fe-Cr等
2012-10-24
工程材料
99-3
相图分析
组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体，
主要体现了渗碳体特点，硬而脆。
第3章 二元合金相图及应用
相图的建立
名称
A金属
B金属
相图：以温度为纵坐标，以成分为横坐标，表明合 bcc bcc 晶格类型 金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成，以 熔点 高 低 及这些相之间平衡关系的图形。 100% 0% 合金1 二元相图的建立（以热分析法为例） 90% 10% 合金2 配制不同的Cu-Ni合金 80% 20% 合金3 测定合金的冷却曲线 …….. …….. ……. 找出合金的临界点 20% 80% 合金9 将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分为横坐 10% 90% 合金10 热 分 析 法 标的图中，将同类临界点连接起来，得到Cu-Ni 0% 100% 合金相图 合金11
工程材料
99-27
包晶相图
相图分析 Pt-Ag合金相图中存在三种相: Pt与Ag形成的液溶体L相; Ag溶于Pt中的有限固溶体α相; Pt溶于Ag中的有限固溶体β相。 e点为包晶点, e点成分的合金冷却到 e点所对应的温度 (包晶温度)时发生包晶反应Le+cd 。 发生包晶反 应时三相共存, 它们的成分确定, 反应在恒温下平衡地 进行。水平线ced 为包晶反应线。 cf为Ag在Pt 中的溶解度线, eg为Pt在Ag 中的溶解度 线。
2012-10-24
工程材料
99-34
相图与性能的关系
合金铸造性能与相图的关系
液相线与固相线间隔越大，流动性越差，越易形
成分散的孔洞（称分散缩孔，也称缩松）。 共晶合金熔点低，流动性最好，易形成集中缩孔， 不易形成分散缩孔。 铸造合金宜选择共晶或近共晶成分，有利于获得 健全铸件。
2012-10-24
2012-10-24
工程材料
99-38
渗碳体（Cementite） 渗碳体组织金相图
定义——C与Fe的化合物（Fe3C）。 代表符号： Cm 性能：含碳6.69%，其硬度高，极脆，塑性几乎
为0，熔点为1227℃。 铁碳合金中渗碳体量多会导致材料力学性能变坏。 适量渗碳体若弥散分布在基体上，可提高材料强 度和硬度。
E
α +β
L
G
α+β
F
Pb
2012-10-24
Sn%
工程材料
Sn
99-11
Pb-Sn合金相图
2012-10-24
工程材料
99-12
结晶过程分析
合金I结晶过程
其组成相是f点成分的α相和g点成分的β相。运
用杠杆定律, 两相的相对重量为：
合金室温组织由α和β组成,α和βII即为组织
组成物。
2012-10-24
工程材料
99-6
杠杆定律
温 度
杠杆定理
L
a
TL Tn TS
QS + QL = 1 dQS + eQL = 1× c
QL=(dc／de) 100% QS=(ce／de) 100%
S
Qs QL
b d c e
B
A
2012-10-24
工程材料
99-7
杠杆定律是计算合金平衡组织中的组成相或组织组成 物的质量分数的重要工具。应当熟练掌握和运用。 杠杆定律只适用于相图中的两相区, 并且只能在平衡 状态下使用。杠杆的两个端点为给定温度时两相的成 分点, 而支点为合金的成分点。
温 度
a L
L + S S
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 b L+S:液固共存区
B
工程材料
99-4
A
2012-10-24
匀晶相图结晶过程分析：冷却曲线＋结晶过程
2012-10-24
工程材料
99-5
匀晶结晶特点
α固溶体从液相中结晶出来的过程中, 也包括有生核与长
具有匀晶相图、共晶相图的合金的机械性能和物理性 能随成分而变化的一般规律见下图
2012-10-24
工程材料
99-33
固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关, 溶质的
溶入量越多, 晶格畸变越大, 则合金的强度、硬 度越高, 电阻越大。当溶质原子含量大约为50% 时, 晶格畸变最大, 而上述性能达到极大值, 所 以性能与成分的关系曲线具有透镜状。 两相组织合金的机械性能和物理性能与成分呈直 线关系变化。 对组织较敏感的某些性能如强度等, 与组成相或 组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组 成物越细密, 强度越高(见图中虚线)。当形成化 合物时， 则在性能一成分曲线上于化合物成分 处出现极大值或极小值。
Hale Waihona Puke 合金Ⅲ相同，仅组织组成物和组成相的相对重量 不同，成分越靠近共晶点，合金中共晶体的含量 越多。
2012-10-24
工程材料
99-20
亚共晶合金组织组成物的质量分数
组织组成物：初生 α、 βII和共 晶体 (α+β) 。 先求合金在刚冷到2点温度而尚未 发生共晶反应时 α 和 L相的质量 分数相对重量。 液相在共晶反应后全部转变为共晶 体(α+β) , 这部分液相的质量分 数就是室温组织中共晶体 (α+β) 的质量分数。 初生 αc冷却不断析出 βII, 到室 温后转变为 αf和 βII。按照杠杆 定律, 可求出 αf、βII占 αf＋ βII的质量分数(注意, 杠杆支点在 c'点), 再乘以初生 αc在合金中的 质量分数, 求得 αf、βII占合金的 质量分数。
定义：两个组元在液态无限互溶，但固态只 能有限互溶或不能互溶，并发生共晶反应的 合金系所构成的相图为二元共晶相图。 如：Pb-Sb、Pb-Sn、Cu-Ag等
2012-10-24
工程材料
99-10
相图分析：点、线、区
1 A L
L+α
L+β
3
2
4 B β D