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第三章 二元合金与相图 3.1 合金中的相 3.2 二元合金相图 3.1合金中的相 3.1.1基本概念 3.1.2合金的相结构 3.1.1基本概念 1.合金 2.组元 3.相 4.组织 由两个组元组成的合金称为二元合金。 由三个组元组成的合金称为三元合金。 由多个组元组成的合金称为多元合金。 由一个相组成的合金称为单相合金。 由两个相组成的合金称为两相合金。 由三个相组成的合金称为三相合金。 由多个相组成的合金称为多相合金。 3.1.2 合金的相结构 一、固溶体 二、金属间化合物(中间相) 金属间化合物 1.正常价化合物，金属材料中较少。 2.电子化合物，有色金属材料中较多。 3.间隙相和间隙化合物，钢和合金钢中的重要强化相；如渗碳体就是间隙化合物，而间隙相WC，TiC还是制造硬质合金的重要原料，它们具有很高的熔点、硬度和高温稳定性。 根据组成元素原子半径比值及结构特征的不同，可将间隙化合物分为间隙相和具有复杂结构的间隙化合物。 当非金属与金属的原子半径比是小于0.59时，形成具有单晶格的间隙化合物，称为间隙相。当比值大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。 相图的制作过程——四步： 由相图可知某成分合金在某温度时的相 由相图可确定给定合金的相变温度 由相图可知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枝杆含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶枝间含低熔点组元较多，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。 标注了组织组成物的相图 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。 1．匀晶相图 　2．共晶相图 　　3．包晶相图 4. 共析相图 3.2.3 典型相图分析 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 匀晶相图 a b c d T,?C t L ? L ? L 匀晶转变 L? ? ? 冷却曲线 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。 匀晶合金的结晶过程 匀晶相图 匀晶相图 匀晶相图 匀晶相图 返回 匀晶相图 共晶相图 共晶相图：液相组元无限互溶，固相组元有限溶 解的合金系，当溶质超出固溶体溶解极限时，冷 却过程中发生共晶转变，这类合金构成的相图称 为共晶相图。 从一个液相中同时析出两个固相的 转变过程称为共晶转变。 共晶转变式：L → ? + ? Pb Sn Sn% T,?C 液相线 L 固相线 ? ? ? + ? L+ ? L + ? ?固溶线 ?固溶线 共晶相图 A B