[工学]材料科学基础I__5-4__二元共晶合金相图.pptVIP

* §5-4 二元共晶合金相图 二元共晶相图(Eutectic phase diagrams)有两种基本形式： ? 在固态时二组元完全不相互溶解 ? 在固态二组元有限溶解 后一种形式是常见的共晶相图。金属材料中具有共晶相图的合金系有Pb-Sn, Cu-Ag, Al-Si, Al-Sn, Pb-Bi, Fe-C 等。 共晶成分(E)的液相同时转变成为二种固相。由相律计算可以知道，二元合金三相平衡共存时系统的自由度数为0。也就是说，共晶反应是在恒定的温度下进行的，是恒温转变(Isothermal transform)；三相平衡共存时，每一相的成分都是固定的。 一、共晶反应(Eutectic reaction) 共晶反应的一般表达式为： 对于固态完全不溶的共晶反应，其生成物仍为A、B两个组元，只是机械地混合在一起而已。 以Pb-Sn合金共晶相图为例，对共晶相图的基本结构: 点、线、区分别进行介绍， 二、相图分析 共晶反应： 1、点 Pb在Sn中的最大溶解度(2.5%Pb, 183?C) D Sn在Pb中的最大溶解度(19.2%Sn, 183?C) C 共晶点(61.9%Sn, 183?C) E 纯Sn的熔点(231.9 ?C) TSn 纯Pb的熔点(327.5 ?C) TPb 2、线 Pb在Sn(β)中的溶解度曲线，随温度变化 DG Sn在Pb(α)中的溶解度曲线，随温度变化 CF 共晶线(水平线) C ED 固相线 TPb C E D TSn 液相线 TPb E TSn β固溶体区 β α固溶体区 α 液相区 L 3、区 单相区 两相区 固态二相区 α+β L +β 液、固二相区，与匀晶相图的二相区相同，可以将它们看作匀晶相图的一部分。 L +α 三相区 L+α+β C E D水平线 (一个特殊的相区) 三、典型合金的冷却过程分析 1、共晶合金的冷却过程 共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为： ?共晶合金: 61.9 %Sn（图5.3-4中合金I） ?亚共晶合金: 19.2% ~ 61.9 %Sn (如合金II) ?过共晶合金: 61.9% ~ 97.5 %Sn (如合金III) Sn 19.2 %和Sn 97.5 %的合金可以看作是匀晶合金 共晶合金(61.9 %Sn)的熔点最低，它的液相线与固相线重合(温度相同)。缓慢冷却过程中，共晶合金在TE温度发生共晶转变： 这是一个恒温转变，在183?C液相全部转变成由固相α和β组成的共晶组织。当温度低于183?C时，随着温度的降低，Sn在α中的溶解度降低(沿溶解度曲线CF变化)，α相中析出βII相；同理，Pb在β中的溶解度也降低 (沿溶解度曲线DG变化) , β相中析出αII相。由于αII相、βII相的数量少，共晶组织中难以直接区分出来。 Pb-Sn共晶过程－Flash 说明： α ——以Pb为基体，溶解了少量Sn的固溶体； β ——以Sn为基体，溶解了少量Pb的固溶体； αII——因溶解度降低，从固溶体β中析出的α，为区别 共晶α相而称为αII； βII——因溶解度降低，从固溶体α中析出的β，为区别 共晶β相而称为βII 。 共晶组织中α、β两相的相对量可以应用杠杆定理计算出来： 右图是实际Pb-Sn共晶合金组织的金相照片。黑色为α相，白色为β相。 不同种类的共晶合金一般具有不同的组织形态。下面是几种典型的共晶组织： 层片状（Al-CuAl2，定向凝固） 棒状或条状（Sb-MnSb，横截面） 球状或短棒状（Cu-CuO） 针状（Al-Si） 螺旋状（Zn-Mg） Fe-C(石墨)的共晶组织 2、亚共晶合金的冷却过程 成分在共晶点E以左、C点以右(即Sn: 19.2 ~ 61.9%)的合金称为亚共晶合金(Hypoeutectic alloy)。亚共晶合金与共晶合金的冷却过程的区别在于，亚共晶合金发生共晶转变之前，先进行匀晶转变(L→α), 匀晶转变剩余的液相再进行共晶转变。 亚共晶合金室温下的组织为：先共晶固溶体α和共晶组织(α+β)。由于α固溶体的溶解度随温度变化较大，所以先共晶固溶体α中有点状βII析出。下左图是实际亚共晶合金组织的金相照片。 Flash －亚共晶Pb-Sn 例题 含Sn量为40%的Pb-Sn合金中，共晶组织的相对量是多少？ 分析：共晶组织是由成分为E点的液相转变而来的，计算出共晶转变开始时液相的相对量即可。因此，选择L+α两相区和共晶温度作为计算条件。 解：应用杠杆定理 ?先共晶α相的相对量：1-48.7%=51.3% ?此亚共晶合金共晶组织中的α相占全部合金的相对量： 3、过共晶合金的冷却过程