二元合金的相结构与相图课件.ppt

固溶体 由相图某成分合金在某温度时的相 由相图确定给定合金的相变温度 由相图某成分合金在某温度时的两个平衡相的成分和相对质量－杠杆定律 设合金的质量为Q合金 , 其中 Ni质量分数为b%, 在 T1温度时,? L相中的 Ni质量分数为a%,? α相中的Ni质量分数为c%。 3. 固溶体的不平衡结晶 1)工业生产中合金溶液浇注后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离平衡条件，称为非平衡凝固(结晶) 。 2)非平衡凝固(结晶)得到的组织称为不平衡组织。 　　　固溶体结晶时成分是变化的　（固相线和液相线），如冷却较快，原子扩散不能充分进行，则会形成成分不均匀的固溶体。固溶体一般都以枝晶状方式结晶，使得一个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏析。 枝晶偏析的合金对合金的力学性能影响较大。容易导致合金塑性韧性下降；易引起晶间腐蚀，降低合金的抗蚀性能。 消除枝晶偏析的方法采用扩散退火。 偏析实例 通过对非平衡凝固分析得到如下结论： (1) 固相、液相的平均成分分别与固相线、液相线不同，有一定的偏离（固相成分按平均成分线变化），其偏离程度与冷却速度有关。冷却速度越大，其偏离程度越严重；冷却速度越小，偏离程度越小，越接近于平衡条件。 (2) 先结晶部分含有较多的高熔点组元(Ni)，后结晶部分含有较多的低熔点组元(Cu)。 (3) 非平衡结晶条件下，凝固的终结温度低于平衡结晶时的终止温度。 共晶反应的产物，即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。 具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称过共晶合金。 析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球等形状。 共晶组织形态 Pb-Sn合金的结晶过程 组织组成物在相图上的标注 组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。 组织组成物在相图上的标注 合金的结晶过程 ① 包晶成分合金：匀晶?包晶?二次析出。 室温组织为β + ?II ② PD成分合金：匀晶?包晶?二次析出。 室温组织为? +βII+β + ?II ③ DC成分合金：匀晶?包晶?匀晶?二次析出 室温组织为β +?II。 形成稳定化合物的二元相图 稳定化合物是指在熔化前不发生分解的化合物(如Mg-Si系的Mg2Si和Fe-C系的Fe3C) 。其成分固定，在相图中是一条垂线(代表一个单相区)。垂足是其 具有共析反应的二元相图 共析转变也是固态相变。 最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变: ?S ? ?P+ Fe3C 。 共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线(PSK线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合 共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。 常见三相等温水平线上的反应 相图与合金性能之间的关系 ⑴ 相图与合金力学性能、物理性能的关系 ①两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值，如： ?混= ???Q? + ?β?Qβ HB混=HB? ?Q? +HBβ?Qβ (Q? 、Qβ为两相相对重量) ② 单相固溶体的合金： 性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，σ、HB、?增加，塑性下降。 ③ 形成稳定化合物的合金： 性能-成分曲线出现拐点。 ⑵ 相图与铸造性能的关系 2. 合金的工艺性能与相图的关系 　　　共晶合金熔点低，且恒温转变，熔液流动性好，凝固后容易形成集中缩孔，合金致密。固溶体合金的流动性差，且液固相线间隔越大，结晶温度范围大，树枝晶易粗大，妨碍流动性，导致分散缩孔多，合金不致密，且偏析严重，易形成成分的偏析。 本章思考题 1 简述合金相的分类，固溶体与纯金属相比，有何结构、性能特点？ 2 固溶体与纯金属的结晶有何异同？ 3 试述晶系不平衡结晶的过程（平均成分线的形成、两种偏析） 4 分析匀晶系合金典型的不平衡结晶组织及其形成原因。 5 分析两种合金平衡冷却过程，指出其室温组织。 金(共析成分合金)、亚共析合金(共析线上共析点以左的合金)、过共析合金(共析线上共析点以右的合金)。 铁碳合金相图 与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。 另外，由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。 珠光体 恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的新固相。 ? ? ? + ? 共析反应 恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。 L + ? ? ? 包晶反应 恒温下由一个液相同