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第3章 二元合金相图 3.1 二元合金相图的建立 3.2 二元合金相图及杠杆定律 3.1 二元合金相图的建立 2. 铅锡合金相图的建立 2、合金的结晶过程 3、杠杆定律及其应用 共晶反应要点: X1合金结晶过程分析 X2合金结晶过程分析 X3合金结晶过程分析 标注了组织组成物的相图 三、相图与性能的关系 2.合金的工艺性能与相图的关系 * * 图3-14 Cu-Ni合金相图的建立 1. 铜镍合金相图的建立 制备五组试样，其成分为： 纯铜、纯镍、25%Ni、 50%Ni、 75%Ni 3.2 二元合金相图及杠杆定律一、匀晶相图1、相图相区分析 纯铜熔点 纯镍熔点 液相区 固相区 固液两相区 固相线 Ni% Cu Ni T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 液相线 形核和晶粒的长大 能量起伏 结构起伏 成分起伏 平衡结晶 图3-17 匀晶相图合金的结晶过程 设合金成分为ω，合金的总质量为m，在T温度时，固相成分ωα，液相成分ωL，对应的质量 m α ，mL 杠杆定律的力学比喻 图3-16 C u-Ni合金相图 例：计算含Ni30%的合金在1280 ℃时?相的相对量。 Cu Ni Ni% ?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 30 a1 b1 c1 1280 ?C 解：作成分线和温度线如图。 66 18 根据杠杆定律推论， m? / m= a1b1 /a1c1 =12/48=1/4 答：所求合金在1280 ?时?相的相对质量为合金总量的1/4。 4、合金的不平衡结晶与树枝状偏析 由于冷却速度较快，合金在结晶过程中， 无论固相或液相中的原子都来不及充分扩 散，这种结晶过程称为不平衡结晶。 由于各层之间的原子来不及扩散，这种 成分不均匀现象可保持到结晶完毕，直至 室温，这种现象叫枝晶偏析或树枝状偏析。 由于一个枝晶形成一个晶粒，也叫晶内偏 析。 二、共晶相图 Pb Sn Sn% T,?C 铅-锡合金共晶相图 L 固相线 ? ? ? + ? L + ? L + ? ?固溶线 液相线 ?固溶线 共晶转变分析 Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 共晶反应线 表示从M点到N点范围的合金，在该温度上都要发生不同程度上的共晶反应。 M N 共晶点 表示E点成分的合金冷却到此温度上发生完全的共晶转变。 E LE→ ?M + ?N Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 M N E ※共晶转变在恒温下进行。 ※转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 ※存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 ※成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。 M N f g X1 T,?C t L ? L ? L L+ ? ? 冷却曲线 ? ? + ? Ⅱ ?Ⅱ 1 2 3 4 { Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 E X2 T,?C t L (?+ ?) L (?+ ?) L L?(?+ ?) 共晶体 冷却曲线 (?+ ?) Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 M N E X3 T,?C t L L+ ? 1 2 Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 M N E (?+ ?)+ ? L+(?+?)+? (?+ ?)+ ? + ? Ⅱ M E N 合金的使用性能与相图的关系 固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑ 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。 铸造性能--液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小，例如接近共晶成分的合金，则流动性好，不易形成分散缩孔。 锻造、轧制性能-- 单相固溶体合金，变形抗力小，变形均匀，不易开裂。