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第四章 二元相图 合金：由两种以上的金属和非金属熔合（或烧结）在一起而具有金属特性的物质。 相： 相是合金中结构相同、化学成分和性能均一，原子聚集状态相同，并以界面相互分开的均匀组成部分。固态合金中相分为固溶体和中间相（金属间化合物）。 相变：相与相之间的转变。 相图： 用图的形式表示物质成份、温度和相态之间的关系。相图通常是平衡相图，表示物质在热力学平衡条件下的情况。 相图的用途： ① 得到合金的相组成、相成分； ② 研究合金的相变、组织形成及变化规律； ③ 制定合金加工工艺的重要工具。 相图分类：二元相图，三元相图 4.1 相图的基本知识 4.1.1 相图的表示方法 横坐标：成分（重量百分 比wt%或原子百分比at%） 纵坐标：温度 相区：字母表示 L、α、β、L+α、 L+β、 α+β 液相线：AEB 固相线：AMENB 表象点：任意一点 E、O、P r点：L+αL相成分：a点对应成分α相成分：b点对应成分 二元系合金的两相共存区： （区分两个概念：合金成分、 相成分） ①两相成分确定： 二元系合金的两相共存区： ②两相相对量的确定（O点）： 两相总量： 两相成分： 二元系合金两相区 “杠杆定理”——（只适合两相区） ②两相相对量的确定 O点： 4.1.2 相图建立 二元合金相图是根据实验得到，通过测试材料的相变临界点绘制而成的。 测定相图常用的物理方法有： 热分析法、金相组织法、X射线分析法、硬度法、电阻法、热膨胀法、磁性法等。 精确地测定一个相图，通常都是各种方法配合使用，以充分利用每一种方法的优点。 热分析法是测定合金的冷却（或加热）曲线的方法。由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上会出现转折，因此常用热分析法来测定合金的结晶温度，即测液相线、固相线。 纯金属的冷却曲线 和相图（Ｃｕ） 4.1.3　相平衡与相律 １、相平衡　 　　　在一定温度和压力下，多相体系中组成相的各个组元的浓度不随温度变化而改变，则体系达到相平衡。 ２、相律 　　表示在平衡条件下，系统的自由度、组元数和平衡相数之间的关系。 （１）吉布斯(Gibbs) 相律： 　式中，f：体系的自由度数．指不影响体系平衡状态的独立可 　　　　变的参数的数目，如温度、压力、浓度等 ； 　　　　C：组元数； 　　　　P：平衡相数。 　　 对于凝聚体系，压力一般可 认为是常量。相律可写成： 例如： ①二元相图中单相区内： Ｃ＝２，Ｐ＝１，f ＝2-1+1=2 说明合金在此相区范围内， 可改变温度、成分，仍然 保持原状态。 ②二元相图中两相区内： Ｃ＝２，Ｐ＝２，f ＝2-２+1=１ 说明温度、成分中只有一个 独立变量，即在此相区内任 意改变温度，则成分随之而 变，不能独立变化；反之亦然。 例如： ③二元相图中三相共存时（Ｅ点）： Ｃ＝２，Ｐ＝３，f ＝2-３+1=０ 说明此时三个平衡相的 成分和温度都不变，属 恒温转变，故在相图上 表示为水平线，称为三 相水平线。 （２）平衡相数确定： 　　　利用相律可以判断合金中最多的相数。 　　　自由度的最小值为0（小于0无意义） 　令f ＝0，所以在恒压下， 　根据：　　　　　　　　 　　即：纯金属最多有二相共存（Ｌ、Ｓ） 　　　　二元系最多有三相共存（Ｌ、 α、β） 　　　　三元系最多有四相共存 　　　　以此类推 4.1.4　二元相图的几何规律 １、两个单相区之间必定有一个由两相区把它们分开，而不能以一条线接界。 　　两个两相区必须以 单相区或三相水平线隔 开，在二元相图中，相 邻相区的相数差为1（点 接触情况除外），这个 规则称为相区接触法则。 ２、二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反应。 　在这条水平线上存在3 个表示平衡相的成分点， 其中两点应在水平线的两 端，另一点在端点之间。 　水平线的上下方分别与 3个两相区相接。 ３、如果两个恒温转变中有两个相同的相，则这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区。 ４、当两相区与单相区 的分界线与三相等温线 相交，则分界线的延长 线应进人另一两相区内， 而不会进人单相区内。 4.2 二元相图的基本类型 匀晶相图 共晶相图 包晶相图 4.2.1　匀晶相图 １、匀晶相图分析 匀晶转变：液相结晶出单相固溶体的过程。 匀晶相图：表示匀晶转变的相图。 　　　Ｌ　　α 二元系合金Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、W-Mo等属于匀晶系 ２、固溶体合金的平衡凝固及组织（结晶过程缓慢，冷却速度小，成分扩散充分） 3、固溶体合金的非平衡凝固及组织