2.2二元相图的基本类型.ppt

1,合金，是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质金属材料合金品种非常多每一合金系中还可以改变各组元的相对含量，形成许多合金品种,2,2.2 二元相图的基本类型Basic types of two-component phase diagram,2.2.1 相图的建立( Setting-up of phase diagrams )2.2.2 匀晶相图——学习二元相图的基础( Isomorphous diagram-the foundation of studying two-component phase diagram )2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键( The eutectic phase diagram-the key to study two-component phase diagram )2.2.4 包晶相图特征 ( Characteristics of peritectic phase diagram )2.2.5 具有稳定化合物相图(Phase diagrams with stable compound)2.2.6 具有共析反应的相图(Phase diagrams with eutectoid reaction)2.2.7 二元合金相图与性能之间的关系(Relationship between properties and phase diagrams of binary alloys),3,2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams,相图是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、成分间关系的简明图解，清楚表明了材料中各种相的存在范围以及相与相之间的关系。

相图中的相是指平衡相，它不反映时间因素的影响材料在一定成分和一定温度下的相状态，以及当成分和温度改变时相状态的变化,可用温度—成分坐标系的图示明确而系统地表示出来 建立相图的方法有实验测定和理论计算两种，但目前所使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的4,2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams,配制一系列不同成分的合金，测出其从液态到室温的冷却曲线（合金与纯金属不同），求得各相变点；把这些特性点标在温度-成分的坐标图纸上，把相同意义的特性点联结成线；这些特性线将相图划分出一些区域，称为相区;最后，在各相区内填入相应的“相”的名称图2-7 用热分析法建立Cu-Ni相图,5,合金成分：① Ni 30% Cu 70%② Ni 50% Cu 50%③ Ni 70% Cu 30%,有关相图的基本概念：合金状态 一定条件下合金有哪几个相组成相变临界点 相变的温度相图 反映在平衡条件下，合金的状态同温度、成分之间关系的图形2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams,6,任何二元相图都可以看成由几类基本类型的相图迭加、复合而成。

2.2.2 匀晶相图—学习二元相图的基础( Binary isomorphous diagrams),1. 匀晶相图与匀晶转变两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解，即在固态下形成无限固溶体的合金相图称为匀晶相图例如：Cu-Ni、Fe-Cr等合金相图在这类合金中，结晶时都是从液相结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变几乎所有的二元合金相图都包含匀晶转变部分7,2.2.2 匀晶相图—学习二元相图的基础( Binary isomorphous diagrams),2.相图分析 ①特性点：纯铜的熔点A为1083℃，纯镍的熔点B为1455℃ ②特征线：液相线 ，固相线 ③相区与基本相：,8,纯铜熔点1083℃,纯镍熔点1455℃,L,α,L+α,,,液相线,固相线,液相区,固相区,液固两相区,3.固溶体合金的平衡结晶过程分析,1083℃,1455℃,K,9,3.固溶体合金的平衡结晶过程分析,K合金的平衡结晶过程，其特点是:固溶体合金的平衡结晶是变温结晶的过程液态金属在无限缓慢冷却条件下，冷却到一定温度范围内进行结晶，而且在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化(即α1→α2→α3→α4)，而液相的成分沿液相线变化(即l1→l2→l3→l4) 。

这就是固溶体合金的平衡结晶规律4.杠杆定律及其应用,图2.9 杠杆定律的证明,杠杆定律：在合金相图中的两相区(如液相和固相)内，若给定某一温度，就能确定在该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分，以及在该温度下两平衡相(如液、固两相)的相对质量11,4.杠杆定律及其应用,设合金总质量为W(100%即1)，液相的质量分数为WL,固相的质量分数为Wα，则 WL+ Wα=W(即1) (1)那么 WL·x1+ Wα·x2=W·k (2)解(1)和(2)组成的方程: WL=(x2-k)/(x2-x1); Wα=(k-x1)/(x2-x1)将换成相图中的线段，及质量分数用百分数表示，则：,x1,x2,x1,WL,x2,x1k,kx2,Wa,12,Ni成分为K的Cu-Ni合金，在某温度时，液相中Ni成分为x1，固相中Ni成分为x2，求该温度下，已结晶出固溶体α和剩余液相L的质量分数L+α,L,α,WL=kx2/x1x2×100%; Wα=x1k/x1x2×100%;两相相对质量之比为：WL/ Wα=kx2/x1k4.杠杆定律及其应用,所求得的两平衡相相对质量之间的关系与力学中的杠杆定律颇为相似，因此称为“杠杆定律”。

杠杆定律说明:某合金两平衡相的质量分数(WL与Wα)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比，即线段xx2与x1x之比杠杆定律仅适用于两相区，用于求两平衡相的成分及其相对质量x1,x2,x1,WL,x2,x1k,kx2,Wa,13,5.不平衡结晶 —— 枝晶偏析,实际结晶过程中，冷却过程往往比较快（即不平衡结晶）原子不能充分进行扩散，先结晶出的固相含高熔点组元(镍)较多，后结晶出的固相含低熔点组元(铜)较多快冷使这种成分不均匀现象保留下来，形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主干和后结晶的分支成分不一致，故这种偏析称为枝晶偏析，又称晶内偏析,不平衡结晶－－枝晶偏析示意图,14,5.不平衡结晶 —— 枝晶偏析,固相液相线间距大会使偏析更严重枝晶偏析，使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏为消除枝晶偏析，可采用高温扩散退火(又称均匀化退火)方法，达成分均匀化的目的不平衡结晶－－枝晶偏析示意图,15,何谓共晶相图？ 两组元在液态下能无限互溶，在固态时只能有限互溶，形成两种有限固溶体（α和β），并发生共晶反应(转变)、形成共晶组织的二元相图称为二元共晶相图。

共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应 L→ α+β,2.2.3 共晶相图—学习二元相图的关键Binary eutectic phase diagram,16,金属材料中具有共晶相图的合金系有Pb-Sn, Cu-Ag, Al-Si, Al-Sn, Pb-Bi, Fe-C,共晶相图可以抽象地看作是两匀晶相图重叠结果(a)图：从液相内结晶出以A组元为基α固溶体;(b)图：从液相内结晶出以B为基β固溶体;(c)图：(a)、(b)两相图重合在一起图示二元共晶相图［(d)图］可分解为三部分，即水平线以上为匀晶转变部分、以下为脱溶转变部分，水平线上则为共晶转变部分1. 相图分析,17,（1）共晶相图的形成,共晶相图形成条件：两组元在液态能完全互溶；固态时只能有限互溶；发生共晶反应一定温度下，由E点成分液相同时结晶出成分各自一定的两个新固相（如α和β）的转变，称为共晶转变或共晶反应发生共晶反应的温度称为共晶温度发生共晶转变的液相成分点（E）称为共晶点或共晶成分共晶转变的产物为两固相的混合物，称为共晶组织.,18,1. 相图分析,（1）共晶相图的形成,①特征线 ②特征点 ③相区与基本相 ④ 合金名称,19,1. 相图分析,两种有限固溶体α相和β相 α相：Sn组元溶于Pb组元中形成的固溶体 β相：Pb组元溶于Sn组元中形成的固溶体,共晶合金,亚共晶合金,,,过共晶合金,端部固溶体合金,端部固溶体合金,匀晶反应+二次析出反应。

室温下相组成为α+β α=4G/FG×100% β=F4/FG×100% 组织组成为α+βⅡ α=4G/FG×100% βⅡ=F4/FG×100%,由于固态下原子扩散能力小，析出的次生相不易长大，一般都比较细小，分布于晶界或固溶体中2.典型合金的平衡结晶过程,（1）合金Ｉ(W（Sn）≤19w%的合金)——端部固溶体合金,匀晶反应+二次析出反应室温下相组成为α+β 组织组成为β+αⅡ,2.典型合金的平衡结晶过程,同理：合金Ｉ(W（Sn）≥97.5w%的合金)——端部固溶体合金,2.典型合金的平衡结晶过程,（2）合金ⅡW(Sn)=61.9%——共晶合金,共晶反应,α和β呈层片状交替分布的细密机械混合物(α+β)就是共晶组织或称共晶体,共晶温度时的相组成：Wα =EN/MN×100%， Wβ=ME/MN×100% 组织组成：共晶体(αM+βN) 100%,22,2.典型合金的平衡结晶过程,（2）合金Ⅱ(共晶合金) W(Sn)=61.9%,共晶反应,合金Ⅱ结晶过程中的反应特征为共晶反应＋二次析出反应。

室温时αⅡ和βⅡ量小且常常依附共晶体中的同类相析出，所以在显微镜下难以分辨，故一般不予考虑因此，其室温组织为(α+β)共晶体23,各种形态的共晶组织（1）,24,各种形态的共晶组织（2）,25,26,2.典型合金的平衡结晶过程,（3）合金Ⅲ19%与61.9%之间——亚共晶合金,1→2：匀晶反应无限接近共晶温度线时：相组成α+L：Wα =2N/MN×100%Wβ=M2/MN×100%,组织组成α+L：Wα= 2E/ME×100% WL = M2/ME×100%,2点：达到共晶温度，发生共晶反应相组成α+β：Wα =2N/MN×100%，Wβ=M2/MN×100%,27,2.典型合金的平衡结晶过程,（3）合金Ⅲ19%与61.9%之间——亚共晶合金,组织组成α+共晶体(α+β) ：Wα= 2E/ME×100% W共晶体(α+β) = M2/ME×100%,2→2’ 二次析出反应室温下相组成α+β：Wα =2’G/FG×100%Wβ=F2’/FG×100%28,2.典型合金的平衡结晶过程,（3）合金Ⅲ19%与61.9%之间——亚共晶合金,组织组成为α+βⅡ+(α+β)W共晶体(α+β)= M2/ME×100%Wα=（2E/ME）×(M’G/FG) ×100%WβⅡ=（2E/ME）×(FM’/FG) ×100%,29,杠杆定律示意图：,,,,共晶体(α+β),α,,,,α,βII,61.9%Sn,19%Sn,2点,M点,F点,M’点,G点,E点,19%Sn,183℃（共晶温度）→,室温→,共晶体组织质量分数保持不变,30,2.典型合金的平衡结晶过程,（3）合金Ⅲ19%与61.9%之间——亚共晶合金,结晶过程中的反应特征为:匀晶反应+共晶反应+二次析出反应。

亚共晶合金室温组织→,2.典型合金的平衡结晶过程,过共晶合金室温组织,。