第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相：合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。分類:固溶體：合金的組元間以不同的比例相互混合，混合后形成的晶體結(jié)構(gòu)與某一組元的晶體結(jié)構(gòu)相同，這種相就是固溶體，這種組元叫溶劑，其他的組元叫溶質(zhì)。金屬化合物：在合金系中，組元間發(fā)生相互作用，形成一種具有金屬性質(zhì)的新相。它具有獨(dú)立的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，與各個(gè)組元的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都不同。影響相結(jié)構(gòu)的因素:負(fù)電性,原子尺寸,電子濃度.3.1合金中的相第2頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2合金的相結(jié)構(gòu)一。固溶體分類：位置：置換，間隙。固溶度：有限固溶，無限固溶。相對(duì)分布：無序，有序。結(jié)構(gòu)晶格畸變偏聚有序二。金屬化合物（中間相）分類：正價(jià)化合物，電子化合物，間隙相和間隙化合物。三。間隙相與間隙固溶體區(qū)別間隙相是一種化合物，它具有與其他組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)；而間隙固溶體仍保持著溶劑組元的晶格類型。第3頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3二元合金相圖的建立一.二元相圖的表示方法二.二元相圖的測(cè)定方法第4頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.相律和杠桿定律(一)杠桿定律:WL/Wa=rb/ar第5頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(二)相律及其應(yīng)用相律:f=c-p+2C:系統(tǒng)的組元數(shù);P:平衡條件下系統(tǒng)的相數(shù);f:自由度數(shù);常數(shù)2代表:溫度和壓力.當(dāng)壓力為常數(shù)時(shí):f=c-p+1C:系統(tǒng)的組元數(shù);P:平衡條件下系統(tǒng)的相數(shù);f:自由度數(shù).相律的作用確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù).單元系:C=1,當(dāng)f=0時(shí),P=1-0+1=2,說明同時(shí)共存的相最多兩個(gè).二元系:C=2,當(dāng)f=0時(shí),P=2-0+1=3,說明同時(shí)共存的相最多三個(gè).解釋純金屬與二元合金結(jié)晶時(shí)的一些差別單元系:C=1,p=2時(shí),f=0,說明純金屬結(jié)晶時(shí)只能在恒溫下.二元系:C=2,P=2時(shí),f=1,說明二元合金在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行;當(dāng)三相共存(P=3)時(shí),f=0,說明結(jié)晶只能在各個(gè)因素完全不變的條件下進(jìn)行.第6頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶一.相圖分析勻晶相圖:兩組元在液相和固相都無限互溶的二元合金所形成的相圖.第7頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.固溶體合金的平衡結(jié)晶過程概念:平衡結(jié)晶:合金在極其緩慢的冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶的過程.成分起伏:雖然液態(tài)合金在宏觀上成分平均,但是在微觀上,由于原子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,在任一瞬間,液相中總有些微小體積可能偏離液相的平均成分,這些微小的體積的成分、大小、位置都是在不斷地變化的。異分結(jié)晶（選擇結(jié)晶）：結(jié)晶的晶體同液態(tài)母相化學(xué)成分不同的結(jié)晶。同分結(jié)晶：結(jié)晶的晶體同液態(tài)母相化學(xué)成分完全相同的結(jié)晶。固溶體形核的條件：結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏，成分起伏。固溶體結(jié)晶特點(diǎn)異分結(jié)晶平衡分配系數(shù)：k0=C

/CLC

、CL為固相和液相的平衡濃度。K0的大小反映了溶質(zhì)組元重新分配的強(qiáng)弱程度。需要一定溫度范圍（下頁(yè)）第8頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固溶體的結(jié)晶過程

固溶體晶核的形成（或原晶體的長(zhǎng)大）造成相內(nèi)（液相或固相）的濃度梯度，從而引起相內(nèi)的擴(kuò)散過程，這就破壞了相界面處的平衡，因此晶體必須長(zhǎng)大，才能使相界面處重新達(dá)到平衡。固溶體晶體的長(zhǎng)大過程：平衡---不平衡---平衡---不平衡。第10頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.固溶體合金的不平衡結(jié)晶過程不平衡結(jié)晶：偏離平衡結(jié)晶條件的結(jié)晶。晶內(nèi)偏析(枝晶偏析)：在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，叫晶內(nèi)偏析。由于固體晶體通常呈樹枝狀，使樹干和樹枝間的化學(xué)成分不同，所以又叫枝晶偏析。假設(shè)：液體內(nèi)充分混合，而固相內(nèi)沒有擴(kuò)散。偏析的大小與k0有關(guān)。偏析的最大值：C0-C0=C0-C0K0=C0（1-K0

）影響偏析的因素：溶質(zhì)擴(kuò)散能力，冷卻速度。第11頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四.區(qū)域偏析和區(qū)域提純(一)區(qū)域偏析：固溶體合金不平衡結(jié)晶中造成的大范圍內(nèi)化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。區(qū)域偏析的形成情況1。假定：液體內(nèi)化學(xué)成分充分混合（靠擴(kuò)散、對(duì)流和攪拌），而固相內(nèi)無擴(kuò)散。第12頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月情況2。假定：液體內(nèi)溶質(zhì)原子僅靠擴(kuò)散混合（無對(duì)流和攪拌），固相內(nèi)無擴(kuò)散。第13頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月情況3。實(shí)際不平衡結(jié)晶如曲線d.第14頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(二)區(qū)域提純第15頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五.成分過冷及其對(duì)晶體成長(zhǎng)形狀和鑄錠組織的影響思考問題：固溶體的晶體生長(zhǎng)形態(tài)是什么樣？？（固液界面前液體分別在正、負(fù)溫度梯度下）(一)形成成分過冷的條件及其影響因素成分過冷：固溶體合金在結(jié)晶時(shí)，溶質(zhì)組元重新分布，在固液界面處形成溶質(zhì)的濃度梯度，產(chǎn)生一個(gè)過冷區(qū)，由于這個(gè)過冷度是由液相中成分的變化引起的，所以叫。。。第16頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1。純金屬固液界面的溫度梯度對(duì)結(jié)晶形狀的影響平面生長(zhǎng)樹枝狀生長(zhǎng)(二)固溶體合金的成分過冷對(duì)晶體生長(zhǎng)形狀的影響第17頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2。固溶體合金的成分過冷對(duì)晶體生長(zhǎng)形狀的影響G1:平面生長(zhǎng)G2:生長(zhǎng)方式G3:樹枝生長(zhǎng)第18頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.5共晶相圖及合金的結(jié)晶概念:共晶相圖：共晶轉(zhuǎn)變：由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的過程。一.相圖分析MF、NG固溶度曲線；AE、BE液相線；AMNB固相線；三個(gè)單相區(qū)；三個(gè)兩相區(qū)；一個(gè)三相共存區(qū)MEN。共晶轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）：LE

M+N共晶線MEN；共晶點(diǎn)E；共晶溫度；共晶合金；過共晶合金；亞共晶合金。第19頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.典型合金的平衡結(jié)晶極其組織合金ILL++IIw=100%xF4/FGW=100%x4G/FG脫溶過程(二次結(jié)晶);二次相.第20頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共晶合金(合金II)共晶轉(zhuǎn)變（反應(yīng)）：LE

M+NwM=100%xME/MNWN=100%xEN/MNL--------

+------(

+)

+(II+II)通常下：(II+II)省略。所以組織：

+第21頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共晶組織的生長(zhǎng)方式:片層狀生長(zhǎng)第22頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亞共晶合金(合金III)L------L+

------

+(

+)------

+(

+)+II先共晶相和剩余液體質(zhì)量比:W

=100%xE2/MEWL=100%xM2/ME過共晶合金(合金IV)L------L+

------

+(

+)------+(

+)+II第23頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同合金的組織組成物2點(diǎn):先共晶相和共晶組織含量:w

=100%x2E/MEW+=100%x2M/ME相組成物的含量:W

=100%x2N/MNw

=100%xM2/MN第24頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.非平衡結(jié)晶極其組織(一)偽共晶在不平衡結(jié)晶條件下,成分在共晶點(diǎn)附近的亞(過)共晶合金,也能得到全部共晶組織,這種非共晶成分的合金所得到的共晶組織,叫偽共晶.第25頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離異共晶在先共晶相數(shù)量較多而共晶組織較少情況下,有時(shí)共晶組織中與先共晶相相同的那一相,會(huì)依附于先共晶相上生長(zhǎng),剩下的另一相則單獨(dú)存在于相界處,從而使共晶組織的特征消失,這種兩相分離的共晶叫…離異共晶會(huì)給合金性能帶來不良影響.對(duì)不平衡組織可用均勻化退火消除.第28頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四.比重偏析和區(qū)域偏析第29頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月包晶相圖及其合金的結(jié)晶包晶相圖包晶反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）一.相圖分析PE\DF固溶度曲線；ACB液相線；APDB固相線；三個(gè)單相區(qū)；三個(gè)兩相區(qū)；一個(gè)三相(L、、）共存區(qū)PDC。包晶反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）：Lc+

p

D包晶點(diǎn)D，包晶溫度tD，包晶線PDC。第30頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.典型合金的平衡結(jié)晶過程及組織(一).合金I結(jié)晶過程:L----L+--------------+IID點(diǎn):WL=100%xPD/PCW

=100%xDC/PC包晶反應(yīng)第31頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(二).合金II結(jié)晶過程:L----L+----------+----++II+II包晶反應(yīng)2點(diǎn):WL=100%xPH/PCW

=100%xHC/PC第32頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(二).合金III結(jié)晶過程:L----L+----------+L----------+II包晶反應(yīng)2點(diǎn):WL=100%x2D/DCW

=100%x2C/DC第33頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.不平衡結(jié)晶及組織包晶偏析:包晶轉(zhuǎn)變的不平衡組織可用長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散退火消除.第34頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四.包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用在軸承合金中細(xì)化晶粒作用第35頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.7二元相圖的分析和使用一.相圖分析步驟(1).看是否存在穩(wěn)定化合物,將相圖分解.(2).確定單相區(qū)、兩相區(qū)和三相區(qū)。(3).確定三相平衡轉(zhuǎn)變性質(zhì).(4).綜合分析結(jié)晶過程和組織.第36頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如:I包晶反應(yīng):L+

II包晶反應(yīng):L+III包晶反應(yīng):L+IV共析反應(yīng):