4-二元相图

4、杠杆定律的应用
2）计算亚共晶合金（或过共晶合 金）室温下组织组成物的相对量 （重量百分数）。
该合金室温时的组织组成物为： α初+ βII +(α+β)
d2 ( ) Lc 100% dc
αd Lc
2c d 1 Lc 100% 初 II dc
L
温 度
L 1
L

L
L m

L+ m’
II / II
时间
II /II
3 ） III 合金
L 温 度 L
室温相组成物为： β 室温组织组成物为： β + αII

L
1
n
L L+ n’

L L




时间
（四） 其它类型的二元相图 1、形成稳定化合物的二元 相图
3、具有共晶相图的Pb-Sn二元合金的典型平衡组织
共晶合金
亚共晶合金
过共晶合金
4、杠杆定律的应用 1) 计算（f、g）成分范围内，任 意成分二元合金室温下相组成物 的相对量（重量百分数） 。 图中 I 合金室温下为α、β两相应 用杠杆定律可得：
xg 100% fg
fx 1 100% fg
相图中还有三个单相区：α、β、L 三个两相区： L +α、 L +β、 α+β
2、典型合金的平衡结晶及组织 1）I合金（d点成分）室温相组成物为： α、β 室温组织组成物为： β+ αII
L
温 度 L
1 L L+ d’
L

L

d


II
时间
II
2 ） II合金 （c、d之间） 室温相组成物为： α、β 室温组织组成物为： α + βII +β+ αII
热分析法
温 度
临界点
停歇点
温 度
上临界点 下临界点
转折点
时间 纯金属或特殊成分合金的冷却曲线
时间 一般成分合金的冷却曲线
相可分为两大类：即“固溶体”和“金属化合物”
注意：多晶体可以是单相
相：结构相同，成分均匀并以分界面分开。 晶体：从结构的角度对材料的一个统称，如 单晶体，多晶体。 多相晶体指在材料内部分布多个相，如铁素 体，珠光体，马氏体。 多晶体指多个晶粒组成的 材料，一般的金属材料都是多晶体，可以是单相 也可以是多相。
共析转变：在一定温度下，
由成分一定的固相同时析出 两种成分一定且不相同的新 固相的转变，称为共析转变 （或共析反应）。
c
恒温
d+ e
L

共析转变示意图
L
温度
L

L

1
1

2


＋
2
( + )
3
3’
+
3
时间
(五)二元合金相图小节 1、两个单相区只能相邻于一点，而不能相邻于一条线
特点：1、与纯金属一样，固溶体从液相中结晶出来的过程中，也包括形核与长 大两过程，但固溶体更趋向于树枝状长大；2、固溶体结晶是在一个温度区间进 行，是一个变温过程；3、两相区内，温度一定时，两相的成分是确定的，两相 的质量比是一定的，。
3、二元相图的杠杆定律 化简为线段比： 计算某一成分的合金处于 两相平衡时在某温度下，合金 xx2 cb x1 x ac QL Q 中两个相的相对含量。 x1 x2 ab x2 x1 ab ①、杠杆定律的推导： 设合金总重为1；液相与合金总 QL xx2 cb 重之比为QL;固相与合金总重之 Q x1 x ac 比为Qα。则可得方程组： QL+Qα=1 QLX1+QαX2= X (1) (2) X2－X QL =1 － Qα = ———— X2 － X1
弥散硬化：从固溶体中析出的二次
相以细小粒子，均匀、弥散地分布 于基体中，使合金的强度、硬度提 高的现象。
二、合金的工艺性能与相图的关系
铸造流动性和偏析倾向： 液相线与固相线的水平和垂直距离越大，流 动性越差,偏析倾向也大。
一般情况下，纯金属和共晶成分合金具有良好的铸 造性能。纯金属、单相固溶体的变形性能好于由混 合相组成的两相合金（特别是共晶合金）。
Cu%
100
50%Ni 温度 ℃ 1500
80
50
20
B
0
80%Ni 100%Ni
1453℃
L
20%Ni 温 度 ℃
1325℃
1400 1300
1410℃ 1370℃
100%Cu
1180℃
1245℃
L+
α α
温 度 ℃
1200
1100
1083℃ 1130℃
A
Cu 10 时间 30 50 70 90 Ni 时间
β初
β初
β初 β初
αII
室温下的相 ： α相、β相； 室温下的组织：（α＋β）共晶体、 β初、 αII α β II
3）、边际固溶体合金 < d ， >e的合金
室温下的相 ： α相、β相； 室温下的组织： α 初、 β II 特别注意：虽然只有在共晶点（共晶温度、共晶成分）才发
生共晶反应，但是在de水平线所包含成分范围内的所有成分合 金在从液态向固态转变过程中在共晶温度，都要发生共晶转变。 这时其液态合金的成分已沿着液相线转变为共晶成分了。
X－X1 解方程组得： α = ———— Q X2 － X1
②、应用条件（在二元相图中） A、只能在两相区对“相”的相对含量计算 B、必须是两相处于平衡状态 4、枝晶偏析 先后结晶的树枝状晶体内成 分不均匀的现象。 可以采用扩散退火或均匀化 退火工艺予以消除。 即加热到固相线－100～ 200℃，长时间保温，使偏析充 分扩散，达到成份均匀。
共晶反应：在一定温度下，由一定成分的液相同时结
晶出成分一定且不相同的两个固相的转变，称为共晶 转变（或共晶反应）。 tc αd+βe 反应式为：Lc
反应特征： 温度固定、三相成分 固定，在相图中表现为水平线。 共晶转变产物称为共晶组织(体)。 C点为共晶点
（共晶成分、共晶温度） c 成分的合金称为共晶合金
fh 2c fh II d 100% 100% fg dc fg
共晶 温度
αd
α＋β
初 1 II
α初 βII
α＋β
（三）二元包晶相图：二组元在液态下无限互溶，在 固态下生成有限固溶体，并发生包晶转变的相图称为包 晶相图。
1、相图分析 液相线：aeb 固相线：acdb cf、dg线：分别是B组元在α固溶体和 A组元在β固溶体中的溶解度曲线。 包晶线：水平线cde； d为包晶点。 包晶转变：在一定温度下，成分一定 的固相与包围它的液相相互作用而转 变为成分一定的新的固相的转变称为 包晶转变（或包晶反应）。 反应式：Le+ αc td βd
开始，固溶体的强度和硬度随溶质原子 含量的增加而增加。50％时达到最大值， 然后下降。
（2）成分与电性能关系
电阻率随溶质含量增加而上升，达到最 大值后下降，电阻温度系数则相反。 t＝0(1+T) －电阻温度系数。
导电率
2、当合金形成两相混合物时
两相混合：与两相本身性能有关，特别 与两相的形态与分布有关。
3、 组元——组成合金的最简单，最基本，能够独立存 在的物质。 (比如纯元素)
4、 合金系——由两个或两个以上组元按不同比例配制 成的一系列不同成份的合金。
§3-1 固态合金相的种类及特点
对于合金：
L冷却
→S晶时，各区域间成份、结构 → 相的概念
完全一致
不完全一致
相：在金属或合金中凡是具有相同成分、相同结构 并与其他部分有界面分开的，均匀的组成部分，称 之为相。
二元合金及其相图
问题的提出：
纯铁强度：250MPa 45钢强度：610MPa
主要原因： 纯铁是一个相——F （纯金属） 纯铁 45钢是两个相——F+Fe3C （合金）
45号钢
纯金属—— 导电体、导热体(散热器)装饰品、工艺 美术品(化学稳定性、美丽的光泽) 但： 力学性能差（σb↓）、品种有限 （约80种）、提纯成本高 合金材料——HB、σb↑，数量上万种，生产成本低， ∴广为开发利用。 几个基本概念： 1、 合金——金属元素+几种其它元素、具有金属性 2、 成分——合金中各种元素的含量，称为成分
稳定化合物：在熔化前既不
分解，也不产生任何化学反 应的化合物称为稳定化合物。 稳定化合物可视为该合 金中的一个组元。通常它们 具有严格的成分，固定熔点， 在相图中可用一根垂线表 示。 。
2、二元共析相图 高温形成的固溶体，在冷却至某一温度时，固溶 体又将发生转变，形成两种成分一定且不相同的新的 固相。这种相图称为二元共析相图。
Ni (%)
二、二元合金相图的基本类型
（一）匀晶相图：两组元在液态、固态均无限互溶的 二元合金系所形成的相图。 （如 Cu-Ni , Cu-Au, Au-Ag, Fe-Ni等） 1、相图分析 a、b：纯组元A、B的熔点 液相线：acb 固相线：adb 两个单相区：L、α 一个两相区：L +α
2、平衡结晶过程分析
（二） 二元共晶相图： 二组元在液态无限互溶，在 固态仅有限互溶并能发生共晶转变的二元相图。 （如：Pb-Sn Pb-Sb Al-Si Ag-Cu等）
1、相图分析
a、b ：纯组元A、B的熔点。 液相线：acb 固相线：adceb 固溶线：df、eg 两种固溶体：α、β 三个单相区： L、α、β 三个两相区：（L+ α) 、 （L+ β)、(α+β） 一个三相区：L+ α+β 三相线平衡水平线：dce