第三章二元相圖和合金的凝固相圖是表示合金系中的合金狀態(tài)和溫度、壓力、成分之間關(guān)系的簡明圖解。利用相圖可以知道在熱力學(xué)平衡條件下，各種成分的合金在不同溫度、壓力下的相組成、各種相的成分、相的相對含量。第三章二元相圖和合金的凝固相圖是表示合金系中的合金狀態(tài)和溫13.1二元相圖的建立一、二元相圖的表示方法合金存在的狀態(tài)通常由合金的成分、溫度和壓力三個因素確定，合金中相隨合金成分改變，溫度和壓力變化時，合金的存在狀態(tài)也要改變。通常狀態(tài)下，合金的熔煉、處理都是在常壓下進(jìn)行，所以合金的狀態(tài)可由合金的成分和溫度兩個因素確定。3.1二元相圖的建立一、二元相圖的表示方法2二元系合金狀態(tài)的表示方法,見圖3.1二元系合金狀態(tài)的表示方法,見圖3.13二、二元相圖的測定方法實(shí)驗(yàn)法：1、配置一系列不同成分的合金；2、測定這些合金的相變臨界點(diǎn)；3、把這些點(diǎn)標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)圖上，把意義相同的點(diǎn)連接成線；4、這些線在坐標(biāo)圖上劃分出一些區(qū)域，這些區(qū)域就是相區(qū)；5、把各相區(qū)所存在的相標(biāo)出，相圖即成。見圖3-2二、二元相圖的測定方法實(shí)驗(yàn)法：4二元相圖和合金相凝固課件5三、相律與杠桿定律1、相律及其應(yīng)用相律是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)和平衡相數(shù)之間的關(guān)系,是系統(tǒng)平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

f=c–p+2f為系統(tǒng)的自由度數(shù)；c為組元數(shù);p為平衡相數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)壓力為常數(shù)時，則為：

f=c–p+1三、相律與杠桿定律1、相律及其應(yīng)用6相律的應(yīng)用：（1）確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)。（2）解釋多元合金與純金屬結(jié)晶時的差別2、杠桿定律適用兩相區(qū)，用來計(jì)算合金凝固過程中兩相相對量，見圖3.3，3.4相律的應(yīng)用：7杠桿定律表達(dá)式杠桿定律表達(dá)式83.2勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶的二元合金相圖，稱為勻晶相圖。二元合金系：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。一、相圖分析見圖3.5，兩條曲線上面一條是液相線，下面一條是固相線，液相線和固相線把相圖分成三個區(qū)域：液相區(qū)L、固相區(qū)α、以及固液兩相并存區(qū)L+α。3.2勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固9二、固溶體合金的平衡結(jié)晶過程平衡凝固是指凝固過程中每個階段都能達(dá)到平衡，因此平衡凝固是在極其緩慢的冷速下實(shí)現(xiàn)的。圖3.5表示出30%wNi

的Cu-Ni合金的結(jié)晶凝固過程。二、固溶體合金的平衡結(jié)晶過程平衡凝固是指凝固過程中每個階段都10二元相圖和合金相凝固課件11三、固溶體合金凝固時的溶質(zhì)量分布設(shè)合金的濃度為C0，當(dāng)合金冷卻到溫度T0時，液相的濃度為CL，固相約濃度為Cs，那么這兩種濃度的比值K0被稱為平衡分配系數(shù)。K0=Cs/CL三、固溶體合金凝固時的溶質(zhì)量分布設(shè)合金的濃度為C0，當(dāng)合金冷12二元相圖和合金相凝固課件13二元相圖和合金相凝固課件14四、固溶體的不平衡結(jié)晶四、固溶體的不平衡結(jié)晶15晶內(nèi)偏析：經(jīng)理內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為枝晶偏析。見圖3.13.晶內(nèi)偏析的大小和分配系數(shù)ko有關(guān)，ko偏離1越遠(yuǎn)，偏析越大。溶質(zhì)原子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，偏析程度越小。冷速越大，偏析越大；但冷速大時，晶粒較細(xì)，宏觀成分反而較為均勻。經(jīng)過擴(kuò)散退火或均勻化退火可以使成分均勻。見圖3.14晶內(nèi)偏析：經(jīng)理內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為枝晶偏析。16二元相圖和合金相凝固課件17四、區(qū)域偏析和區(qū)域精煉1.區(qū)域偏析固溶體合金在不平衡凝固結(jié)晶時還會造成大范圍內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象即宏觀偏析或區(qū)域偏析。區(qū)域偏析根據(jù)固液相擴(kuò)散情況其凝固后溶質(zhì)分布見圖3.16四、區(qū)域偏析和區(qū)域精煉1.區(qū)域偏析182.區(qū)域提純根據(jù)圖3.16b曲線，在定向凝固和加強(qiáng)對流或攪拌的情況下，可以使試棒起始端的純度提高，反復(fù)多次操作后，金屬純度可以不斷提高。區(qū)域精煉技術(shù)就是根據(jù)這個原理開發(fā)出來的。要求是分配系數(shù)ko遠(yuǎn)小于1。熔煉區(qū)域盡量小。見圖3.182.區(qū)域提純根據(jù)圖3.16b曲線，在定向凝固和加強(qiáng)對流或攪拌19五、成分過冷及其對晶體形狀的影響五、成分過冷及其對晶體形狀的影響20產(chǎn)生成分過冷的臨界條件：成分過對晶體成長形狀的影響（1）平面晶（2）胞狀晶（3）樹枝晶產(chǎn)生成分過冷的臨界條件：成分過對晶體成長形狀的影響21二元相圖和合金相凝固課件223.3共晶相圖及其合金的凝固結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限互溶會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織，所對應(yīng)的相圖就是共晶相圖。例：Pb-Sn,Pb-Sb,Ag-Sb,Pb-Bi相圖屬于共晶相圖。一、相圖分析見圖3.233.3共晶相圖及其合金的凝固結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固23二元相圖和合金相凝固課件24二、典型合金的平衡凝固過程及組織1.含錫小于19%的合金二、典型合金的平衡凝固過程及組織1.含錫小于19%的合金25二元相圖和合金相凝固課件262.共晶合金2.共晶合金27共晶生長方式：以層片狀（搭橋方式）為例共晶生長方式：以層片狀（搭橋方式）為例28二元相圖和合金相凝固課件29二元相圖和合金相凝固課件303.亞共晶合金3.亞共晶合金314.過共晶合金4.過共晶合金323.4其它相圖的認(rèn)識一、包晶相圖3.4其它相圖的認(rèn)識一、包晶相圖33二、組元間形成化合物的相圖二、組元間形成化合物的相圖34二元相圖和合金相凝固課件35三、具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元合金相圖三、具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元合金相圖36二元相圖和合金相凝固課件37二元相圖和合金相凝固課件38二元相圖和合金相凝固課件39二元相圖和合金相凝固課件40二元相圖和合金相凝固課件41附：奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體的過程附：奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體的過程42奧氏體的形成奧氏體的形成43貝氏體的形成貝氏體的形成44馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變45奧氏體晶粒的長大奧氏體晶粒的長大46二元相圖和合金相凝固課件47謝謝！謝謝！48第三章二元相圖和合金的凝固相圖是表示合金系中的合金狀態(tài)和溫度、壓力、成分之間關(guān)系的簡明圖解。利用相圖可以知道在熱力學(xué)平衡條件下，各種成分的合金在不同溫度、壓力下的相組成、各種相的成分、相的相對含量。第三章二元相圖和合金的凝固相圖是表示合金系中的合金狀態(tài)和溫493.1二元相圖的建立一、二元相圖的表示方法合金存在的狀態(tài)通常由合金的成分、溫度和壓力三個因素確定，合金中相隨合金成分改變，溫度和壓力變化時，合金的存在狀態(tài)也要改變。通常狀態(tài)下，合金的熔煉、處理都是在常壓下進(jìn)行，所以合金的狀態(tài)可由合金的成分和溫度兩個因素確定。3.1二元相圖的建立一、二元相圖的表示方法50二元系合金狀態(tài)的表示方法,見圖3.1二元系合金狀態(tài)的表示方法,見圖3.151二、二元相圖的測定方法實(shí)驗(yàn)法：1、配置一系列不同成分的合金；2、測定這些合金的相變臨界點(diǎn)；3、把這些點(diǎn)標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)圖上，把意義相同的點(diǎn)連接成線；4、這些線在坐標(biāo)圖上劃分出一些區(qū)域，這些區(qū)域就是相區(qū)；5、把各相區(qū)所存在的相標(biāo)出，相圖即成。見圖3-2二、二元相圖的測定方法實(shí)驗(yàn)法：52二元相圖和合金相凝固課件53三、相律與杠桿定律1、相律及其應(yīng)用相律是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)和平衡相數(shù)之間的關(guān)系,是系統(tǒng)平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

f=c–p+2f為系統(tǒng)的自由度數(shù)；c為組元數(shù);p為平衡相數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)壓力為常數(shù)時，則為：

f=c–p+1三、相律與杠桿定律1、相律及其應(yīng)用54相律的應(yīng)用：（1）確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)。（2）解釋多元合金與純金屬結(jié)晶時的差別2、杠桿定律適用兩相區(qū)，用來計(jì)算合金凝固過程中兩相相對量，見圖3.3，3.4相律的應(yīng)用：55杠桿定律表達(dá)式杠桿定律表達(dá)式563.2勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶的二元合金相圖，稱為勻晶相圖。二元合金系：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。一、相圖分析見圖3.5，兩條曲線上面一條是液相線，下面一條是固相線，液相線和固相線把相圖分成三個區(qū)域：液相區(qū)L、固相區(qū)α、以及固液兩相并存區(qū)L+α。3.2勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固57二、固溶體合金的平衡結(jié)晶過程平衡凝固是指凝固過程中每個階段都能達(dá)到平衡，因此平衡凝固是在極其緩慢的冷速下實(shí)現(xiàn)的。圖3.5表示出30%wNi

的Cu-Ni合金的結(jié)晶凝固過程。二、固溶體合金的平衡結(jié)晶過程平衡凝固是指凝固過程中每個階段都58二元相圖和合金相凝固課件59三、固溶體合金凝固時的溶質(zhì)量分布設(shè)合金的濃度為C0，當(dāng)合金冷卻到溫度T0時，液相的濃度為CL，固相約濃度為Cs，那么這兩種濃度的比值K0被稱為平衡分配系數(shù)。K0=Cs/CL三、固溶體合金凝固時的溶質(zhì)量分布設(shè)合金的濃度為C0，當(dāng)合金冷60二元相圖和合金相凝固課件61二元相圖和合金相凝固課件62四、固溶體的不平衡結(jié)晶四、固溶體的不平衡結(jié)晶63晶內(nèi)偏析：經(jīng)理內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為枝晶偏析。見圖3.13.晶內(nèi)偏析的大小和分配系數(shù)ko有關(guān)，ko偏離1越遠(yuǎn)，偏析越大。溶質(zhì)原子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，偏析程度越小。冷速越大，偏析越大；但冷速大時，晶粒較細(xì)，宏觀成分反而較為均勻。經(jīng)過擴(kuò)散退火或均勻化退火可以使成分均勻。見圖3.14晶內(nèi)偏析：經(jīng)理內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為枝晶偏析。64二元相圖和合金相凝固課件65四、區(qū)域偏析和區(qū)域精煉1.區(qū)域偏析固溶體合金在不平衡凝固結(jié)晶時還會造成大范圍內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象即宏觀偏析或區(qū)域偏析。區(qū)域偏析根據(jù)固液相擴(kuò)散情況其凝固后溶質(zhì)分布見圖3.16四、區(qū)域偏析和區(qū)域精煉1.區(qū)域偏析662.區(qū)域提純根據(jù)圖3.16b曲線，在定向凝固和加強(qiáng)對流或攪拌的情況下，可以使試棒起始端的純度提高，反復(fù)多次操作后，金屬純度可以不斷提高。區(qū)域精煉技術(shù)就是根據(jù)這個原理開發(fā)出來的。要求是分配系數(shù)ko遠(yuǎn)小于1。熔煉區(qū)域盡量小。見圖3.182.區(qū)域提純根據(jù)圖3.16b曲線，在定向凝固和加強(qiáng)對流或攪拌67五、成分過冷及其對晶體形狀的影響五、成分過冷及其對晶體形狀的影響68產(chǎn)生成分過冷的臨界條件：成分過對晶體成長形狀的影響（1）平面晶（2）胞狀晶（3）樹枝晶產(chǎn)生成分過冷的臨界條件：成分過對晶體成長形狀的影響69二元相圖和合金相凝固課件703.3共晶相圖及其合金的凝固結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限互溶會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織，所對應(yīng)的相圖就是共晶相圖。例：Pb-Sn,Pb-Sb,Ag-Sb,Pb-Bi相圖屬于共晶相圖。一、相圖分析見圖3.233.3共晶相圖及其合金的凝固結(jié)晶兩組元在液態(tài)無限互溶，在固71二元相圖和合金相凝固課件72二、典型合金的平衡凝固過程及組織1.含錫小于19%的合金二、典型合金的平衡凝固過程及組織1.含錫小于19%的合金73二元相圖和合金相凝固課件742.共晶合金2.共晶合金75共晶生長方式：以層片狀（搭橋方式）為例共晶生長方式：以層片狀（搭橋方式）為例76二元相圖和合金相凝固課件77二元相圖和合金相凝固課件783.亞共晶合金3.亞共晶合金794.過共晶合金4.過共晶合金803.4其它相圖的認(rèn)識一、包晶相圖3.4其它相圖的認(rèn)識一、包晶相圖81二、組元間形成化合物的相圖二、組元間形成化合物的相圖82二元相圖和合