东北大学材料科学基础课件8.78.8.ppt

8.7 单元系相图 单元系：只有一种组元 没有浓度问题， 决定体系状态性质的只有温度和压力 相律 f = c – Φ + 2=3 – Φ 相数为1， f=2， 温度和压力可变，单相区 相数为2， f=1， 温度和压力只有一个可变，线 相数为3， f=0 温度和压力固定，点 同素异形体：同一物质不同的晶体结构 同素异形转变：同素异形体在一定条件下发生的相互转变 铁在常压下有?-Fe (bcc结构)、?-Fe (fcc结构)和?-Fe (bcc结构) 在高压下出现?-Fe（hcp结构） O1 ? - ? - 液相三相平衡 O2 ? - ? - ? 三相平衡 随着温度的变化 在105Pa下铁的同素异形转变如下： ?-Fe 　　　 ?-Fe 　　　 ?-Fe 8.8 二元系相图 浓度 质量分数 摩尔分数 某二元系A、B组元的质量分数WA、WB，相对原子量MA、MB，摩尔分数XA、XB 8.8.1 液相和固相都完全互溶的二元匀晶相图 匀晶系：二元系统中的两个组元，在液态和固态下都能够完全互溶，形成均匀的液相和固相。 匀晶系只有液相L和固相S。 二元匀晶系统的平衡结晶 结晶：从液相冷却后形成晶体的过程。结晶也是一个形核和长大过程。 平衡结晶：结晶过程以一无限缓慢的速度进行，结晶过程中所有原子能够充分扩散，液相和固相的成分始终为平衡相成分。 在从T1温度开始降温至T3温度的平衡结晶过程中，液相和固相的相对量根据杠杆定律计算。 在结晶过程中，先结晶出来的晶体总是 含高熔点组元较多，而后结晶出来的含低熔点组元较多，这是一个普遍的规律。 非平衡结晶与枝晶偏析 由于固相中原子的扩散很慢，真正的平衡结晶只能在无限缓慢的冷却过程中完成。而在实际的生产中，液态合金的浇铸与结晶往往是在几分钟，最多几个小时内完成，合金中的原子、特别是固相中的原子来不及进行充分扩散，这样的结晶过程被称为非平衡结晶。 枝晶偏析 非平衡结晶液、固两相共存的温度范围扩大了， 结晶后晶粒内层与外层的成分是不同的，晶粒内层的合金成分与S1相近，高熔点组元Ni含量相对较多; 由内层到外层，如果完全不考虑固相中的扩散，合金的成分将由S1逐渐变化到 S2、S3 ，直至最外层合金成分S4。所以由内层到外层，高熔点组元Ni的含量逐渐减少，低熔点组元Cu的含量逐渐增多。 晶粒内部成分不均匀的现象叫做晶内偏析。 由于合金晶体是以枝晶的形式长大的，这种偏析又叫做枝晶偏析，表现为先结晶的枝干上高熔点组元的含量高，而后结晶的枝干之间或晶界处低熔点组元的含量较高。 影响枝晶偏析的因素 枝晶偏析的程度与结晶时的冷速、合金液相线与固相线之间的距离以及元素在固相中的扩散能力有关。冷速越大，元素的扩散能力越差，则扩散不充分，偏析越严重。液固相线间的距离越大，先后结晶的固体之间的成分差越大，偏析越严重。 枝晶偏析是有害的，必须经过热处理，使固态合金原子在较高温度下进行充分的扩散，以达到成分均匀一致的目的。同时枝晶偏析也可以加以利用，区域熔炼就是利用偏析的现象进行匀化合金和提炼金属的。 二元共晶相图 Pb-Sb二元共晶相图 Pb和Sb液态无限互溶，固态下Pb中只能溶解少量Sb形成?固溶体，Sb中只能溶解少量Pb形成?固溶体 系统中存在着L、?和?三个单相。 液相线AE和BE相交，交点为E，?与?同时从液相中结晶出来，此称共晶。 这种由一个液相同时生成两个固相的反应被称为共晶反应或共晶转变。 共晶反应表示为： LE ? ? c+ ? D 恒温转变 图中L、 ? 、 ?三个单相区，L+ ? 、L+ ? 、 ? + ?三个两相区，在CED线上L、 ? 、 ?三相共存。 二元共晶系统的平衡结晶 合金a的平衡结晶过程 L?L+? ? ? ? ?+ ? 初生相：从液相中结晶析出的固相。 次生相：从固溶体中析出的固相。 次生?相表示为?Ⅱ，因此a合金室温下的平衡组织为?+ ? Ⅱ。在高温下析出的?Ⅱ相沿?相的晶界呈网状分布，而在低温下，由于扩散比较困难， ?Ⅱ相弥散地分布在?晶粒内部。 平衡相与平衡组织是不同的，平衡组织含义包括了组成相的形成顺序和存在状态。合金的组织是以组织组成物的加和形式表示，例如a合金的室温组织?+ ? Ⅱ中有两种组织组成物，分别为初生?和? Ⅱ 合金c: L??+ ? 共晶合金熔点最低--共晶温度 (?c+ ?D) 同时结晶形成的相混和物为共晶组织 室温组织(?+ ?) 次生相与共晶组织中的同类相合并，不