第十讲 共晶相图及其合金的结晶

第十讲共晶相图及其合金的结晶第五节共晶相图及其合金的结晶一、主要内容：相图分析典型合金的平衡结晶及其组织不平衡结晶及组织比重偏析和区域偏析二、要点：二元共晶相图的合金及特点，二元合金相图的特征（区、线、点），典型合金的平衡结晶过程及组织形貌，不平衡结晶的概念及组织，三、方法说明：重点讲解二元合金相图的特征和典型合金的平衡结晶过程及组织形貌。

授课内容：两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图叫二元共晶相图。

（以铅锡合金为例进行说明：）一、相图分析液相线，固相线，溶解度曲线。

单相区，两相区。

三相共存区。

共晶反应LE＝α＋β共晶组织：共晶线，共晶点，共晶温度，共晶合金，亚共晶合金，过共晶合金。

杠杆定律对平衡相的计算：（举例说明）二、典型合金的平衡结晶及其组织以铅锡共晶合金为例进行说明：1、含锡量小于19％的铅锡合金的平衡结晶过程2、共晶合金的平衡结晶过程3、亚共晶合金的平衡结晶过程4、过共晶合金的平衡结晶过程三、不平衡结晶及组织伪共晶在平衡凝固条件下，只有共晶成分的合金才能得到全部的共晶组织。

然而在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。

离异共晶由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。

四、比重偏析和区域偏析（简介）。

7.3.2 共晶相图及其合金凝固1．共晶相图组成共晶相图的两组元，在液态可无限互溶，而固态只能部分互溶，甚至完全不溶。

两组元的混合使合金的熔点比各组元低，因此，液相线从两端纯组元向中间凹下，两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度。

在该温度下，液相通过共晶凝固同时结晶出两个固相，这样两相的混合物称为共晶组织或共晶体。

图7.6 Pb-Sn 相图图7.6所示的Pb-Sn相图是一个典型的二元共晶相图。

具有该类相图的合金还有Al-Si，Ph-Sb，Ph-Sn，Ag-Cu等。

共晶合金在铸造工业中是非常重要的，其原因在于它有一些特殊的性质：①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作；②共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之中防止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造性能；③恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷，例如偏聚和缩孔；④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的原位复合材料（in－situ composite）。

根据相律，在二元系中，三相共存时，自由度为零，共晶转变是恒温转变，故是一条水平线。

图中MF和NG线分别为α固溶体和β固溶体的饱和溶解度曲线，它们分别表示α和β固溶体的溶解度随温度降低而减少的变化。

在图7.6中，相平衡线把相图划分为3个单相区：L，α，β；3个两相区：L+α，L+β，α+β；而L相区在共晶线上部的中间，α相区和β相区分别位于共晶线的两端。

2．共晶合全的平衡凝固及其组织现以Ph-Sn合金为例，分别讨论各种典型成分合金的平衡凝固及其显微组织。

图7.7w(Sn)=10％Pb-Sn合金平衡凝固示意图a. w(Sn)＜19％的合金图7．7为w(Sn)=10％的Pb-Sn合金平衡凝固过程示意图。

所有成分位于M和F点之间的合金，平衡凝固过程却与上述合金相似，凝固至室温后的平衡组织均为β＋αII，只是两相的相对量不同而已。

而成分位于N和G点之间的合金，平衡凝固过程与上述合金基本相似，但凝固后的平衡组织为β＋αII。