1、第三章第三章 二元相图和合金的凝固二元相图和合金的凝固 相图是表示合金系中的合金状态和温度、压力、成分之间关系的简明图解。利用相图可以知道在热力学平衡条件下，各种成分的合金在不同温度、压力下的相组成、各种相的成分、相的相对含量。3.1 二元相图的建立 一、二元相图的表示方法 合金存在的状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素确定，合金中相随合金成分改变，温度和压力变化时，合金的存在状态也要改变。通常状态下，合金的熔炼、处理都是在常压下进行，所以合金的状态可由合金的成分和温度两个因素确定。二元系合金状态的表示方法,见图3.1二、二元相图的测定方法 实验法：1、配置一系列不同成分的合金；2、测定这
2、些合金的相变临界点；3、把这些点标在温度-成分坐标图上，把意义相同的点连接成线；4、这些线在坐标图上划分出一些区域，这些区域就是相区；5、把各相区所存在的相标出，相图即成。见图3-2三、相律与杠杆定律 1、相律及其应用 相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系,是系统平衡条件的数学表达式。f=c p+2 f为系统的自由度数；c为组元数;p为平衡相数。当系统压力为常数时，则为：f=c p+1 相律的应用：（1）确定系统中可能存在的最多平衡相数。（2）解释多元合金与纯金属结晶时的差别 2、杠杆定律 适用两相区，用来计算合金凝固过程中两相相对量，见图3.3，3.4杠杆定律表
3、达式 3.2 匀晶相图及固溶体的结晶 两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的二元合金相图，称为匀晶相图。二元合金系：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。一、相图分析 见图3.5，两条曲线上面一条是液相线，下面一条是固相线，液相线和固相线把相图分成三个区域：液相区L、固相区、以及固液两相并存区L+。二、固溶体合金的平衡结晶过程 平衡凝固是指凝固过程中每个阶段都能达到平衡，因此平衡凝固是在极其缓慢的冷速下实现的。图3.5表示出30%wNi 的Cu-Ni合金的结晶凝固过程。三、固溶体合金凝固时的溶质量分布 设合金的浓度为C0，当合金冷却到温度T0时，液相的浓度为CL，固相约
4、浓度为Cs，那么这两种浓度的比值K0被称为平衡分配系数。K0=Cs/CL四、固溶体的不平衡结晶 晶内偏析：经理内部化学成分不均匀的现象，具体表现为枝晶偏析。见图3.13.晶内偏析的大小和分配系数ko有关，ko偏离1越远，偏析越大。溶质原子扩散能力越强，偏析程度越小。冷速越大，偏析越大；但冷速大时，晶粒较细，宏观成分反而较为均匀。经过扩散退火或均匀化退火可以使成分均匀。见图3.14四、区域偏析和区域精炼 1.区域偏析 固溶体合金在不平衡凝固结晶时还会造成大范围内化学成分不均匀的现象即宏观偏析或区域偏析。区域偏析根据固液相扩散情况其凝固后溶质分布见图3.162.区域提纯 根据图3.16b曲线，在定
5、向凝固和加强对流或搅拌的情况下，可以使试棒起始端的纯度提高，反复多次操作后，金属纯度可以不断提高。区域精炼技术就是根据这个原理开发出来的。要求是分配系数ko远小于1。熔炼区域尽量小。见图3.18 五、成分过冷及其对晶体形状的影响 产生成分过冷的临界条件：成分过对晶体成长形状的影响（1）平面晶（2）胞状晶（3）树枝晶3.3 共晶相图及其合金的凝固结晶 两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶会发生共晶转变形成共晶组织，所对应的相图就是共晶相图。例：Pb-Sn,Pb-Sb,Ag-Sb,Pb-Bi相图属于共晶相图。一、相图分析 见图3.23二、典型合金的平衡凝固过程及组织 1.含锡小于19%的合金2.共晶合金 共晶生长方式：以层片状（搭桥方式）为例3.亚共晶合金4.过共晶合金3.4 其它相图的认识 一、包晶相图二、组元间形成化合物的相图三、具有固态转变的二元合金相图附：奥氏体转变成珠光体的过程奥氏体的形成贝氏体的形成马氏体转变奥氏体晶粒的长大谢 谢！
