單元四合金的結(jié)晶一、二元相圖的建立二、二元相圖的基本類型與分析1、二元?jiǎng)蚓鄨D2、二元共晶相圖3、二元包晶相圖4、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖5、具有共析反應(yīng)的二元相圖6、二元相圖的分析步驟7、相圖與合金性能之間的關(guān)系合金的結(jié)晶過(guò)程比純金屬?gòu)?fù)雜，常用相圖進(jìn)行分析.相圖是用來(lái)表示合金系中各合金在緩冷條件下結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。合金系是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。組元是指組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對(duì)于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組元,如Fe-C合金中的Fe3C。Cu-Ni合金相圖L

成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。根據(jù)組元數(shù),分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。Fe-C二元相圖三元相圖一、二元相圖的建立幾乎所有的相圖都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的，最常用的是熱分析法。二元相圖的建立步驟為：[以Cu-Ni合金(白銅)為例]1.配制不同成分的合金，測(cè)出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點(diǎn)（停歇點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)）。2.將臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)中的成分垂線上。3.將垂線上相同意義的點(diǎn)連接起來(lái)，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。相圖中，結(jié)晶開始點(diǎn)的連線叫液相線。結(jié)晶終了點(diǎn)的連線叫固相線。Cu-Ni合金相圖測(cè)定二、二元相圖的基本類型與分析兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無(wú)限互溶時(shí)所構(gòu)成的相圖稱二元?jiǎng)蚓鄨D。以Cu-Ni合金為例進(jìn)行分析。

Cu-Ni合金相圖1、二元?jiǎng)蚓鄨D相圖由兩條線構(gòu)成，上面是液相線，下面是固相線。相圖被兩條線分為三個(gè)相區(qū)，液相線以上為液相區(qū)L，固相線以下為

固溶體區(qū)，兩條線之間為兩相共存的兩相區(qū)（L+）。

LL+

成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi液相線固相線⑴合金的結(jié)晶過(guò)程除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過(guò)程相似，以Ⅰ合金為例說(shuō)明。當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到t1溫度時(shí)，開始結(jié)晶出成分為

1的固溶體，其Ni含量高于合金平均成分L

L+隨溫度下降，固溶體重量增加，液相重量減少。同時(shí)，液相成分沿液相線變化，固相成分沿固相線變化。這種從液相中結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變或勻晶反應(yīng)。成分變化是通過(guò)原子擴(kuò)散完成的。當(dāng)合金冷卻到t3時(shí)，最后一滴L3成分的液體也轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w，此時(shí)

固溶體的成分又變回到合金成分

3上來(lái)。液固相線不僅是相區(qū)分界線,也是結(jié)晶時(shí)兩相的成分變化線；勻晶轉(zhuǎn)變是變溫轉(zhuǎn)變。合金的結(jié)晶只有在緩慢冷卻條件下才能得到成分均勻的固溶體。但實(shí)際冷速較快，結(jié)晶時(shí)固相中的原子來(lái)不及擴(kuò)散，使先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點(diǎn)元素（如Cu-Ni合金中的Ni）,后結(jié)晶的枝晶間含有較多的低熔點(diǎn)元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。（2）

枝晶偏析在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析。不僅與冷速有關(guān)，而且與液固相線的間距有關(guān)。冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。枝晶偏析會(huì)影響合金的力學(xué)、耐蝕、加工等性能。生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下100-200℃長(zhǎng)時(shí)間保溫，以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴(kuò)散退火。2、二元共晶相圖當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶,并發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)所構(gòu)成的相圖稱作共晶相圖。以Pb-Sn

相圖為例進(jìn)行分析。Pb-Sn合金相圖成分（wt%Sn）溫度（℃）PbSn⑴相圖分析①相：相圖中有L、

、

三種相,

是溶質(zhì)Sn在

Pb中的固溶體，

是溶質(zhì)Pb在Sn中的固溶體。②相區(qū)：相圖中有三個(gè)單相區(qū)：L、

、

；三個(gè)兩相區(qū)：

L+

、L+

、+；一個(gè)三相區(qū)：即水平線CED。AB④固溶線:溶解度點(diǎn)的連線稱固溶線。相圖中的CF、DG線分別為Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶線。固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。③液固相線：液相線AEB，固相線ACEDB。A、B分別為Pb、Sn的熔點(diǎn)。AB在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。。

⑤共晶線：水平線CED叫做共晶線。在共晶線對(duì)應(yīng)的溫度下（183

℃），E點(diǎn)成分的合金同時(shí)結(jié)晶出C點(diǎn)成分的

固溶體和D點(diǎn)成分的

固溶體，形成這兩個(gè)相的機(jī)械混合物：LE

?(

C+

D)AB共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機(jī)械混合物稱共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱共晶溫度。代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)稱共晶點(diǎn)。Pb-Sn共晶組織共晶體長(zhǎng)大示意圖

Sn原子擴(kuò)散Pb原子擴(kuò)散具有共晶成分的合金稱共晶合金。在共晶線上，凡成分位于共晶點(diǎn)以左的合金稱亞共晶合金，位于共

晶點(diǎn)以右的合金稱過(guò)共晶合金。凡具有共晶線成分的合金液體冷卻到共晶溫度時(shí)都將發(fā)生共晶反應(yīng)。L+

CDAB⑵合金的結(jié)晶過(guò)程①

含Sn量小于C點(diǎn)合金(Ⅰ合金)的結(jié)晶過(guò)程在3點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相

固溶體，這種直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相。.2溫度降到3點(diǎn)以下，

固溶體被Sn過(guò)飽和，由于晶格不穩(wěn)，開始析出（相變過(guò)程也稱析出）新相—

相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。形成二次相的過(guò)程稱二次析出,是固態(tài)相變的一種。H由于二次相析出溫度較低，一般十分細(xì)小。室溫下

Ⅱ的相對(duì)重量百分比為：由

析出的二次

用

Ⅱ

表示。隨溫度下降，

和

相的成分分別沿CF線和DG線變化，

Ⅱ的重量增加。Ⅰ合金室溫組織為

+

Ⅱ

。成分大于D點(diǎn)合金結(jié)晶過(guò)程與Ⅰ合金相似，室溫組織為

+

Ⅱ

。ABCDEFG②共晶合金(Ⅱ合金)的結(jié)晶過(guò)程液態(tài)合金冷卻到E點(diǎn)時(shí)同時(shí)被Pb和Sn飽和,發(fā)生共晶反應(yīng)：LE?(

C+

D)

。19.2wt%Sn溫度,℃1’層片狀(Al-CuAl2定向凝固)條棒狀(Sb-MnSb橫截面)螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織析出過(guò)程中兩相相間形核、互相促進(jìn)、共同長(zhǎng)大，因而共晶組織較細(xì)，呈片、棒、點(diǎn)球等形狀。③亞共晶合金(Ⅲ合金)的結(jié)晶過(guò)程合金液體在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2點(diǎn)，固相成分變化到C點(diǎn)，液相成分變化到E點(diǎn),

此時(shí)兩相的相對(duì)重量為：在2點(diǎn)，具有E點(diǎn)成分的剩余液體發(fā)生共晶反應(yīng)：

L?(

+

)

，轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等,即QE=QL反應(yīng)結(jié)束后，在共晶溫度下

、

兩相的相對(duì)重量百分比為：溫度繼續(xù)下降，將從一次

和共晶

中析出

Ⅱ，從共晶

中析出

Ⅱ。其室溫組織為

Ⅰ+(

+

)+

Ⅱ。亞共晶合金的結(jié)晶過(guò)程如何求室溫下三種組織組成物的相對(duì)重量？④過(guò)共晶合金結(jié)晶過(guò)程與亞共晶合金相似，不同的是一次相為

,二次相為

Ⅱ室溫組織為

Ⅰ+(

+

)+

Ⅱ。⑶組織組成物在相圖上的標(biāo)注組織組成物是指組成合金顯微組織的獨(dú)立部分。

Ⅰ和

Ⅰ,

Ⅱ和

Ⅱ,共晶體(

+

)都是組織組成物。相與相之間的差別主要在結(jié)構(gòu)和成分上。組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。如

Ⅰ

、

Ⅱ和共晶

的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個(gè)相，但它們的形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。將組織組成物標(biāo)注在相圖中，可使所標(biāo)注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。Pb-Sn亞共晶組織組織組成物在相圖上的標(biāo)注4、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖穩(wěn)定化合物是指在熔化前不發(fā)生分解的化合物(如Mg-Si系的Mg2Si和Fe-C系的Fe3C)。其成分固定，在相圖中是一條垂線(代表一個(gè)單相區(qū))。垂足是其

成分,頂點(diǎn)是其熔點(diǎn),結(jié)晶過(guò)程同純金屬.分析這類相圖時(shí)，可把穩(wěn)定化合物當(dāng)作純組元看待，將相圖分成幾個(gè)部分進(jìn)行分析.Mg2SiMg2Si+SiMg+Mg2SiSiL+Mg2SiL+SiL+Mg2SiL+Mg共析轉(zhuǎn)變也是固態(tài)相變。最常見(jiàn)的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變:

S?

P+Fe3C

。5、具有共析反應(yīng)的二元相圖共析反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時(shí)析出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過(guò)程。PS(

—奧氏體，

—鐵素體，F(xiàn)e3C—滲碳體)共析相圖與共晶相圖相似，對(duì)應(yīng)的有共析線(PSK線)、共析點(diǎn)(S點(diǎn))、共析溫度、共析成分、共析合金(共析成分合金)、亞共析合金(共析線上共析點(diǎn)以左的合金)、過(guò)共析合金(共析線上共析點(diǎn)以右的合金)。鐵碳合金相