第七章 二元相图及其合金的凝固
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最全二元相图及其合金凝固知识点总结匀晶相图与固溶体凝固匀晶相图两组元在液态、固态均能无限互溶的二元系所组成的相图称为匀晶相图。
匀晶转变:由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
匀晶转变是变温转变。
以w(N i)为30%C u-N i二元合金相图为例说明匀晶相图。
点:T C u、T N i分别为C u、N i熔点。
线:TCuBTNi 为液相线。
TCuCTNi 为固相线。
区: L、L+α、α固溶体的平衡凝固平衡结晶:在极缓慢冷却条件下进行的结晶。
以w(N i)为30%C u-N i二元合金为例分析结晶过程:t1温度以上为L;t1温度时,L→α,成分为:B、C。
固溶体平衡冷却结晶过程归纳总结:冷却时遇到液相线开始结晶,遇到固相线结晶终止,形成单相均匀固溶体。
在结晶过程中每一温度,其液相、固相成分和相对量可由该温度下做水平线与液相线、固相线的交点及杠杆定理得出随温度下降,固相成分沿固相线变化,液相成分沿液相线变化,且液相成分减少,固相成分增加,直至结晶完毕。
固溶体合金的结晶特点:1.异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同。
2.结晶需要一定的温度范围。
固溶体非平衡凝固非平衡凝固:偏离平衡条件的结晶。
在实际生产中,由于冷却速度较快,内部原子的扩散过程落后于结晶过程,使合金的成分均匀化来不及进行,使凝固偏离了平衡条件,这称为非平衡凝固。
非平衡凝固导致先结晶部分与后结晶部分成分不同,这种一个晶粒内部或者一个枝晶间的化学成分不同的现象,叫做枝晶偏析或晶内偏析。
各个晶粒之间化学成分不均匀的现象叫做晶间偏析。
枝晶偏析是非平衡凝固的产物,在热力学上是不稳定的,可以通过均匀化退火消除。
1.液相线与固相线间的水平距离(成分间距)↑,先后结晶的成分差别↑,偏析严重。
2.溶质原子的扩散能力↑,偏析↓。
3.冷却速度↑,偏析↑。
共晶相图与合金凝固共晶相图组成共晶的两组元液态时无限互溶,固态时有限固溶或完全不溶,且发生共晶转变,形成共晶组织的二元系相图。
第七部分二元相图及其合金的凝固在实际工业中,广泛使用的不是前述的单组元材料,而是由二种以上组元组成的多元系材料。
二元相图研究二元体系在热力学平衡条件下,不同相与温度、成分之间的关系。
二元系相图的材料包括金属、陶瓷、高分子等。
本章重点讲述二元合金。
7.1 二元相图的表示和测定方法二元相图中的成分在国家标准有两种表示方法:质量分数(ω)和摩尔分数(x)。
本教材未特别说明情况下的二元相图均以质量分数表示。
用热分析测量临界点来绘制二元相图的过程。
(BS)在二元相图中有单相区和两相区。
由相率可知,二元系最多只能三相共存,且在相图上为水平线。
两相平衡的杠杆法则在相图中任何一两平衡相共存状态时,多相的成分遵循杠杆法则:二元相图的几何规律根据热力学的基本原理,可导出相图应遵循的一些几何规律,由此能帮助我们理解相图的构成。
(1)相图中所有的线条都代表发生相转变的温度和平衡相的成分,相界线是相平衡的体现,平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化。
(2)两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开,而不能以一条线接界。
两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。
(3)二元相图中的三相平衡必为一条水平线,表示恒温反应。
(4)当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交,则分界线的延长线应进入另一两相区内,而不会进入单相区内。
7.2晶相图和固溶体凝固由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
L ->二元合金如Cu-Ni、Au-Ag、Au-Pt等;二元陶瓷如NiO-CoO 、NiO-MgO等匀晶相图还可有其他形式,如Au-Cu,Fe-Co等在相图上具有极小点,而在Pb—T1等相图上具有极大点,两种类型相图分别如图7.14(a)和(b)所示。
2. 固溶体的平衡凝固平衡凝固:是指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡,即在相变过程中有充分时间进行组元间的扩散,以达到平衡相的成分。
3. 固溶体的非平衡凝固在实际工业生产中,合金溶液浇涛后的冷却速度较快,使凝固过程偏离平衡条件,称为非平衡凝固。