1、材料科学基础材料科学基础秦文静秦文静60215746qq:78976819E-mail：杠杆定律杠杆定律2匀晶相图匀晶相图3共晶相图共晶相图4上节回顾上节回顾1上节回顾上节回顾v 概念概念 相相 组元组元 相平衡相平衡 自由度自由度 临界点临界点v 应用应用 相律相律 f=c-p+n 二元相图二元相图 相图的建立相图的建立 相图中重要的线相图中重要的线 相图中重要的区域相图中重要的区域液相区液相区 固相区固相区 ABTATBLL+液相线液相线 固相线固相线 两相共存区两相共存区 杠杆定律杠杆定律v 从相图中得到的信息从相图中得到的信息 材料发生相变的温度和相变的类型材料发生相变的温度和相变的类
2、型 得到某一温度下两相的成分得到某一温度下两相的成分 得到某一温度下两相的相对含量得到某一温度下两相的相对含量ABTATBLL+c杠杆定律杠杆定律AB50%TATBt/L液相的含量液相的含量 固相的含量固相的含量 液相中液相中A组元的含量组元的含量 固相中固相中A组元的含量组元的含量 相的相对含量相的相对含量 相的成分相的成分 液相中液相中B组元的含量组元的含量 固相中固相中B组元的含量组元的含量 杠杆规则杠杆规则 ABCoCLCTATBT1LL+abo杠杆定律杠杆定律液相线液相线 液相成分随温液相成分随温度变化而变化度变化而变化的平衡曲线的平衡曲线固相线固相线固相成分随温固相成分随温度变化而
3、变化度变化而变化的平衡曲线的平衡曲线11LLLwww Cw CC 成分为成分为C0的材料在的材料在t1温度时处于液、固两相平衡状态温度时处于液、固两相平衡状态 由以上两式可以得出由以上两式可以得出 aoobCCCCwwLooLo杠杆定律杠杆定律ABCoCLCTATBT1LL+abo 杠杆规则示意图杠杆规则示意图 杠杆定律杠杆定律杠杆定律杠杆定律v杠杆定律的适用范围：杠杆定律的适用范围：只适用于相图中的两相区只适用于相图中的两相区 只能在平衡状态下使用只能在平衡状态下使用 支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时支点为合金的成分点，两个端点为给定温度时两相的成分两相的成分ABCoCLCTATBT
4、1LL+abo匀晶相图匀晶相图v 匀晶相图匀晶相图 匀晶相图：两组元在匀晶相图：两组元在液态和固态液态和固态都能都能无限相互无限相互溶解溶解的二元合金系相图。的二元合金系相图。匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。（一般用程。（一般用L表示表示）v二元匀晶相图：二元匀晶相图：Cu-Ni、Au-Ag、Au-Pt、Fe-Cr、Cr-Mo、Fe-Ni、Gd-Mg、Mo-W NiO-CoO、CoO-MgO、NiO-MgO匀晶相图匀晶相图v 二元匀晶相图二元匀晶相图Cu-Ni相图相图平衡凝固：平衡凝固：凝固过程在凝固过程在极其缓慢的冷却条件下极其缓慢的冷却条
5、件下进行。进行。平衡组织：平衡组织：在极其缓慢在极其缓慢冷却条件下凝固所得到冷却条件下凝固所得到的组织。的组织。匀晶相图匀晶相图v 平衡结晶过程平衡结晶过程匀晶相图匀晶相图v 结晶特点结晶特点 由由形核和长大形核和长大来完成结来完成结晶过程。晶过程。凝固在一温度范围内进凝固在一温度范围内进行行（实际需要一定的过（实际需要一定的过冷度）冷度）。凝固过程中液体和固体凝固过程中液体和固体的成分在不断变化。的成分在不断变化。温温度不断下将时，固体量度不断下将时，固体量不断增加；温度不变，不断增加；温度不变，液固数量维持平衡不变。液固数量维持平衡不变。匀晶相图匀晶相图v 扩散（平衡凝固）平衡凝固）先凝固
6、出的固相中含先凝固出的固相中含Ni%量最高，由里向外向量最高，由里向外向液相中扩散，液相中扩散，Ni扩散方向（扩散方向（12L2）。）。固相外层的液相中固相外层的液相中含含Cu%量最高量最高,由外向由外向里向里向1中扩散，中扩散，Cu扩扩散方向散方向（L221）。）。原子扩散示意图原子扩散示意图匀晶相图匀晶相图v有极值的匀晶相图有极值的匀晶相图 (a)具有极大点；具有极大点；(b)具有极小点具有极小点 匀晶相图匀晶相图v 有晶型转变的匀晶相图有晶型转变的匀晶相图Ce-La 相图相图Zr-Ti 相图相图共晶相图共晶相图v 共晶相图共晶相图 共晶转变（共晶反应）：由一个液相同时结晶出两个不同固相的
7、过程。共晶组织或共晶体：共晶转变的产物（两个固相的混合物）二元共晶相图：当两组元在液态能无限互溶，在固态不互溶或只能有限互溶，并发生共晶转变，形成共晶组织的相图。v Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Siv Al2O3-ZrO2共晶相图共晶相图v 简单共晶相图两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，液相线从两端纯组元向液相线从两端纯组元向中间凹下中间凹下,两条液相线的交点所对应的温度称为两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度共晶温度。L LA+B A+B A AB BL+A L+A L+B L+B w wB B%完全不互溶完全不互溶 部分互溶部分互
8、溶 相图分析相图分析L+L+L+液相线液相线 液相线液相线 固相线固相线 固相线固相线 固溶线固溶线 固溶线固溶线 共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图v 固溶线固溶线固溶线固溶线 固溶线固溶线 B原子溶入原子溶入A基体中形成的固溶体基体中形成的固溶体 A原子溶入原子溶入B基体中形成的固溶体基体中形成的固溶体固溶线（固溶度曲线）：反映不同温度时的溶解度变化：固溶线（固溶度曲线）：反映不同温度时的溶解度变化：随温度降低随温度降低A溶溶B的能力减小，的能力减小，B以二次相的形式析出。以二次相的形式析出。L+L+L+共晶转变共晶转变？共晶相图共晶相图v 共晶反应共晶反应 一个液相同时析出两种固相的反应，
9、称为共晶反应一个液相同时析出两种固相的反应，称为共晶反应v根据相律，三相平衡时有根据相律，三相平衡时有 f=c-p+1=2-3+1=0v三个平衡相的三个平衡相的及反应及反应都是确定的，在都是确定的，在冷却曲线中出现一个平台。冷却曲线中出现一个平台。DCEL共晶相图共晶相图v 专有名词专有名词共晶成分共晶成分（低共熔组成）（低共熔组成）共晶温度共晶温度（低共熔温度）（低共熔温度）共晶点共晶点 在相图中由共晶成分和共晶温度确定的点。在相图中由共晶成分和共晶温度确定的点。（低共熔点）（低共熔点）共晶相图共晶相图v 相图的分析相图的分析Pb-Sn合金合金 相成分相成分 L +L+L+L+Pb-SnPb
10、-Sn共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图v 相图的分析相图的分析Pb-Sn合金合金 相线相线 ad bd ac be cf eg cdePb-SnPb-Sn共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图v 相图的分析相图的分析Pb-Sn合金合金 成分点成分点 (Sn)c:19%d:61.9%e:97.5%v 合金分类合金分类Pb-SnPb-Sn共晶相图共晶相图v 合金合金的冷却曲线及结晶过程的冷却曲线及结晶过程共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图v 合金合金的平衡结晶的显微组织的平衡结晶的显微组织 组织特征：组织特征：黑色黑色基体分基体分布着白色细小布着白色细小的的相。相。500共晶相图共晶相图v 合金合金的冷却
11、曲线及结晶过程的冷却曲线及结晶过程 共晶成分共晶成分共晶相图共晶相图v 合金合金的平衡结晶的显微组织的平衡结晶的显微组织 共晶合金共晶合金 组织特征：组织特征：和和呈层呈层片状交替分片状交替分布，其中黑布，其中黑色为色为，白，白色为色为。共晶相图共晶相图v 合金合金的冷却曲线及结晶过程的冷却曲线及结晶过程共晶相图共晶相图v 合金合金的平衡结晶的显微组织的平衡结晶的显微组织 亚共晶合金亚共晶合金 组织特征：组织特征：暗黑色树枝状是初暗黑色树枝状是初晶晶，其中白色颗，其中白色颗粒为粒为，黑白相，黑白相间分布的是共晶组间分布的是共晶组织织（+）。共晶相图共晶相图v 合金合金的冷却曲线及结晶过程的冷却
12、曲线及结晶过程共晶相图共晶相图v 合金合金的平衡结晶的显微组织的平衡结晶的显微组织 过共晶合金过共晶合金 组织特征：组织特征：白色树枝状白色树枝状初晶初晶，其，其中颗粒为中颗粒为，黑白相间分布黑白相间分布的是共晶组织的是共晶组织（+）。共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图在显微下观察都能清晰的在显微下观察都能清晰的区分开，它们有其各自的区分开，它们有其各自的形态、数量、分布形态、数量、分布，是组，是组成显微组织的独立部分。成显微组织的独立部分。如初晶如初晶、（树枝状），（树枝状），二次相二次相、（颗（颗粒状），共晶组织粒状），共晶组织(+)（黑白相间分布）（黑白相间分布）组织组织组成物组成物 从相
13、的角度看，初晶从相的角度看，初晶、，二次相，二次相、，共晶组织共晶组织(+），都是），都是由由相和相和相两个相组成，相两个相组成，所以将所以将相和相和相称为合相称为合金的相组成物。如初晶金的相组成物。如初晶和二次相和二次相的的结构、成结构、成分均相同，分均相同，所不同的只是所不同的只是形态、分布及大小。形态、分布及大小。相相组成物组成物 共晶相图共晶相图v 平衡结晶的显微组织平衡结晶的显微组织%4.45%100195.979.615.97%100cdedw%6.54%100195.97199.61%100cdcew共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图%2.722%8.27190.61509.612
14、cdccdd%5.392%5.60195.97505.972ceecee组织组成物组织组成物相组成物相组成物共晶相图共晶相图%1002)%(%1002.%1002.%cdccddfgfccddfggcII冷却到室温时，初生相冷却到室温时，初生相转变两部分：转变两部分：初初（成分为（成分为f f点）和点）和（成分为（成分为g g）先计算从初先计算从初中析出的中析出的的量，剩下的量，剩下的就是室温下的初的就是室温下的初量。量。%=%=maxmax%初初%共析转变共析转变的相图的相图共析转变：由一个固相恒温下同共析转变：由一个固相恒温下同时析出成分、结构均不相同的两时析出成分、结构均不相同的两个新固相的过程。个新固相的过程。共析体或共析组织：（共析体或共析组织：（）两相组成机械混合物。两相组成机械混合物。相组成：相组成：组织特征：共析组织细小均匀。组织特征：共析组织细小均匀。因为共析转变温度较低，原子因为共析转变温度较低，原子扩散困难所致。扩散困难所致。共析相图共析相图共晶相图共晶相图
