材料科学基础b材料的相结构与相图之五a.ppt

二. 共晶相图及其合金的凝固共晶合金的一些特殊的性质： ①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作； ②共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固 之中防止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改 善铸造性能； ③恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷 ，例如偏聚和缩孔； ④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是 规则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异 性能的原位复合材料（in－situ composite） 共晶相图(Pb-Sn)形成条件：两组元在液态可无限互溶，而固态只能 部分互溶，甚至完全不溶 两组元的混合使合金的熔点比各组元低，因此，液 相线从两端纯组元向中间凹下，两条液相线的交 点所对应的温度称为共晶温度 在该温度下，液相通过共晶凝固同时结晶出两个固 相，这样两相的混合物称为共晶组织或共晶体 相图分析: 点: 两组元的熔点,最大固溶度,室温固溶度,共晶点 线:液相线,固相线,固溶 度线,共晶转变线 区:三个单相区：液相区,两个固相 区(f=2),三个两相区： 两个液、固两相共存区 (f=1), 一个固、固两相共存区 (f=1)一个三相区：共晶线 (f=０)2．共晶合全的平衡凝 固及其组织 • w(Sn)＜19％的合金高于液相线：Ｌ相液相线与固相线之间 ：Ｌ＋(Pb)固相线与固溶度线之 间: (Pb)的冷却低于固溶度线： (Pb)中析出II(Sn)简单表示方法：Ｌ相Ｌ＋(Pb)  冷却＝,＋II凝固组织 b. 共晶合金平衡凝固过程：Ｌ相Ｌ=(Pb)+(Sn) =,＋II,和=,+ II室温平衡组织：(＋ )共Pb-Sn共晶合金显微组织：c.亚共晶合金 平衡凝固过程： Ｌ相 ＬＬ＋(Pb)(先共晶 相) Ｌ(余)=(Pb)+(Sn)  =,＋II,和=,+ II 室温平衡组织： (先共晶相) ＋(＋ )共 ＋βII d．过共晶合金 室温平衡组织：β(先共晶相) ＋( ＋ )共＋II MNEPb-Sn亚共晶合金的显微组织：黑色树枝状: 相；(白色： 相) 黑白相间区: (+)共晶体Pb-Sn过共晶合金的显微组织：白色椭圆状：相(先共晶相) 黑白相间区： (+)共晶体3．共晶合金的非平衡凝固 a．伪共晶 在平衡凝固条件下，只有共晶成分的合金才 能得到全部的共晶组织。

然而在非平衡凝 固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合 金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶 成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶 出现伪共晶的成份范围：b．非平衡共晶组织 某些合金在平衡凝固条件下获得单相固溶体，在快 冷时可能出现少量的非平衡共晶体，非平衡共晶 组织的出现将严重影响材料的性能，应该消除之 C．离异共晶 当先共晶相数量较多、共晶体数量较少，通常共晶体中的α 相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝 固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消 失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶 三. 包晶相图及其合金的凝固 １．包晶相图 形成条件：两组元在液态可无限互溶，而固 态只能部分互溶 在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相 与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变 包晶相图 的液相线 的液相线 的固相线 的固相线 包晶转变线 的固溶度线 的固溶度线2．包晶合金的平衡凝 固及其组织 a. w(Ag)为42.4％的Pt －Ag合金（合金I） 凝固过程： Ｌ相 ＬＬ＋(先共晶相 ) Ｌ(余)+=  =,+ II 室温组织：,+ II凝固过程示意图：b． 42.4％＜ w(Ag)＜66.3％ 的pt-Ag（合金II ） 凝 固过 程： Ｌ相 ＬＬ＋ Ｌ(余1)+=  L(余2)=  冷却=,+ II凝固过程组织变化及室温组织：,+ IIc． 10.5％＜w(Ag)＜ 42.4％的 Pt-Ag合金（合金III） 凝固过程： Ｌ相 ＬＬ＋Ｌ(余)+=(余)  =,+ II = ,+  II 凝固过程组织变化：室温组织,+  II +,+ II3．包晶合金的非平衡凝固及其组织 实际生产中的冷速较快，固体中的原子扩散 往往不能充分进行，导致包晶反应的不完 全性，即在低于包晶温度下，将同时存在 未参与转变的液相和相，其中液相在继 续冷却过程可能直接结晶出相或参与其 他反应，而相仍保留在相的心部，形成 包晶反应的非平衡组织(包晶偏析). 另外，某些原来不发生包晶反应的合金，在 快冷条件下，由于初生相a凝固时存在枝 晶偏析而使剩余的L和a相发生包晶反应， 出现某些平衡状态下不应出现的相。

与非平衡共晶组织一样，包晶转变产生的非 平衡组织也可通过扩散退火消除 四.复杂二元相图的分析方法 （1）先看相图中是否存在稳定化合物(横向 看)，如有，则以这些化合物为界，把相 图分成几个区域进行分析；再看两组元是 否存在同素异构转变(纵向看) （2）根据相区接触法则，区别并标出各相 区 （3）找出三相共存水平线，分析这些恒温 转变的类型，写出反应式二元体系中的三相平衡转变： 具有稳定化合物的相图： 具有不稳定化合物的相图： 具有同素异构转变的相图： （4）应用相图分析具体合金随温度改变而发生的 相转变和组织变化规律 • 在单相区，该相的成分与原合金相同；在两相 区，不同温度下两相成分分别沿其相界线而变 • 根据研究的温度画出连结线，其两端分别与两 条相界相交，由此根据杠杆法则可求出两相的 相对量 • 三相共存时，三个相的成分是固定的，可用杠 杆法则求出恒温转变前、后组成相的相对量 （5）相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条 件下合金和陶瓷很少能达到平衡状态 （6）相图的建立由于某种原因而可能存在误差和 错误，则可用相律或相区邻接法则来判断 。