第四章 二元相图汇总

以铂(Pt)-银(Ag)合金为例进 行分析讨论包晶相图.
相图分析:
单相区：L、α、β
二相区：L+α、L+β、α+β
三相区：L+α+β （水平线 PDC——包晶线）
成分在P、C两点之间的所
有合金在包晶温度都要发 生包晶转变。相图中的D点 称为包晶点，所对应的温
度TD称为包晶温度。
图 Pt-Ag包晶相图
第四章二元相图
相图是表示合金系中合金的状态与温度、成分间的关系的图解，是 表示合金系在平衡条件下，在不同温度、成分下的各相关系的图解， 因此，又称之为状态图或平衡图。
4.1相图的基本知识
4.1.1相图的建立 用热分析的方法建立相图：以A-B二元合金相图的建立为例。
a) 设计合金的成分
b) 测量合金的冷却曲线
相图组成：两个单相区 L 、α； 两条溶解度曲线，液相线、固相线 一个两相区 ，L + α 相图特点：二组元在液态和固态都能够完全相互溶解，具有相同的
晶体结构，相同的原子价，原子半径接近。
2.固溶体合金的平衡凝固及组织 以30%Ni, 70%Cu的合金为例说明
固溶体平衡结晶时的组织示意图
根据杠杆定律计算t2温度时的液相和固 相的相对含量： L%=(b-30%)/(b-a) α %=1- L%
含Ag为42.4% 的Pt-Ag合金:室温下合金的平衡组织为： β+αII
含Ag在10.5~42.4%之间的Pt-Ag合金 :室温平衡组织为： α+βII +β+αII。
含Ag在42.4~66.8%之间的Pt-Ag合金:室温平衡组织为： β+αII。
3.具有包晶转变合金的不平衡凝固
4.3二元相图分析和使用
c) 连接临界点
4.1.2杠杆定律、相律 以Cu-Ni合金相图为例说明 设合金的总质量为1，液相的质量为WL， 固体的质量为Wa，则有 WL+Wa=1 (1) 此外，合金I中的含镍量应等于液相中 镍的含量与固相中镍的含量之和，即 WL·CL+Wa·Ca=1·C (2) 由（1）、（2）求得
即为杠杆定律。
3.固溶体合金的非平衡凝固及其组织
Cu-Ni 合金的不平衡凝固过程示意图
先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点的组元较多， 在晶粒内部存在着浓度差别，这种在一个晶粒内部化学成分不均 匀的现象，称为晶内偏析。由于固溶体晶体通常呈树枝状，使枝 干和枝间的化学成分不同，所以又称为枝晶偏析。 消除办法：扩 散退火（均匀化退火）
图5.2-5 Cu30%Ni合金的 非平衡结晶组 织(白亮区域含
4.固溶体合金凝固时的溶质量分布 平衡分配系数k0定义为：在一定温度下，固液两平衡相中的溶质浓度
之比值，即
k0=Ca/CL
源自文库
(4—5)
式中，Ca和CL为固相和液相的平衡浓度。假定液相线和固相线为直 线，则k0为常数，
分配系数 a) k0＜l b) k0＞l
5.伪共晶
在平衡凝固时，只有共晶成分的合金才能获得全 部的共晶组织，但是在不平衡凝固时，成分在 共晶点附近的合金也可能得到100%的共晶组织， 这样的共晶组织称为伪共晶。
6.离异共晶
当合金的成分离共晶点很远时，在不平衡凝固条 件下，形成的共晶组织数量很少，这时与先共 晶相相同的组成相就会依附于先共晶相长大， 而把另一组成相孤立出来，结果另一组成相单 独地分布在先共晶相的晶粒边界上。这种两相 分离的共晶组织叫做离异共晶。
表 Pb-Sn相图分析
TPb
TSn
点
E
C
D
TPb E TSn
TPb C E D TSn
线
CED
CF
DG
单相区
L
α
β
区 二相区
L +α
L +β
α+β
三相区
L+α+β
纯Pb的熔点(327.5 ˚C) 纯Sn的熔点(231.9 ˚C) 共晶点(61.9%Sn, 183˚C) Sn在Pb中的最大溶解度(19.2%Sn, 183˚C) Pb在Sn中的最大溶解度(2.5%Pb, 183˚C) 液相线 固相线 共晶线(水平线) Sn在Pb(α)中的溶解度曲线，随温度变化 Pb在Sn(β)中的溶解度曲线，随温度变化 液相区 α固溶体区 β固溶体区 液、固二相区，与匀晶相图的二相区相同，可以将它们看作匀晶相图的一部分。
相律：在平衡条件下，一个系统的组成物的组元数、相数、和自由度数 之间的关系可以由相律来确定。相律的数学表达式如下：
F ——系统的自由度数 C ——组成物的组元数 P ——系统中能够同时存在的相数 2 ——表示温度和压力两个变量
4.2 二元相图的基本类型
匀晶相图、共晶相图、包晶相图 4.2.1 匀晶相图 1.相图分析：以Cu-Ni合金匀晶相图为例说明
图 Pb-Sn 共晶组织
2) 10 %Sn合金的结晶过程 3)亚共晶合金(50% Sn,合金II) 亚共晶合金室温下的组织为：先共晶固溶体α和
共晶组织(α+β).相为: α, β. 要求计算其相对含量: 4) 过共晶合金(70% Sn,合金III) 过共晶合金的室温组织为：β+(α+β)。相为: α, β. 要求计算其相对含量:
离异共晶（Al-50%Sn合金， 共晶组织中的Al已并入先共 晶Al相，只有Sn被留在晶界 处。）
亚共晶合金组织金相照片 过共晶合金的金相组织照片
• 4.2.3包晶转变
包晶转变:一个液相(L)与一个固相(α)在恒温(TD)下生成另一个 固相(β)的转变。表达式如下：
具有包晶转变的二元合金系有Pt-Ag、Sn-Sb、Cu-Sn、Cu-Zn等， Fe-C合金相图中也含有包晶转变部分。
4.2.2 共晶相图
共晶转变:液相在恒定的温 度下同时结晶出两个固 相的转变.
表达式:
具有共晶相图的合金系有 Pb-Sn, Cu-Ag, Al-Si, AlSn, Pb-Bi, Fe-C 等.
以Pb-Sn合金共晶相图为例， 对共晶相图的基本结构: 点、线、区分别进行介
绍，并列于表5.3-1中。
固态二相区 C E D水平线 (一个特殊的相区)
1.典型合金的冷却过程分析
以10 %Sn合金, 共晶合金( 61.9 %Sn,图中合金I）,亚共晶合金 (50% Sn,合金II), 过共晶合金(70% Sn,合金III)为例说明.
1)共晶合金( 61.9 %Sn,图中合金I） 共晶组织中α、β两相的相对量可以应用杠杆定理计算出来：