[工程科技]第4章二元相图及应用.ppt

第四章 二元相图及应用 主要内容 第一节 二元相图的建立 第二节 二元相图的基本类型及应用 第三节 相图与合金性能之间的关系 第四节 铁碳合金相图 第五节 二元陶瓷相图 1. 相 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。 固态合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。 2.相图 表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或状态图。 描述平衡条件下，相和相变与温度、成份、压力之间的关系图。 3.平衡 在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和质量分数不再变化所达到一种状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。 合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认为是平衡的结晶过程。 在常压下，二元合金的相状态决定于温度和成分。 相图中，有二元相图、三元相图和多元相图。 二元相图是以试验数据为依据，在以温度为纵坐标，以组成材料的成分或组成元素为横坐标，绘制的线图。 试验方法有多种，最常用的是热分析法。 第二节 二元相图的基本类型及其应用 一、二元匀晶相图 注意： 杠杆定律是计算合金平衡组织中的组成相或组织组成物的质量分数的重要工具。 杠杆定律只适用于相图中的两相区, 并且只能在平衡状态下使用。 杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点, 而支点为合金的成分点。 4．非平衡结晶与枝晶偏析? 共晶反应（共晶转变）：在一定条件（温度、成份）下，由均匀液相同时结晶出两种不同固相的转变。 所生成的两相混合物叫共晶体(一种均匀机械混合物) 。 机械混合物：合金的组成物在固态下按一定重量比混合而成的新物质，它的各个组成物仍保持自己原来的晶格类型和性能，其性能介于各种组成物之间。 共晶相图：两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶或完全不互溶且发生共晶反应的相图。 L相：Pb与Sn形成的无限液溶体 α相：Sn溶于Pb中的有限固溶体 β相：Pb溶于Sn中的有限固溶体 ?? 相图中有3个单相区: L、α、β? 3个两相区： L+α、L+β、α+β ? cde水平线： L+α+β的三相共存? adb线: 液相线 acdeb线：固相线 cf线：Sn在α相中的溶解度线 eg线：Pb在β相中的溶解度线?? a点：Pb的熔点 b点：Sn的熔点 cde水平线：共晶反应线 成分为d点的液相L将同时结晶出成分为c点的α固溶体和成分为e点的β固溶体，形成这两种固溶体的均匀机械混合物（共晶体或共晶组织）。 ? d点：共晶点 d点温度——共晶温度 d点成分——共晶成分 cf线：Sn在Pb中的溶解度线(或α相的固溶线)。 ?eg线：Pb在Sn中溶解度线(或 β 相的固溶线)。 （1）合金Ⅰ的结晶过程 （2）合金Ⅱ的结晶过程 （3）合金Ⅲ的结晶过程 （4）合金Ⅳ的结晶过程 （1）合金I的结晶过程 合金I室温组织由 α 和 βII组成, α 和 βII即为组织组成物。 组织组成物：合金组织中那些具有确定本质, 一定形成机制的特殊形态的组成部分。 组织组成物可以是单相, 或是两相混合物。 合金I的组织组成物 α 和 βII 皆为单相，所以其组织组成物的质量分数与相组成物的质量分数相等。 （1）合金I的结晶过程 （2） 合金II的结晶过程 （3） 合金Ⅲ的结晶过程 成分在 cd之间的所有亚共晶合金的结晶过程与合金Ⅲ相同, 仅组织组成物和组成相的质量分数不同, 成分越靠近共晶点, 合金中共晶体的含量越多。 合金的组织组成物质量分数可应用杠杆定律求得。 初生 α、共晶体 (α+β)和βII 。 （4）合金Ⅳ的结晶过程 三、二元包晶相图及其它相图 包晶反应（包晶转变） ：结晶出来的固溶体与包围它的液相作用，形成一个新成分的固溶体，该后生成固溶体包裹先前生成的固溶体。 包晶相图：当两组元在液态时无限互溶，在固态时形成有限固溶体，而且发生包晶反应时所构成的相图。 包晶相图组成：两个局部的匀晶相图和一条水平线。 ?发生包晶反应时三相共存, 它们的成分确定, 反应在恒温下平衡地进行。 ced水平线为包晶反应线。? cf为Ag在α中的溶解度线, eg为Pt在β中的溶解度线。? 合金I的结晶过程?? 合金Ⅲ结晶过程? 在某些二元合金中, 常形成一种或几种稳定化合物。这些化合物具有一定的化学成分、固定的熔点，且熔化前不分解，也不发生其它化学反应。 ?注： 在分析这类相图时, 可把稳定化合物看成为一个独立的组元, 并将整个相图分割成几个简单相图。 因此, Mg