二元合金与相图讲解课件.ppt

1、2、二元共晶相图、二元共晶相图 当两组元在液态当两组元在液态下完全互溶，在下完全互溶，在固态下有限互溶固态下有限互溶,并发生并发生共晶反应共晶反应时所构成的相图时所构成的相图称作称作共晶相图共晶相图。以以 Pb-Sn 相图为相图为例进行分析。例进行分析。Pb-Sn合金相图合金相图成分（成分（wt%Sn）温度（温度（）PbSn 相图分析相图分析 相相：相图中有相图中有L、三种相三种相,是溶质是溶质Sn在在 Pb中的固溶体，中的固溶体，是溶是溶质质Pb在在Sn中的固溶体。中的固溶体。相区相区：相图中有三个相图中有三个单相区：单相区：L、；三三个两相区：个两相区：L+、L+、+；一个三相区一个三相区

2、：即即水平线水平线CED。AB 固溶线固溶线:溶解度溶解度点的连线称点的连线称固溶线固溶线。相图中的相图中的CF、DG线分别为线分别为 Sn在在 Pb中和中和 Pb在在 Sn中的中的固溶线。固溶线。固溶体的溶解度随固溶体的溶解度随温度降低而下降。温度降低而下降。l 液固相线：液固相线：液相线液相线AEB，固相线，固相线ACEDB。A、B分别为分别为Pb、Sn的熔点。的熔点。AB在一定温度下，由一定成在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新成分和结构都不相同的新固相的转变称作固相的转变称作共晶转变共晶转变或或共晶反应共晶反应。共晶线：共晶线：水平线

3、水平线CED叫做叫做共晶线共晶线。在共晶线对应的温度下（在共晶线对应的温度下（183），），E点成分的合金点成分的合金同时结晶出同时结晶出C点成分的点成分的 固溶体和固溶体和D点成分的点成分的 固溶固溶体，形成这两个相的机械混体，形成这两个相的机械混 合物：合物：LE (C+D)AB 共晶反应的产物，即两共晶反应的产物，即两相的机械混合物称相的机械混合物称共晶共晶体体或或共晶组织共晶组织。发生共。发生共晶反应的温度称晶反应的温度称共晶温共晶温度。度。代表共晶温度和共代表共晶温度和共晶成分的点称晶成分的点称共晶点。共晶点。Pb-Sn共晶组织共晶组织共晶体长大示意图共晶体长大示意图 Sn原子原子扩

4、散扩散Pb原子原子扩散扩散 具有共晶成分的合金称具有共晶成分的合金称共晶合金共晶合金。在共晶线上，凡。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金亚共晶合金，位于共，位于共 晶点以右的合晶点以右的合金称金称过共晶合过共晶合金金。l凡具有共晶线凡具有共晶线成分的合金液成分的合金液体冷却到共晶体冷却到共晶温度时都将发温度时都将发生共晶反应。生共晶反应。L+CDAB 合金的结晶过程合金的结晶过程 含含Sn量小于量小于C点合金点合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 在在3点以前为匀晶转变，结晶出单相点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种固溶体，这种直接从液相中结晶出

5、的固相称直接从液相中结晶出的固相称一次相一次相或或初生相初生相。.2 温度降到温度降到3点以下，点以下，固溶体被固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，开过饱和，由于晶格不稳，开始析出（相变过程也称始析出（相变过程也称析出析出）新相）新相 相。由已有固相析出的相。由已有固相析出的新固相称新固相称二次相二次相或或次生相次生相,由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。形成二次相的过程称形成二次相的过程称二次析出二次析出,是固态相变的一种。是固态相变的一种。H 由于二次由于二次相析出温相析出温度较低，度较低，一般十分一般十分细小。细小。%1004FGFQ室温下室温下 的相对重量百分比为：的相对重量百

6、分比为：随温度下降，随温度下降，和和 相的成分分别沿相的成分分别沿CF线和线和DG线变化，线变化，的重量增加。的重量增加。Q Q 合金室温组织合金室温组织为为 +。l成分大于成分大于 D点合金结晶点合金结晶过程与过程与合金相似，室合金相似，室温组织为温组织为 +。ABCDEFG 共晶合金共晶合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 液态合金冷却到液态合金冷却到E 点时同时被点时同时被Pb和和Sn饱和饱和,发生共发生共晶反应：晶反应：LE (C+D)。19.2wt%Sn温度,1 析出过程中两相相间形核、互相促进、共析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、同长大，因而共

7、晶组织较细，呈片、棒、点球等形状。点球等形状。共晶组织共晶组织形态形态层片状层片状(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)条棒状条棒状(Sb-MnSb横截面横截面)螺旋状（螺旋状（Zn-Mg）Pb-Sn共晶组织共晶组织共晶组织形态共晶组织形态针状共晶针状共晶树枝状共晶树枝状共晶放射状共晶放射状共晶螺旋状共晶螺旋状共晶 在共晶转变过程中，在共晶转变过程中，L、三相共存三相共存,三个相的三个相的量在不断变化，但它们各量在不断变化，但它们各自成分是固定的。自成分是固定的。共晶组织中的相称共晶组织中的相称共晶相共晶相.共晶转变结束时，共晶转变结束时，和和 相的相对重量百分比为：相的相对重量百分比为：%6.

8、54%100%4.45%1002.195.979.615.97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)共晶结束后，随温度下降，共晶结束后，随温度下降，和和 的成分分别沿的成分分别沿CF线和线和DG线变化，并从共晶线变化，并从共晶 中析出中析出 ，从共晶，从共晶 中中析出析出 ，由于共晶组织细，由于共晶组织细，与共晶与共晶 结合，结合，与与共晶共晶 结合，共晶合金的室温组织仍为结合，共晶合金的室温组织仍为(+)共晶体。共晶体。室温下两相的相对重量百分比是多少？室温下两相的相对重量百分比是多少？FGFEQ,FGGEQ Pb-Sn共晶合金组织共晶合金组织 亚共晶合金亚共晶合

9、金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 合金液体在合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成点，固相成分变化到分变化到C点，液相成分变化到点，液相成分变化到E点点,此时两相的相对此时两相的相对重量为：重量为：%1002%,1002)(CEEQCECQQEL 在在2点，具有点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应：点成分的剩余液体发生共晶反应：L (+)，转变为共晶组织，共晶体的重量与转，转变为共晶组织，共晶体的重量与转变前的液相重量相等变前的液相重量相等,即即QE=QL 反应结束后，在共晶温度下反应结束后，在共晶温度下、两相的相对重量百两相的相对重量百分比为：分比为：%

10、1002%,1002 CDCQCDDQ%CEEQ%,CEC10021002 温度继续下降，将从一次温度继续下降，将从一次 和共晶和共晶 中析出中析出，从从共晶共晶 中析出中析出。其室温。其室温组织为组织为+(+)+。亚共晶合金亚共晶合金的结晶过程的结晶过程如何求室温下三种如何求室温下三种组织组成物组织组成物的相对重量？的相对重量？过共晶合金结晶过程过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相似，不同的与亚共晶合金相似，不同的是一次相为是一次相为 ,二次相为二次相为 室温组织为室温组织为+(+)+。Pb-Sn合金的结晶过程合金的结晶过程 组织组成物在相图上的标注组织组成物在相图上的标注 组织组成物是指组成

11、合金显微组织的独立部分。组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。l 和和,和和,共晶体共晶体(+)都是组都是组织组成物。织组成物。l相与相之间相与相之间的差别主要的差别主要在结构和成在结构和成分上。分上。组织组成物之间的差别主要在形态上。如组织组成物之间的差别主要在形态上。如 、和共晶和共晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态不同，分属不同的组织组成物。形态不同，分属不同的组织组成物。将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与显微镜下观察到的组织一致。显微镜下观察到的组织一致。Pb-Sn亚共晶组织亚共晶组

12、织组织组成组织组成物在相图物在相图上的标注上的标注3、二元包晶相图、二元包晶相图 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图称作并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图包晶相图。以以Pt-Ag相图为例简要分析相图为例简要分析L+L+L+l 相图分析相图分析l单相区：单相区：L、l二相区：二相区：L+、L+、+l三相区：三相区：L+（水（水平线平线PDC）在一定温度下，由在一定温度下，由一个液相包着一个一个液相包着一个固相生成另一新固固相生成另一新固相的反应称相的反应称包晶转包晶转变变或或包晶反应包晶反应。水平线水平线PD

13、C称称包晶线包晶线，与该线与该线成分对应的合金在该温度下发成分对应的合金在该温度下发生包晶反应：生包晶反应：LC+P D。该该反应是液相反应是液相L包着固相包着固相,新相新相 在在L与与的界面上形核，并向的界面上形核，并向L和和 两个方向长大。两个方向长大。合金的结晶过程合金的结晶过程 包晶成分合金包晶成分合金：匀晶匀晶包晶包晶二次析出二次析出。室温组织为室温组织为+II PD成分成分合金合金：匀晶匀晶包晶包晶二次析出二次析出。室温组织为室温组织为 +II+II时间温度4、形成稳定化合物的二元相图、形成稳定化合物的二元相图 稳定化合物稳定化合物是指在熔化前不发生分解的化合物是指在熔化前不发生分

14、解的化合物(如如Mg-Si系的系的Mg2Si和和Fe-C系的系的Fe3C)。其成分固定，。其成分固定，在相图中是一条垂线在相图中是一条垂线(代表一个单相区代表一个单相区)。垂足是其。垂足是其 成分成分,顶点是其熔点顶点是其熔点,结晶过程同纯金属结晶过程同纯金属.l分析这类相图时，可分析这类相图时，可把稳定化合物当作纯把稳定化合物当作纯组元看待，将相图分组元看待，将相图分成几个部分进行分析成几个部分进行分析.Mg2SiMg2Si+SiMg+Mg2SiSiL+Mg2SiL+SiL+Mg2SiL+Mg图为具有共析转变的二元合金相图。图中图为具有共析转变的二元合金相图。图中A、B为两组为两组元，合金结

15、晶后得到元，合金结晶后得到固溶体，固溶体，c固溶体在衡温下进行固溶体在衡温下进行共析转变：共析转变：cd+e (因为共析转变是在固态下因为共析转变是在固态下进行的，转变温度较低，进行的，转变温度较低，原子扩散困难，因而过冷原子扩散困难，因而过冷度较大。与共晶体相比，度较大。与共晶体相比，共析体的组织较细小且均共析体的组织较细小且均匀。匀。共析反应的二元相图共析反应的二元相图 共析转变也是固共析转变也是固态相变。态相变。最常见的共析转最常见的共析转变是铁碳合金中变是铁碳合金中的珠光体转变的珠光体转变:S P+Fe3C。5、具有共析反应的二元相图、具有共析反应的二元相图l共析反应共析反应(共析转变

16、共析转变)是指在一定温度下，由一定成是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。相的过程。PS(奥氏体，奥氏体，铁素体，铁素体，Fe3C渗碳体渗碳体)铁碳合金相图铁碳合金相图 共析反应的产物是共析反应的产物是共析体共析体（铁碳合金中的共析体称（铁碳合金中的共析体称珠珠光体光体），也是两相的机械混合物（铁素体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体渗碳体)。l与共晶反应不同与共晶反应不同的是，共析反应的是，共析反应的母相是固相，的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固态另外，由于固态转变过冷度大，转变过冷

17、度大，因而共析组织比因而共析组织比共晶组织细。共晶组织细。珠光体珠光体恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同的新固相。的新固相。+共析反应共析反应恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新的固相。的固相。L+包晶反应包晶反应恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不同的新固相。同的新固相。L L +共晶反应共晶反应说明说明反应式反应式图形特征图形特征反应名称反应名称常见三相等温水平线上的反应常见三相等温水平线上的反应7、相图与合金性能之间的关系、相图与合金性能之间的关系 相图与

18、合金力学性能、相图与合金力学性能、物理性能的关系物理性能的关系 两相机械混合物的合金两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平系，是两相性能的算术平均值，如：均值，如：混混=Q +Q HB混混=HB Q +HBQ(Q 、Q为两相相对重量为两相相对重量)单相固溶体的合金：单相固溶体的合金：性能随成分呈曲线变化，性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，随溶质含量增加，、HB、增加，塑性下降。增加，塑性下降。形成稳定化合物的合金：形成稳定化合物的合金：性能性能-成分曲线出现拐点。成分曲线出现拐点。相图与铸造性能的关系相图与铸造性能的关系 l固溶体合金液固相固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾线间距越大、偏析倾向大向大,树枝晶发达树枝晶发达,流流动性降低动性降低,补缩能力补缩能力下降下降,分散缩孔增加分散缩孔增加.l共晶合金结晶温度共晶合金结晶温度低，流动性好，缩孔低，流动性好，缩孔集中，集中，偏析小，偏析小，铸铸造性能好。造性能好。