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第四章 二元合金50

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第四章__二元合金相图

第四章__二元合金相图

固溶体的分类
•按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：
置换固溶体与间隙固溶体
•按溶质原子在溶剂中的溶解度分：
有限固溶体和无限固溶体
•按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分：
无序固溶体和有序固溶体
• 1、置换固溶体 • (substitutional solid solution) • 溶剂原子被溶质原子所置换
杠杆定律
杠杆定律是确定状态图中两相区内两平衡相
的成分和相对重量的重要工具
由杠杆定律可算出合金中平衡两相的相对质
量（即质量分数）
二元合金系，杠杆定律只适用于相图中的两
相区, 且只能在平衡状态下使用。杠杆的两个
端点为给定温度时两相的成分点, 而支点为合
金的成分点。
4、合金的不平衡结晶与树枝状偏析
成的固溶体。
形成条件：溶剂与溶质原子尺寸相近，直径
差别较小，容易形成置换固溶体。
置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称
之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为 有规则的排列，称为有序固溶体。
固溶体的溶解度
浓度：溶质原子在固溶体中所占的百分比 溶解度：在一定条件下的极限浓度 置换固溶体中，影响溶解度的因素有原子
2、间隙固溶体（interstitial solid solution）
溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体 晶体结构类型
晶格畸变（lattice distortion）
由于溶质原子的介入，原子的排 列规律受到局部的破坏，使晶格 发生扭曲变形。
溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，变形抗力增 大，金属的强度及硬度升高的现象------固溶强化
T,C 1500 1400 a1 1300 1200 1100 a 1083 1000 Cu L 1455

第4章_二元合金

第4章_二元合金

类似于杠杆原理
固溶体合金的不平衡凝固过程
晶内偏析
一个晶粒内化学成分不 均匀的现象，称为晶内 偏析或枝晶偏析。
形成原因
冷却速度较快，原子扩 散来不及充分进行，会 使先结晶出来的固相含 Ni较多，后结晶出来的 固相含Ni较少。
Cu-Ni合金的铸态组织示意图
三、共晶相图
两组元 在液态时无限互溶，在结晶时发生共晶转变， 形成共晶组织的相图。 Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si
80%Ni
100%Ni
温 度
40%Ni
60%Ni
开始结晶点
20%Ni 0%Ni
结晶结束点
时间
Cu
20
40
60
80
Ni
Cu-Ni二元合金冷却曲线及相图
二、匀晶相图
两组元 在液态和固态时能无限互溶所构成的相图
Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Cr
相图分析
合金K L 液相线 L+α
固相线 Cu
间隙化合物：是由过渡族金属元素与原子半径较小的C、N、 H、B等非金属形成的化合物。
非金属原子与金属原子的半径 比小于0.59时形成间隙相 非金属原子与金属原子的半径 比大于0.59时形成间隙化合物
间隙相与间隙固溶体的区别
间隙相VC的结构
间隙化合物Fe3C的结构
钢中常见碳化物的硬度和熔点
类型 成分 TiC ZrC VC
组织：把能够在显微镜下清楚区别开，并具有一定形 态特征的组成部分，称为组织。 可以由一种相组成，也可以由几种相复合组成。
比重偏析
比重偏析： 因比重不同而造成的化学成分不均匀的现象。 铸件上下部分的化学成分不一样。 防止措施： 在浇注时进行搅拌。

4-工程材料 二元合金

4-工程材料 二元合金

第四章 第一节 合金的相结构
间隙化合物
– 间隙相:非金属原子半径与金属原子半径的比值小于 间隙相: 0.59时 将形成具有简单晶格的间隙化合物. 0.59时,将形成具有简单晶格的间隙化合物. 极高熔点和硬度 间隙相与间隙固溶体不同 – 复杂结构的间隙化合物: 复杂结构的间隙化合物: 非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59 非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59 结合 时,则形成具有复杂晶格的间隙化合物.金属键结合, 则形成具有复杂晶格的间隙化合物.金属键结合, 具有很高的熔点和硬度,是工具钢的组成相. 具有很高的熔点和硬度,是工具钢的组成相. 熔点
第四章 第一节 合金的相结构
1. 置换固溶体:溶质原子位于溶剂晶格的某 置换固溶体: 些结点位置而形成的固溶体. 些结点位置而形成的固溶体.
融入了溶质原子,造成晶格的畸变,改变晶格常数. 融入了溶质原子,造成晶格的畸变,改变晶格常数. 硬度,强度增加,发生固溶强化. 硬度,强度增加,发生固溶强化.
Cu:30%,Ni:70% Cu:60%,Ni:40%
液相
Cu:5%,Ni:95% Cu:20%,Ni:80%
固相
第四章 第二节 二元合金相图
杠杆定律:组成相相对量的计算方法 杠杆定律:
Ni
Q b% = QL a% + Qα c%
Q = Q L + Qα
,
(QL + Qα ) b% = QL a % + Qα c %
杠杆两端为两相成分点
QL
Qα
Q L b% c% bc Q L ab = Qα bc = = Qα a % b% ab
第四章 第二节 二元合金相图
晶内偏析:一个晶粒内化学成分不均匀的现象 晶内偏析:

第四章二元合金

第四章二元合金

二、二元合金的基本相图
1、匀晶相图：两组元在液 固两态下均能无限互溶时 所构成的相图。
匀晶转变：由液相直接结 晶出单相固溶体的过程。
线：液相线、固相线 相区：液相区、固相区，
固液共存的两相区
温度（℃）
L L+α

Cu 成分（wt %Ni） Ni
Cu-Ni合金相图
第二节 二元合金相图
⑴ 结晶过程
金同时结晶出C点成分的 固溶体和D点成分的 固溶
体，形成这两个相的机械混
合物：LE ⇄(C + D)
A
B
在一定温度下，由一定成分
的液相同时结晶出两个成分
和结构都不相同的新固相的
转变称作共晶转变或共晶反
应。
第二节 二元合金相图
• 共晶体（共晶组织）： 共晶反应的产物，即两相 的机械混合物。 • 析出过程中两相相间形核、
第三节 铁碳合金
钢中的渗碳体
铸铁中的石墨
第三节 铁碳合金
二、相图分析
1.相区

⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C
⑵ 七个两相区: L+、 L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
第三节 铁碳合金
2. 特征线 ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECFD
三、相图与合金性能的关系
1、相图与合金使用性能的关系
① 单相固溶体的合金： 性能随成分呈曲线变化，与 纯金属相比，σ、HB增加， 电导率下降。
②两相机械混合物的合金： 在平衡状态下，性能约等于 两相按百分含量的算术平均 值
第二节 二元合金相图
2、相图与合金工艺性能的关系

第四章 二元合金相图及应用

第四章 二元合金相图及应用
F% = j4S 0.77− 0.6 ×100% = 22.7% ×100% = 0.77− 0.0218 PS 0.6 − 0.0218 Pj4 ×100% = ×100% = 77.3% 0.77− 0.0218 PS
P% =
室温下：
P% = 0 .6 − 0 .0008 × 100 % = 77 .9 % 0 .77 − 0 .0008
2点以下： 组织：α初晶+（α+β）共晶 室温：α初晶→αf +βⅡ—次生相析出； 室温组织：αf+βⅡ+（α+β）共晶
Ⅲ.端部固溶体合金：
wSn≤c点或≥d点的合金。 0~1点：L； 1~2点：L+α； 2~3点：α； 室温组织：αf +βⅡ
4G wα = × 100% FG F4 wⅡ = × 100% FG
简化相图上两条重要的水平线：
ECF—共晶转变线：LC←→AE+Fe3C； （LC —莱氏体）
PSK（A1）—共析转变线：AS←→FP+Fe3C； （P—珠光体）
三条重要的特性曲线：ES线、GS线、PQ线； ES线（Acm线）：二次渗碳体（Fe3CⅡ）开始析出线； GS线（A3线）：铁素体F开始析出线；或F溶入A的终了线； PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。三次渗碳体（Fe3CⅢ）开始 析出线。
β+γ
γ e ⇔ (αc + βd )
α
一定成分的固相分解为另外 两个一定成分的固相的转变过 程称为共析转变。 共析转变形成的转变产物称 为共析组织。共析组织主要有 片状和粒状。 共析组织远比共晶组织细小 而弥散。
4.1.3相图与合金性能的关系
合金的性能取决于它的组织，而合金 的某些工艺性能（如铸造性能）又与其 结晶特点有关。相图不仅表明了合金成 分与平衡组织之间的关系，而且可以反 映合金结晶的特点。因此通过相图一定 程度上能找出合金的成分与性能的关系， 并能大致判断合金的性能，这可以作为 配制合金、选用材料和制定工艺时的重 要参考。

第四章 二元合金相图

第四章 二元合金相图

一、二元合金相图的建立
在常压下，二元合金的相状态决定于温 在常压下， 度和成分。 度和成分。因此二元合金相图是一个以温度 为纵坐标，合金成份为横坐标的平面图形。 为纵坐标，合金成份为横坐标的平面图形。 到目前为止， 到目前为止，几乎所有的合金相图都是 通过实验方法得到的。建立相图最常用的实 通过实验方法得到的。 验方法是热分析法。 验方法是热分析法。
间隙相
形成条件：非金属原子半径与金属原子半
径之比小于0.59，具有简单晶格结构。 径之比小于0.59，具有简单晶格结构。
特点：具有金属特性，极高的熔点和硬度, 具有金属特性，极高的熔点和硬度,
非常稳定。 非常稳定。 它们的合理存在，可有效地提高钢的强度、 它们的合理存在，可有效地提高钢的强度、 热强性、红硬性和耐磨性， 热强性、红硬性和耐磨性，是高合金钢和硬 质合金中的重要组成相。 质合金中的重要组成相。
电子化合物
定义： 定义：不遵守化合价规律但符合一定电子浓 化合物中价电子数与原子数之比） 度（化合物中价电子数与原子数之比）的化 合物。 合物。 形成： ⅠB族或过渡族元素与ⅡB族 ⅢA族 形成：由ⅠB族或过渡族元素与ⅡB族、ⅢA族、 族或过渡族元素与ⅡB ⅣA族 ⅤA族元素所组成 族元素所组成。 ⅣA族、ⅤA族元素所组成。 性能特点：主要以金属键结合, 性能特点：主要以金属键结合, 具有明显的 金属特性, 可以导电。熔点和硬度较高， 金属特性, 可以导电。熔点和硬度较高，塑 性较差。 性较差。
关于合金的基本概念
合金：一种金属元素同另一种或几种元素(k 合金：一种金属元素同另一种或几种元素(k 可以是金属，也可以是非金属), 可以是金属，也可以是非金属), 通过熔化或 其它方法结合在一起所形成的具有金属特性 其它方法结合在一起所形成的具有金属特性 的物质。 的物质。 组元：组成合金的独立的、最基本的单元。 组元：组成合金的独立的、最基本的单元。 组元可以是金属、 组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物 合金系： 合金系：由给定组元配制成一系列成分不同 的合金组成的一个系统。 的合金组成的一个系统。

第四章 二元合金

金属间化合物是合金的组元相互作用 而形成的具有金属特性，而晶格类型和特 性又完全不同于任一组元的化合物----中 间相。 特点：
晶格复杂，熔点、硬度高，脆性大。
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
第四章 二元合金
❖金属化合物的结构特点
➢具有原子整数倍关系
➢溶剂A + 溶质B = C
bcc
fcc cph
间隙固溶体：原子半径较小
b.溶解度
有限固溶体 无限固溶体
c.分布有序度
有序固溶体 无序固溶体
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
第四章 二元合金
❖固溶体的结构特点
溶剂A + 溶质B = C bcc fcc bcc
例如: α – Fe + C = F ( 铁素体 ) 体心 六方 体心
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
第四章 二元合金
杠杆定律
AB C
a bc
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
第四章 二元合金
在结晶过程中，液、固两相的成 分分别沿液相线与固相线变化。
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
第四章 二元合金
杠杆定律的证明
证明：Q合金，其Ni含量b%，T1温度时, L相中Ni%=a%，α相中Ni%=c%
第四章 二元合金
三、二元合金相图的种类及特点
1、匀晶相图 2、共晶相图 3、包晶相图 4、共析相图
工程材料及机械制造基础（Ⅰ） 工程材料
（1）匀晶相图
第四章 二元合金
两组元在液 态无限互溶，在 固态也无限互溶， 冷却时发生匀晶 转变的合金系所 构成的相图 （ L→α），eg： Cu-Ni，Fe-Cr,

第四章 二元合金


2.1.2置换固溶体： 2..1.2.1形成置换固溶体造成的后果－固溶强化； 固溶强化：当溶质原子溶入溶剂晶格时，将 造成晶格畸变，如图所示，使强度、硬度增 加的现象；
2.1.2.2影响固溶度的因素： ①原子尺寸因素：组元间的原子半径越接近，则 固溶体的固溶度越大。 原因：晶格畸变；
2
• 当温度缓冷到 3点，温度冷 却到t3时，结 晶结束，得到 与原合金成分 相同的α固溶 体。
结晶规律： ①在温度不断下降过程中，液相的成分不断的沿着 液相线变化， α相的成分不断的沿着固相线变化； ② α相的数量不断增多，液相的数量不断减少，在 一定温度下，两相的相对含量可以用杠杆定律计 算。
•综上所述，形成无限固溶体的必要条件： ①晶体结构相同； ②电化学性质（负电性）相近； ③原子尺寸相近； ④溶质元素的原子价要小；
2.1.3间隙固溶体：原子半径很小的溶质原子溶入到 溶剂中时，不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而 是填入到晶格的间隙中，形成间隙固溶体。
说明：
①间隙固溶体只能是有限固溶体； ②形成条件：
3.3杠杆定律（只适用于两相区） 杠杆定律适用于二元系合金中，在两相区中确 定相的相对含量。 在Cu-Ni二元合金 中，Ni的含量为C% 的合金Ⅰ在温度t1时， 两相平衡 L 通过温度t1作一水平 线段arb，CL、Cα分 别表示液、固两相 的成分。
下面计算液相和固相的相对含量。设合金的总 质量为1，液相的质量为WL，固相的质量为Wα， 则WL+ Wα=1
• 宏观组织：用肉眼或放大镜观察到的组织；
• 微观组织：用显微镜观察到的组织；
• 电子显微组织：用电子显微镜观察到的组织；
2、相的分类
根据相的晶体结构特点分为两大类：固溶体和 金属化合物。

第四章二元合金


⒍结构：
原子尺度的材料形貌（晶格类型、晶胞 尺寸等）用射线确定。
第一节 合金的相结构
一、 固溶体 合金在固态时，组元间会相互溶解， 形成一种在某种组元的晶格中包含有其它组元 的新相称为固溶体。
晶格与固溶体相同的组元－溶剂。 晶格与固溶体不同的组元－溶质。 固溶体又划分为：置换固溶体，间隙固溶体。
（一） 置换固溶体： 溶质的原子，对溶剂晶格上某些结点位置的 原子置换而形成的，见图4－1。 这种置换引起： ⒈ 固溶强化：“置换”，使溶剂晶格畸变，引 起 固溶体强度、硬度提高，物理性能变化。这是 提高合金机械性能的重要手段之一。 见图 4－2：
一、 化合物：
⒈ 定义： 合金中，当溶质含量超过溶解度时，将 析出新相，当新相的晶格与合金任一组元都不同， 则新相为化合物。 当新相的晶格与合金的另一组元（溶质）相同， 则为新固溶体。 ⒉化合物分类： 正常价化合物，电子价化合物，间隙化 合物，复杂结构间隙化合物见图4－6。
⒊ 化合物特点：
具有复杂晶格结构，熔点极高、高硬脆。 如能“弥散”于合金中是“强化相”。 是 很 多合金的重要组成相。
' 1
t ② 温度由t 1 降至 2 ，液态合金中继续生新核， 原有的核长大。固相量不断增多，液相量不断 减少，但总重量仍为1。 此时新 相核，含Ni为X X ，数量增多。 ' 原含Ni为 1 的核，其含Ni 量由于原子扩散作 X ‘ 用变为 X 2 。而剩余液相含Ni量变为 2 。 X 固相量进一步增多，液相量进一步减少， 但总量仍为1。 但：此时合金含镍量仍 为K 。
第二节 二元合金相图
⒈ 几个名词、术语： 合金系： 由给定组元配制成的一系列成分不同 的合金，即合金系。 例： 二个组元—二元合金系。 三个组元—三元合金系。 多个组元－多元合金系。 平衡（相平衡）： 合金中参与结晶或相变过程的各相浓度 不再改变时的状态。

第四章二元合金相图及其应用(传)


c1
b 40
60 Ni%
80
100
Q/QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH Ni
材料科学与工程学院
10
例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量
第四章
L
二元合金相图及其应用
解：作成分线和 温度线如图。
T,C 1500 1400 a1 1300 1200 1100 a 1083 1000 Cu
1、 相图中重要的点、线和区
相图 ( phase diagram )：是用图解的方法表示平衡条件下 合金系中合金状态与温度和成分之间的关系
材料科学与工程学院
2
第四章
4.1相图的建立
二元合金相图及其应用
图4.1 热分析法
材料科学与工程学院
3
第四章
相图的建立
名称
二元合金相图及其应用
A金属 bcc 高 100%
B金属 bcc 低 0%
37
第四章
二元合金相图及其应用
4.4.2 铁碳相图 (Fe-Fe3 C相图)分析
材料科学与工程学院
38
第四章
二元合金相图及其应用
液相线ABCD 固相线AHJECF 包晶线 HJB，包晶点 J 共晶线 ECF，共晶点C L4.3(A2.11+Fe3C) 高温莱氏体,Le或Ld 共析线 PSK，共析点S A0.77(F0.02+Fe3C) 珠光体, P ES线：C在A中的固溶线 PQ线：C在F中的固溶线
t
23
亚共晶合金（III合金）
第四章
组织: ( ) II 二元合金相图及其应用
材料科学与工程学院
24
第四章时，组织组成物和相组 成物是什么？其相对含量是多少？ 例题二：合金3共晶反应刚结束时，组织组成物和相组 成物是什么？其相对含量是多少？
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例.Cu—Ni合金
温 度 温 度 温 度
时间
A 90 70 50
第四章 二元合金
30
B
温 度
L L
ab : 液相线
a +
S
ab : 固相线 区: L 、S、 L+S
S
A
b c
B
第四章 二元合金
二、匀晶相图
●
匀晶相图 —— 两组元在液态及固态均无限互溶，冷却时发 生匀晶转变（L→α）。 如 Cu-Ni，Fe-Cr, Au-Ag 的合金系。
于任一组元的新物质。 特点：熔点高、硬度高，脆性大。
●1、正常价化合物
；2、电子化合物
3、间隙化合物 间隙相——≤0、59 间隙化合物—＞ 0、59
三、机械混合物 : 固溶体、化合物的混合物，强度较高。
简单结构 复杂结构
第四章 二元合金
§4-2 二元合金相图
●
相图（平衡图、状态图）: 平衡条件下，相与温度、成份之 间的关系的图形。
第四章 二元合金
温 度
L
杠杆定理作用 1.XL=C、Xa=a 2.Qa=(kc／ac)100% QL=(ak／ac)100% b
a
TL Tn TS
a
Wa WL
Why ?
QL · kc = Qa · ak
A
Xa k
XL
B
第四章 二元合金
杠杆定律的证明
设：合金的总重量为1公斤， 剩余液相重量是QL公斤， 结晶出固相重量Qa公斤。 已知：剩余液相中含镍量c公斤， 结晶出固相中含镍量 a公斤， 合金含镍量为K公斤。 则：QL+ Qa =1 所以： QL =1- Qa代入上式得 QL c + Qa a =1* K （1- Qa ）* c + Qa*a =1* K
五、共析相图 共析转变：γ → α + β
第四章 二元合金
§4-3 相图与性能的关系
合金的铸造性能与相图的关系：
纯组元和共晶成分的合金的流 动性最好，缩孔集中，铸造性能 好。 合金的液、固相线温度间隔大 时，形成枝晶偏析的倾向性大； 同时易结晶出细长的树枝晶，阻 碍未结晶液体的流动，而降低其 流动性， 增多分散缩孔。 相图中液相线和固相线之间距 离越小，液体合金结晶的温度范 围越窄，对浇注和铸造质量越有 利。——共晶成分
习题：
—、名词解释 二、简答题 1．指出下列名词的主要区别： （1）置换固溶体与间隙固溶体 （2）间隙相与间隙固溶体 （3）相组成物与组织组成物 （4）共晶反应与共析反应 2．为什么铸造合金常选用有共晶成分或接近共晶成分的合金？ 用于压力加工的合金选用何种成分的合金为好？
组元 相 相图
组织 固溶体 化合物 晶内偏析
● 相图分析 —— 液相线 、固相线、 L、α、L + α
● 结晶过程：
—— L → L + α → α
第四章 二元合金
● 匀晶转变的特点 形核、长大 —— 树枝状长大、 变温过程形成。 ● 枝晶(晶内)偏析 —— 冷速快 → 原子扩散不充分 → 成分不均。扩散退火消除。 ●杠杆定理:有两个作用
1.确定合金在某温度下，两平衡相的浓度（成分） 。 2.确定合金在某温度下，两平衡相的相对量。
*形成特征: A和B晶格类型相同， R溶剂 ≈ R溶质 例如: Au – Cu
◆ 间隙固溶体 * 形成的特征: 溶质B的原子半径较小。 R溶质（非） / R溶剂 （过渡族）< 0.59 ◆溶解度：在一定条件（温度）下，溶质组元在固溶 体中的 极限浓度。 第四章 二元合金
①固溶体的分类
溶质原子 置换固溶体 的位置 间隙固溶体 溶解度 有限固溶体 无限固溶体 分布有序 有序固溶体 度 无序固溶体 晶格类型相同,原子半径相差不 大,电化学性质相近 原子半径较小 —— —— —— ——
第四章 二元合金 tow component alloy
§4-1 合金的相及相结构 §4-2 二元合金相图
§4-3 相图与性能的关系
第四章 二元合金
§4-1 合金的相结构
基本概念：
● 合金—由两种或两种以上的金属或金属和非金属元素组成的具有金属性质的物质。 ● 组元— ● 相 — 化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分 ● 组织— 。
合金中有两类基本的相—— 固溶体和金属间化合物。
第四章 二元合金
一、固溶体 固溶体——合金结晶时， 组元通过溶解形成一种成分和性 能均匀的，且结构与组元之一（溶剂）相同的固相。
●
固溶体的特点
结构:溶剂 A + 溶质B =固溶体C bcc bcc
例如:F
第四章 二元合金
▲根据外来（溶质）组元所处位置分类 ◆ 置换固溶体
第四章 二元合金
3．利用Pb-Sn相图，分析含Sn30%的合金在下 列各温度时组织中有哪些相和组织组成物，并 求出相和组织组成物的相对含量。 （1）高于300℃； （2）刚冷到183℃，共晶转变尚未开始； （3）在183℃ ，共晶转变完毕； （4）冷至温室。
第四章 二元合金
一、二元相图的建立：
热 分 析 法
第四章 二元合金
相图的建立
名称 晶格类型 熔点 合金1 合金2 合金3 …….. A金属 bcc 高 100% 90% 80% …….. B金属 bcc 低 0% 10% 20% …….
合金9 合金10 合金11
20第四章 二元合金
第四章 二元合金
第四章 二元合金
● 典型合金的结晶过程 ◆ 合金I —— L → L + α → α → α + βII
相图
第四章 二元合金
◆ 合金II ( 共晶合金) —— L → L + ( αc + βe ) → ( αc + βe )
相图
第四章 二元合金
◆ 合金III（ 亚共晶合金） L → L + αⅠ → L + αⅠ + （αc + βe） → αⅠ + （αc + βe） → αⅠ + βII + （α + β）
第四章 二元合金
②固溶强化:随溶质原子↑强度和硬度↑塑性和韧性略有下 降）.
由于溶质原子溶入→晶格畸变→位错运动阻力上升→金 属塑性变形困难→强度、硬度升高。
第四章 二元合金
二、化合物 intermetallic compound（中间相、金属间化合物）
●化合物：合金组元相互作用而形成晶格类型和特性完全不同
相图
第四章 二元合金
◆ 组织标注相图
第四章 二元合金
四、包晶相图 Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合金具有包晶相图。 Pt-Ag合金相图中存在三种相: Pt与Ag形成的液相L相; Ag溶于Pt中的固溶体α 相; Pt溶于Ag中的固溶体β 相。 水平线ced 为包晶反应线 包晶转变： L + α → β
合金的铸造性能与相图的关系示意图
第四章 二元合金
固溶体的性能：溶质的溶入量越 多（50%时）, 晶格畸变越大, 合金 的强度、硬度越高。 两相组织合金的机械性能与成分 呈直线关系变化, 两相单独的性能已知后, 合金的 某些性能可按组成相性能依百分含 量的关系叠加的办法求出。 组成相或组织组成物的形态对某 些性能如强度等,有很大关系。组成 相或组织组成物越细密, 强度越高 (见图中虚线) 当形成化合物时， 则在性能一成 分曲线上于化合物成分处出现极大 值或极小值。
合金的使用性能与相图的关系示意图
第四章 二元合金
合金的铸造性能与相图的关系：
纯组元和共晶成分的合金的流动性最好，缩孔集中，铸造性 能好。 相图中液相线和固相线之间距离越小，液体合金结晶的温度 范围越窄，对浇注和铸造质量越有利。 合金的液、固相线温度间隔大时，形成枝晶偏析的倾向性大； 同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，而降低其流动 性， 增多分散缩孔。 合金的锻造性能与相图的关系： 单相合金的锻造性能好。合金为单相组织时变形抗力小，变 形均匀，不易开裂，因而变形能力大。双相组织的合金变形 能力差些，特别是组织中存在有较多的化合物相时，因为它 们都很脆。
第四章 二元合金
本章重点
1. 固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实 际应用。 2. 二元合金相图的基本概念：相、组织组成物、组元、相图、 合金、合金系等； 3. 匀晶、共晶相图的分析方法； 4. 杠杆定律及其应用。 一般要求 1. 共析、包晶相图； 2. 合金相图与性能的关系。
第四章 二元合金
c -K c -a K- a c -a K c a c a K a c
第四章 二元合金
三、共晶相图
● 共晶相图 : 两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶。 如Pb-Sn，Al-Si，Ag-Cu合金系。 ● 相图分析 区、线、点 ◆ 溶解度线 cf 和 eg
T↓→ 过饱和固溶体析出另一 相 ( 脱溶转变 )