第七章二元系相图及其合金的凝固.ppt

第七章 二元系相图及其合金的凝固;本章要求;相图的表示;二元相图中的成分在国家标准有两种表示方法：质量分数（ω）和摩尔分数（x），两者换算如下：;相图测定方法;下面介绍用热分析法测量临界点来绘制二元相图的过程。 ;热分析装置示意图 ;二元相图的线、区;由相率可知，二元系最多只能三相共存，且在相图上为水平线，如图7.2。;固溶体的准化学模型近似： 只考虑最近邻原子间的键能 两者晶体结构相同，原子半径相等，且无限互溶，混合后△Vm＝0 只考虑两种不同组元不同排列方式产生的混合熵;固溶体的自由能为 ;按三种不同的情况，分别作出任意给定温度下的固溶体自由能—成 分曲线，如图7．3所示。 ; 相互作用参数的不同，导致自由能—成分曲线的差异，其物理意义为： 当Ω ＜0，由(7．4)式可知，A－B对的能量低于A—A和B—B对的 平均能量，所以固溶体的A，B组元互相吸引，形成短程有序分布，在极端情况下会形成长程有序，此时ΔHm＜0。有序固溶体或超点阵 当Ω ＝0，A—B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量，组元的配置是随机的，这种固溶体称为理想固溶体，此时ΔHm ＝0。 当Ω ＞0，A—B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着 A—B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时ΔHm ＞0。偏聚固溶体，如Al-Cu合金的 G.P.区 ;7.2.2 多相平衡的公切线原理;7.2.2 多相平衡的公切线原理;对于二元系在特定温度下可出现三相平衡，如7.5所示：;7.2.3 混合物的自由能和杠杆法则;混合物中B组元的摩尔分数(x):; α; 混合物Gm最低，两平衡相共存，各相的成分是切点所对应的成分x1和x2，固定不变。 那么，当合金成分x在[x1,x2]变化时，将引起体系内怎样的变化呢？ 两相相对量的变化——杠杆定理导出 由图7.6可知， 两边除以x2-x，得：;7.2.4 从自由能—成分曲线推测相图;图7．8表示了由5 个不同温度下L，α和β相的自由能一成分曲线求得A，B两组元形成共晶系的相图。;图7．9、 图7．10和图7．11分别示出包晶相图、溶混间隙相图和形成化合物相图与自由能—成分曲线 的关系。;7.2.5 二元相图的几何规律;7.3.1 匀晶相图??固溶体凝固-匀晶相图;由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变，Cu—Ni二元匀晶相固分别示于图7．12中。 ;匀晶相图还可有其他形式，如Au-Cu，Fe-Co等在相图上具有极小点，而在Pb—T1等相图上具 有极大点，两种类型相图分别如图7．14(a)和(b)所示。;2. 固溶体的平衡凝固;需要着重指出的是，在每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程：①液相内的扩散过程。②固相的继续长大。 ⑦固相内的扩散过程。现以上述合金从小至，2 温度的平衡凝固为例，由图7．16具体描述之。;平衡凝固过程分析; 固溶体非平衡凝固;固溶体非平衡凝固特点;固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。图7．18是Cu-Ni合金的铸态组织，树枝晶形貌的显示是由于枝干和枝间的成分差异引起浸蚀后颜色的深浅不同。图7．19是经扩散退火后的Cu—Ni合金的显微组织，树枝状形态已消失，由电子探针微区分析的结果也证实了枝晶偏析已消除。 ;1、E：低共熔点 L ? A＋B f=0 TAE 液相线 L ? A f=1 TBE 液相线 L ? B f=1 2、M点析晶路程 ; L p=1 f=2;杠杆规则;共晶合金的平衡凝固及其组织;共晶相图分析;共晶合金的特点;共晶合金的平衡凝固及其组织;共晶合金的平衡凝固;图7．21为ω (Sn)＝10％的Pb-Sn合金平衡凝固过程示意图。;共晶合金（61.9％Sn）;共晶合金平衡凝固示意图;共晶合金的平衡结晶的显微组织;亚共晶合金;现以 ω(Sn)＝50％的Pb-Sn合金为例,分析其平衡凝固过程(见图7.24)。 ;暗黑色树枝状晶为初生α固溶体，其中的白点为βⅡ，而黑白相间者为(α＋β)共晶体。 ;过共晶合金;过共晶合金显微组织;共晶系合金平衡凝固特点;共晶系合金平衡凝固特点;3．共晶合金的非平衡凝固; 在用Al-Si合金中，共晶成分的Al-Si合金在快冷条件下得到的组织不是共晶组织，而是亚共晶组织；而过共晶成分的合金则可能得到共晶组织或亚共晶组织，这种异常现象通过图7．28所示的伪共晶区的配置不难解释了。 ;b. 非平衡共晶组织;离异共晶显微组织图;包晶相图及其合金凝固;包晶相图分析;包晶相图;包晶点（D）合金;