第4章 二元相图资料.ppt

第4章 二元相图 4.1 相图的基本知识 4.2 二元相图的基本类型 4.3 二元相图的分析和使用 4.4 铁碳相图和铁碳合金 4.5 合金铸锭的组织与缺陷 小结 思考题 4.1.3 相律 根据相律可知：对二元相图 f = c – p + 1 = 3 – p 在单相区内： f =2，说明：T、成分都能独立变化。 在两相区内： f =1，说明：只有一个独立变量，T变成分变；T不变成分不变。 若三相共存： f =0，说明：不存在可变因素，三相平衡只能处于一条等温线上。 四. 固溶体合金凝固时的溶质分布 平衡冷却，冷速慢，固体、液体中溶质原子都能充分扩散，无偏析，凝固后成分都为C0。 实际凝固，固体中几乎不扩散，液体中溶质通过扩散、对流、搅拌，有不同程度混合。这种凝固过程叫正常凝固。 1. 讨论正常凝固三种情况 （1）液体中溶质完全混合 凝固过程缓慢，液体通过扩散、对流、甚至搅拌充分混合。 定向凝固后，棒中溶质分布见图4.7中虚线。 定向凝固时，液、固相成分见图4.8（b）。 （2）液体中溶质完全不混合 凝固速度很快，无搅拌，固体中无扩散而液体中仅靠扩散而混合。符合实际凝固情况。 定向凝固后，棒中溶质分布见图4.7中点划线。 定向凝固时，液、固相成分见图4.8（a）。 （3）液体中溶质部分混合 定向凝固后，棒中溶质分布见图4.7中实线。 定向凝固时，液、固相成分见图4.8（c）。 无论哪种情况都使合金棒左端得到提纯，溶质原子富集于右端。 正常凝固是将质量浓度为Co的固溶体合 金，整体融化→定向凝固。 区域熔炼是将质量浓度为Co的固溶体合金，局部融化→局部凝固。 经一次区域熔炼后，金属棒得到一次提纯，如经多次区域熔炼后，会把不纯的金属棒的一端提炼得很纯。 多次区域熔炼后溶质分布见图4.9 由图可知：当ko1时，凝固前端部分的溶质浓度不断降低，后段部分不断的富集，这使固溶体经区域熔炼后的前端因溶质的减少而得到提纯，因此区域熔炼又称为区域提纯。 区域提纯是应用固溶体凝固理论的一个突出成就。区域熔炼是通过固定的感应加热器来加热移动的圆棒来实现的。 正常凝固与区域熔炼比较：正常凝固也能起到提纯的作用，但整体熔化破坏了前次提纯的效果，所以用正常凝固方法提纯固溶体远不如用区域熔炼方法。 对于纯金属，凝固时熔点不变，过冷度只取决于实际温度；而固溶体合金，凝固时由于液相中溶质分布发生变化而改变了凝固温度，它可由相图中的液相线来确定。因此， 将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，叫成分过冷。 它能否产生取决于液－固界面前沿液体中的溶质浓度分布和实际温度分布。下图为ko1时合金产生成分过冷示意图，图4.10，P71。 纯金属晶体的生长形态主要受T梯度的影响（正温度梯度以平面方式长大，负温度梯度以枝晶方式长大）。 固溶体合金的生长形态，除了受T梯度影响外，主要受成分过冷的影响。下图为温度梯度及成分过冷对固溶体合金生长形态的影响。 四. 共晶组织形态 共晶组织是由液相同时结晶出两个固相得到的，共晶组织形态众多，但可归类为：层片状、棒状、球状、针状和螺旋状，见图4-20典型的共晶组织形态。 现以层状共晶为例，说明共晶形成机制。 β的成分为Cβs， 其前沿L的成分为CβL，该成分对应A组元成分α相形成所需的成分，即CαL 所对应的A组元成分，所以β形成使其前沿L中富A，这有利于α相依附在β相上形核长大。此过程反复进行，形成α和β相间排列的组织形态。 α相前沿富B，β相前沿富A。在长大过程中，B从α相前沿横向扩散到β相前沿，A从β相前沿横向扩散到α相前沿，保证了同时结晶出两个不同成分的相，而液相仍维持原来的成分CE 。 层片状共晶组织的粗细，用层片间距λ表示。 λ= 式中：k为常数，R为凝固速度。 可见：ΔT↑，R↑，λ↓。共晶组织越细，合金强度越高。 4.3.1 其他类型的二元相图(P81) 1. 具有化合物的二元相图 a. 形成稳定化合物的相图 没有溶解度的化合物在相图中是一条垂直线，可把他看作一个独立的组元把相图分为两个独立部分。见下图。 Mg2Si可看作一个独立组元把Mg-Si相图分为Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si两个独立二元相图。 有溶解度的化合物在相图中有一定的成分范围，见下图。β相有一定的成分范围。从熔点作垂线也可把相图分为两个独立相图。 b. 形成不稳定化合物的相图 见图4-36p83。不稳定化合物KNa2加热到6