二元相图的复习资料
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西安石油大学材料科学与工程学院
材料科学基础
杠杆定律： ➢在二元系合金中，用杠杆定律确定相的相对含量，主要适用于两相区。 ➢平衡相成分的确定：要确定相的相对含量，首先必须确定相的成分。
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杠杆定律示意图
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材料科学基础
➢镍的含量为C％的合金I在温度t1时，处于两相平衡状态， 要确定液相L和固相的成分，可通过温度t1作一水平线 段arb，分别与液、固相线相交于a和b，a、b两点在成 分坐标轴上的投影CL和C即分别表示液、固两相成分。 ➢液相和固相的含量：
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材料科学基础
固溶体的平衡结晶过程：固溶体晶核的形成造成液相或固相内的浓度梯度，从 而引起相内的扩散过程，破坏了相界面处平衡。晶体必须长大，才能使相界面 处重新达到平衡。 固溶体晶的长大过程是平衡不平衡平衡不平衡的辩证发展过程。
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分的固相的转变。其表达式：
TD
LC P D
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材料科学基础
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材料科学基础
二元系各类恒温转变图型
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材料科学基础
铁碳合金的组织和性能 ★ Fe-Fe3C相图：反映含碳量在06.69％的铁碳合金在缓慢冷却的条件下，温度、成分和组
A
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材料科学基础
共晶合金的组织示意图
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材料科学基础
包晶相图及其合金凝固 包晶相图：两组元在液态可无限互溶，在固态只能部分互溶的，并且具有包晶转变的二元
系合金所构成的相图。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，生成另一个一定成
织的转变规律。
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材料科学基础
共晶相图及其合金凝固 共晶相图：两组元在液态能够无限互溶，在固态只能部分互溶，甚至完全不溶，并具有
共晶转变的二元合金系所组成的相图。 共晶转变:一个确定成分的液相在确定的恒定温度下同时结晶出两个确定成分的固相的转
变，其表达式为：
L T
两相区与单相区分界线的走向
铁碳相图的一部分
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材料科学基础
匀晶相图 ➢ 匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。 ➢ 在两个金属组元之间形成合金时，要能无限互溶必须服从以下条件：两者的
晶体结构相同、原子尺寸相近、尺寸差小于15％。另外，两者有相同的原子 价和相似的电负性。
铁碳相图的一部分
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材料科学基础
二元相图的几何规律 (2)二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示反应是恒温反应，线上存在三 个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间。水 平线的上下方分别与三个两相区相接。 (3)当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另 一两项区内，而不会进入单相区内。
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材料科学基础
3．固溶体的非平衡凝固
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Cu-Ni合金不平衡凝固及组织示意图
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材料科学基础
不平衡结晶过程的特点： 固相的平均成分线和液相的平均成分线与固相线和液相线不同，他们和冷
却速度有关，冷却速度越快，他们偏离固相线和液相线越严重，反之，冷却速 度越慢，他们越接近固相线和液相线，表明冷却速度越接近与平衡冷却条件。
用热分析法建立Cu～Ni相图(a)冷却曲线 (b)相图
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材料科学基础
二元相图的几何规律 (1)两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一 条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。相区接触法则 ： 在 二 元相图中，相邻相区的相数差为1(点接触情况除外)。
材料科学基础
第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 ➢ 二元相图：二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系的简明图解。
➢ 二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生 本质变化的相变点。
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材料科学基础
1、配置不同成分的合金。 2、测冷却曲线。 3、找相变临界点。 4、相图中标示临界点并连 线。
材料科学基础
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Cu-Ni固溶体平衡凝固时组织变化
Ni
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材料科学基础
平衡凝固的三个过程
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材料科学基础
固溶体的凝固在一个温度范围内进行，在每一个温度下，平衡凝固都包
含三个过程：
➢液相内的扩散过程；
➢固相的继续长大；
➢固相内的扩散过程。
纯金属和固溶体凝固过程的相同点和不同点
相同点：都需要过冷度、能量起伏和结构起伏，并以形核和长大的方式进行
凝固。
不同点：
1）纯金属在恒定的温度下凝固，而固溶体在一个温度范围内凝固。
2）纯金属凝固只需要结构起伏和能量起伏，而固溶体的凝固不仅需要结
构起伏和能量起伏，还需要成分起伏。
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源自文库
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杠杆定律示意图
WL
rb 100% ab
ar
W
100% ab
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材料科学基础
固溶体的平衡凝固 平衡凝固：凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组
元间的扩散，以达到平衡相的成分。极其缓慢的冷速下才能进行。
Ni
Cu-Ni合金相图
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材料科学基础
➢固溶体的凝固过程与纯金属一样，也包括形核与长大两个阶段。形核的方式可 以是均匀形核，也可以是依靠外来质点的非均匀形核。 固溶体在形核时需要的条件：
1)结构起伏，形成超过临界值大小的晶核； 2)能量起伏，满足新相对形核功的要求。 3)由于固溶体在结晶时结晶固相成分和液相成分不同，需要成分起伏。 固溶体合金的形核地点：结构起伏、能量起伏、成分起伏都能满足要求的地方。
材料科学基础
杠杆定律： ➢在二元系合金中，用杠杆定律确定相的相对含量，主要适用于两相区。 ➢平衡相成分的确定：要确定相的相对含量，首先必须确定相的成分。
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杠杆定律示意图
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➢镍的含量为C％的合金I在温度t1时，处于两相平衡状态， 要确定液相L和固相的成分，可通过温度t1作一水平线 段arb，分别与液、固相线相交于a和b，a、b两点在成 分坐标轴上的投影CL和C即分别表示液、固两相成分。 ➢液相和固相的含量：
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固溶体的平衡结晶过程：固溶体晶核的形成造成液相或固相内的浓度梯度，从 而引起相内的扩散过程，破坏了相界面处平衡。晶体必须长大，才能使相界面 处重新达到平衡。 固溶体晶的长大过程是平衡不平衡平衡不平衡的辩证发展过程。
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分的固相的转变。其表达式：
TD
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二元系各类恒温转变图型
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铁碳合金的组织和性能 ★ Fe-Fe3C相图：反映含碳量在06.69％的铁碳合金在缓慢冷却的条件下，温度、成分和组
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共晶合金的组织示意图
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包晶相图及其合金凝固 包晶相图：两组元在液态可无限互溶，在固态只能部分互溶的，并且具有包晶转变的二元
系合金所构成的相图。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，生成另一个一定成
织的转变规律。
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共晶相图及其合金凝固 共晶相图：两组元在液态能够无限互溶，在固态只能部分互溶，甚至完全不溶，并具有
共晶转变的二元合金系所组成的相图。 共晶转变:一个确定成分的液相在确定的恒定温度下同时结晶出两个确定成分的固相的转
变，其表达式为：
L T
两相区与单相区分界线的走向
铁碳相图的一部分
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材料科学基础
匀晶相图 ➢ 匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。 ➢ 在两个金属组元之间形成合金时，要能无限互溶必须服从以下条件：两者的
晶体结构相同、原子尺寸相近、尺寸差小于15％。另外，两者有相同的原子 价和相似的电负性。
铁碳相图的一部分
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材料科学基础
二元相图的几何规律 (2)二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示反应是恒温反应，线上存在三 个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间。水 平线的上下方分别与三个两相区相接。 (3)当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另 一两项区内，而不会进入单相区内。
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3．固溶体的非平衡凝固
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不平衡结晶过程的特点： 固相的平均成分线和液相的平均成分线与固相线和液相线不同，他们和冷
却速度有关，冷却速度越快，他们偏离固相线和液相线越严重，反之，冷却速 度越慢，他们越接近固相线和液相线，表明冷却速度越接近与平衡冷却条件。
用热分析法建立Cu～Ni相图(a)冷却曲线 (b)相图
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材料科学基础
二元相图的几何规律 (1)两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一 条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。相区接触法则 ： 在 二 元相图中，相邻相区的相数差为1(点接触情况除外)。
材料科学基础
第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 ➢ 二元相图：二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系的简明图解。
➢ 二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生 本质变化的相变点。
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1、配置不同成分的合金。 2、测冷却曲线。 3、找相变临界点。 4、相图中标示临界点并连 线。
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Cu-Ni固溶体平衡凝固时组织变化
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材料科学基础
平衡凝固的三个过程
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材料科学基础
固溶体的凝固在一个温度范围内进行，在每一个温度下，平衡凝固都包
含三个过程：
➢液相内的扩散过程；
➢固相的继续长大；
➢固相内的扩散过程。
纯金属和固溶体凝固过程的相同点和不同点
相同点：都需要过冷度、能量起伏和结构起伏，并以形核和长大的方式进行
凝固。
不同点：
1）纯金属在恒定的温度下凝固，而固溶体在一个温度范围内凝固。
2）纯金属凝固只需要结构起伏和能量起伏，而固溶体的凝固不仅需要结
构起伏和能量起伏，还需要成分起伏。
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杠杆定律示意图
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西安石油大学材料科学与工程学院
材料科学基础
固溶体的平衡凝固 平衡凝固：凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组
元间的扩散，以达到平衡相的成分。极其缓慢的冷速下才能进行。
Ni
Cu-Ni合金相图
西安石油大学材料科学与工程学院
西安石油大学材料科学与工程学院
材料科学基础
➢固溶体的凝固过程与纯金属一样，也包括形核与长大两个阶段。形核的方式可 以是均匀形核，也可以是依靠外来质点的非均匀形核。 固溶体在形核时需要的条件：
1)结构起伏，形成超过临界值大小的晶核； 2)能量起伏，满足新相对形核功的要求。 3)由于固溶体在结晶时结晶固相成分和液相成分不同，需要成分起伏。 固溶体合金的形核地点：结构起伏、能量起伏、成分起伏都能满足要求的地方。