相图-二元合金课件.ppt

第五章 二元相图 根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。 仅在热力学平衡条件下成立，不能确定结构、分布状态和具体形貌。 第一节 相图的基本知识 1 相律 （1）相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。 （2）表达式：f=c-p+2; 压力一定时，f=c-p+1。 （3）应用 可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个，二元系3个。 可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温进行，二元合金变温进行。 第一节 相图的基本知识 2 相图的表示与建立 （1）状态与成分表示法 状态表示：温度－成分坐标系。 坐标系中的点－表象点。 成分表示：质量分数或摩尔分数。 第一节 相图的基本知识 2 相图的表示与建立 （2）相图的建立 方法：实验法和计算法。 过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度 －填入坐标－绘出曲线。 相图结构(匀晶)：两点、两线、三区。 第一节 相图的基本知识 3 杠杆定律-相含量的计算工具 （1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，则自由 度为0，平衡相成分随之确定。） （2）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴测量计算。 （3）注意：只适用于两相区；三点(支点和端点)要选准。 第二节 二元匀晶相图 1 匀晶相同及其分析 （1）匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。 （2）匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。 (两组元在液态和固态都无限互溶) 第二节 二元匀晶相图 2 固溶体合金的平衡结晶 （1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 （2）平衡结晶过程分析 ① 冷却曲线：温度－时间曲线； 第二节 二元匀晶相图 2 固溶体合金的平衡结晶 ② 相（组织）与相变（各温区相的类型、相变反应式，杠杆定律应用。）； ③ 组织示意图； ④ 成分均匀化：每时刻结晶出的固溶体的成分不同。 第二节 二元匀晶相图 2 固溶体合金的平衡结晶 ? （3）与纯金属结晶的比较 ①??? 相同点：基本过程：形核－长大； 热力学条件：⊿T0； 能量条件：能量起伏； 结构条件：结构起伏。 ② 不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相 律分析；必要性：成分均匀化。） 合金结晶是选分结晶：需成分起伏。 第二节 二元匀晶相图 3 固溶体的不平衡结晶 （1）原因:冷速快(假设液相成分均匀、固相成分不均 匀)。 （2）结晶过程特点：固相成分按平均成分线变化（但每 一时刻符合相图）； 结晶的温度范围增大； 组织多为树枝状。 第二节 二元匀晶相图 3 固溶体的不平衡结晶 第二节 二元匀晶相图 3 固溶体的不平衡结晶 （3）成分偏析： 晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。 枝晶偏析：树枝晶的枝干和枝间化学成分不均匀的现象。 （消除：扩散退火，在低于固相线温度长时间保温。） 第二节 二元匀晶相图 4 稳态凝固时的溶质分布 （1）稳态凝固：从液固界面输出溶质速度等于溶质从边界层 扩散出去速度的凝固过程。 （2）平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平衡相中溶质 浓度的比值。 k0=Cs/Cl 第二节 二元匀晶相图 4 稳态凝固时的溶质分布 (3)溶质分布 冷却速度无限慢→有扩散和对流→液、固相内溶质完全混合 （平衡凝固）－a; 冷却速度非常慢→有扩散和对流→固相不混合、液相完全混合－b; 冷却速度很大→仅有扩散→固相不混合、液相完全不混合－c； 冷却速度一般→部分扩散和对流→固相不混合、液相部分混合－d。 第二节 二元匀晶相图 4 稳态凝固时的溶质分布 (4) 区域熔炼（上述溶质分布