二元相图及合金凝固
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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。
第三章二元合金相图和合金的凝固一.名词解释相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、二.填空题1.相图可用于表征合金体系中合金状态与和之间的关系。
2.最基本的二元合金相图有、、。
3.根据相律,对于给定的金属或合金体系,可独立改变的影响合金状态的内部因素和外部因素的数目,称为,对于纯金属该数值最多为,而对于二元合金该数值最多为。
4.典型的二元合金匀晶相图,如Cu-Ni二元合金相图,包含、两条相线,、、三个相区。
5.同纯金属结晶过程类似,固溶体合金的结晶包括和两个基本过程。
6.勻晶反应的特征为_____________,其反应式可描述为________ 。
7.共晶反应的特征为_____________,其反应式可描述为___________ _。
8.共析反应的特征为_____________,其反应式可描述为_____________。
9.金属或合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程称为。
纯金属结晶时所结晶出的固相成分与液相成分,称为;而固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分,称为。
10.固溶体合金经不平衡结晶所产生的两类成分偏析为、。
11.固溶体合金产生晶内偏析的程度受到溶质原子扩散能力的影响,若结晶温度较高,溶质原子的扩散能力小,则偏析程度。
如磷在钢中的扩散能力较硅小,所以磷在钢中的晶内偏析程度较,而硅的偏析较。
12.固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,结晶树枝主轴含有较多的________组元。
严重的晶内偏析降低合金的,为消除枝晶偏析,工业生产中广泛采用的方法。
13.根据区域偏析原理,人们开发了,除广泛用于提纯金属、金属化合物外,还应用于半导体材料及有机物的提纯。
通常,熔化区的长度,液体的成分,提纯效果越好。
第四章二元合金相图与合金凝固一、填空1. 固溶体合金凝固时,除了需要结构起伏和能量起伏外,还要有起伏。
2. 按液固界面微观结构,界面可分为和。
3. 液态金属凝固时,粗糙界面晶体的长大机制是,光滑界面晶体的长大机制是和。
4 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生偏析,用热处理方法可以消除。
5 液态金属凝固时,若温度梯度dT/dX>0(正温度梯度下),其固、液界面呈状,dT/dX<0时(负温度梯度下),则固、液界面为状。
6. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金,快冷时可能得到全部共晶组织,这称为。
7 固溶体合金凝固时,溶质分布的有效分配系数k e= ,当凝固速率很大时k e趋于。
8. 在二元相图中,L1→α+L2叫反应,β→L+α称为转变,而反应α1—α2+β称为反应,α+β→γ称为反应。
9 Fe-Fe3C相图中含碳量小于为钢,大于为铸铁;铁碳合金室温平衡组织均由和两个基本相组成;根据溶质原子的位置,奥氏体其晶体结构是,是固溶体,铁素体是,其晶体结构是,合金平衡结晶时,奥氏体的最大含量是;珠光体的含碳量是,它是由和组成的两相混合物;莱氏体的含碳量是;在常温下,亚共析钢的平衡组织是,过共析钢的平衡组织是,亚共晶白口铸铁的平衡组织是,莱氏体的相组成物是,变态莱氏体的相组成物是,Fe3C I 是从中析出的,Fe3C II是从中析出的,Fe3C III是从中析出的,它们的含碳量为,Fe3C主要性能特点是,A共析反应后的生成物称为。
2 问答1 如图4-1所示为Ni-Al相图1)填出相图中各相区的平衡相;2)指出图中的稳定化合物和不稳定化合物;3)写出图中存在的恒温反应,指明反应类型;4)指出含Ni 30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程,计算室温下的相组成与组织组成,并计算出其中组织组成物的百分数。
5)试说明含Ni89%(重量)的Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同。
6)设X合金平衡凝固完毕时的组织为α(Al)初晶+(α+β)共晶,其中α初晶占80%,则此合金中Ni组元的含量是多少?7)绘出1500ε时Al-Ni合金系的自由能—成分曲线示意图。
第三章二元相图及合金的凝固第三章二元相图及合金的凝固相图:phase diagram 描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的图解。
又称状态图(state diagram)或平衡图(equilibrium diagram)。
¾二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下,相与温度、成分之间关系的有力工具。
¾根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。
¾仅在热力学平衡条件下成立,不能确定相结构、分布状态和具体形貌。
3.1 相图的基本知识3.1.1 合金与相的概念(1)合金合金(alloy)组元(component)(元)二元合金三元合金多元合金合金系(alloy system)二元系三元系多元系(2)相相(phase)单相合金多相合金(3)相律(phase rule)相律:热力学平衡条件下,系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。
吉布斯相律(Gibbs phase rule):F=C一P十2式中,C:系统的组元数P:平衡共存的相的数目F:自由度。
取最小值F=0,得出:P=C十2若压力给定,应去掉一个自由度,P=C十1公式表明:在压力给定的情况下,系统中可能出现的最多平衡相数比组元数多一个。
例如:一元系:C=1,P=2,即最多可以两相平衡共存。
如纯金属结晶时,其温度固定不变,同时共存的平衡相为液相和固相。
二元系:C=2,P=3,最多三相平衡共存;三元系:C=3,P=4,最多四相平衡共存;依此类推,n元系,最多n十1相平衡共存。
¾确定系统中可能存在的最多平衡相数。
应用:¾解释纯金属与合金的结晶差别。
应当注意,相律的限制性:1)相律只适用于热力学平衡状态。
平衡状态下各相的温度应相等(热量平衡);各相的压力应相等(机械平衡);每一组元在各相中的化学位必须相同(化学平衡);2)相律只能表示体系中组元和相的数目,不能指明组元或相的类型和含量;3)相律不能预告反应动力学(速度);4)自由度F不得小于零。