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机械工程材料-二元共晶相图

机械工程材料-二元共晶相图

§3-4 二元包晶相图 一、包晶相图分析
液相线
T/C
1772
固相线
A L+
P
1186
D
L C L+
66.3
固溶线
固溶线
961.9 B

10.5 42.4
+

F Ag%
包晶点 包晶线
Pt
E Pt-Ag合金相图
Ag
包晶反应：LC+ P D
§3-4 二元包晶相图
二、典型合金的平衡结晶过程
L
200
M
61.9 E
L t2 L t2( ' )
L
( +) + Ⅱ α
100
( +)
Ⅱ
+
Ⅱ+(
+)
Pb
10 20 30 40 50 60 70 WSn(%)
t/s
亚共晶组织（ 50% Sn 的Pb-Sn合金）
§4-3 二元共晶相图 共晶()
初生 Ⅱ
A
M
பைடு நூலகம்
E
N
+Ⅱ+(+)
30

(+)

100
B
40
50
60
70
80
100%
Ⅱ
61.9 c 19 2 100 % 61.9 2 100 2
WSn(%)

100 c 100 % 100 2
( )
c 19 100 % 61.9 19
E
100
+
G
0
0

二元合金与相图.ppt

二元合金与相图.ppt

共晶组织 形态
Pb-Sn共晶组织
层片状(Al-CuAl2定向凝固)
条棒状(Sb-MnSb横截面)
螺旋状（Zn-Mg）
共晶组织形态
针 状 共 晶
树 枝 状 共 晶
放 射 状 共 晶
螺 旋 状 共 晶
在共晶转变过程中，L、
、 三相共存, 三个相的
量在不断变化，但它们各 自成分是固定的。 共晶组织中的相称共晶相. 共晶转变结束时， 和
反应名称 图形特征 反应式 L⇄ + 说明 恒温下由一个液相同时 结晶出两个成分结构不 同的新固相。 恒温下由一个液相包着 一个固相生成另一个新 的固相。
共晶反应
包晶反应
L+ ⇄
共析反应
恒温下由一个固相同时 ⇄ + 析出两个成分结构不同 的新固相。
7、相图与合金性能之间的关系
C2 2E QL ( QE ) 100%, Q 100% CE CE
在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应： L ⇄( + ) ，转变为共晶组织，共晶体的重量与转 变前的液相重量相等, 即QE =QL 分比为：
C2 2E 100 %,Q 100 % CE CE
固溶线。
固溶体的溶解度随
温度降低而下降。
⑤ 共晶线：水平线CED叫做共晶线。
在共晶线对应的温度下（183 ℃），E点成分的合金
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) 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。
反应结束后，在共晶温度下、 两相的相对重量百

共晶相图(东南大学材料科学基础)

共晶相图(东南大学材料科学基础)

➢以合金平均成分点为支点 F
Pb
➢以两相成分点为端点
L
L＋
L＋ TS
E
N
＋
G Sn
W FC W CG
W FC W CG
%
对面力臂长 杠杆总长
100%
CG FG
100%
%
对面力臂长 杠杆总长
100%
FC FG
100%
T（℃） TA 10%Sn
1 2
3M
%
100 10 100 2
100%
液相线：
线： TA——E——TS
固相线：
TA—M—E—N—TS
固溶度曲线：
MF、NG
T（℃）
TA
L
L＋
M
183℃
L＋ TS
E
N
＋
F
G
Pb
Sn
共晶点：
E
点：
最大溶解度点：
M、N
2． 相变反应
匀晶反应：
Lᅳ→ Lᅳ→
共晶反应：
L ᅳ →（＋）共
脱溶转变：
ᅳ → II ᅳ → II
T（℃）
TA
L
T（℃） TA
M
L
61.9%Sn
L＋
L＋ TS
E
N
＋
以合金平均成分点为支点
F
G
以两相成分点为端点
Pb
Sn
W MC W CN
%
EN MN
100%
%
ME
100%
MN
97.5 61.9 100% 45.4% 97.5 19
61.9 19 100% 54.6% 97.5 19
3． 亚共晶合金

6.2.2二元相图-共晶

6.2.2二元相图-共晶
初 %
61.9 50 50 19 27.7%, （ ） % 72.3% 61.9 19 61.9 19
L L多
匀晶转变
脱溶转变
( )
共晶转变
II ( )
图 70%Sn-Pb 合金显微组织
（5）组织组成物与组织图
• 共晶合金的显微组织是由α和β两相组成，所以它的相组
成物为α和β两相。 • 相组成物是指组成合金显微组织的基本相。 • 组织组成物是指合金在结晶过程中，形成的具有特定形态 特征,可以清晰分辨的独立组成部分。
α
19
61.9
β 97.5
97.5 61.9 M % 100% 45.4% 97.5 19
（4）亚共晶合金与过共晶合金
① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。 ② 共晶线上两相的相对量计算。 ③ 室温组织（α＋βⅡ＋（α＋β））及其相对量计算。
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(3)离异共晶
• 当合金中初生固溶体的数量 很多而共晶量很少时，共晶 体中与初生固溶体相同的一 相，往往依附在初生固溶体 上生长，而把另一相推向最 后凝固的晶界处，因此这种 共晶体失去了共晶组织的形
图 可能产生离异共晶示意图

第四章-二元合金相图

第四章-二元合金相图
Pb WSn(%) Sn
G
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
概括起来，过共晶合金平衡结晶过程为：
t1温度以上： 液态 L70 L
19
t1~ t2温度： 液相中析出 ， t2温度时发生共晶反应： L61.9 t2温度以下： 初 Ⅱ
97.5
室温组织： 初 + Ⅱ + （+）共晶
一、相律
在恒压下，在纯固态或纯液态情况下，出现的相数 小于等于主元数。在液固共存（恒温）条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而，对二元合金， 固态下出现的相数为1或2，液固共存（恒温）条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。 二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
标注在温度— 成分坐标中 无限缓冷下测各 合金的冷却曲线 连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如：0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
1400
1400 1300
L
（L+ ）
T
Ni
WCu(%)
Cu
将铸件加热到低于固相线100~200℃的温 度，进行长时间保温，使偏析元素充分进行扩 散，以达到成分均匀化。
设A、B组元的熔点分别为1450℃和1080℃，它们 在液态和固态都无限互溶，则这两种组元组成的 二元相图叫作二元 相图；先结晶的固溶体 中含 组元多，后结晶的固溶体中含 组元多，这种成分不均匀现象称为 ， 通过 工艺可以减轻或消除这种现 象。

二元共晶相图

二元共晶相图
伪共晶由于共晶组织中两组成相的成分与液相不同它们的形核和生长都需要两组元的扩散而以低熔点组元为基的组成相与液相17伪共晶共晶成分的alsi合金由于伪共晶区偏向右边si侧使其在不平衡凝固后得到?初?si的亚共晶组织因为共晶成分的液相过冷后其表象点a没有落入伪共晶区则先凝固出相使液相成分移到b点才能发生共晶转变这就相当于共晶点向右移动共晶合金变成了亚共晶合金同样过共晶成分的合金在不平衡凝固后也可能得到亚共晶或共晶组织18第三节二元共晶相图及合金凝固离异共晶离异共晶
5.3二元共晶相图
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成 分固相的转变。
共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互 溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。) 共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物） 。
共晶的特殊性
• 比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造操作 • 共晶合金比纯金属有更好的流动性，凝固 过程中防止了阻碍液体流动的枝晶形成从 而改善铸造性能 • 恒温转变，减少了铸造缺陷，如偏聚和缩 孔； • 共晶凝固可获得多种形态的显微组织
17
第三节 二元共晶相图及合金凝固
离异共晶 ① 离异共晶：两相分离的共晶组织。 ② 形成原因 平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。 不平衡条件下，成分位于共晶线外两端点附近 ③ 消除：扩散退火。
2h
18
第三节 二元共晶相图及合金凝固
4 共晶组织的形成 （2）共晶体的形态
19
三、共晶相图
1.相图分析（相图三要素）
T,C
液相线 固相线 共晶线

L+
L
L+

固溶线
固溶线
+
1 ）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶 Pb Sn 点（是亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。 Sn% 2 ）线：液相线、固相线；溶解度曲线；共 晶线等。 3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。

二元合金相图ppt课件


共晶 ]
精选版课件ppt
28
2、共晶合金室温平衡组织特征
共晶组织的基本特征是 两相均匀并交替分布， 根据合金组元的不同，共晶组织的形态各异， 有层片状、棒状、球状、针状、螺旋状等。
精选版课件ppt
29
（Pb-Sn）共晶组织（层片状）
精选版课件ppt
30
（Al-Si）共晶组织（针状）
精选版课件ppt
共晶合金结精选晶版课过件p程pt 分析
+ +
t/s
27
概括起来，共晶合金平衡结晶过程为： 共晶温度以上： 液态L61.9 共晶温度： 共晶转变 L61.919 97.5
共晶温度以下： 二次结晶 Ⅱ ， Ⅱ
室温组织： （+）共晶 [由于 Ⅱ和Ⅱ常与共晶和相连， 显微镜下很难分辨，室温组织为：（+）
V1×10%+V2×30精%选=版2课0件%p×pt (V1+V2)
11
这种方法可推广到固相和固液混合相
如图：成分为C的Ni-Cu合金，缓冷到t℃时,根据相图分 析：（Ⅰ）此状态下存在哪几相？（Ⅱ）各相的成分如 何？（Ⅲ）各相的数量（绝对数量与相对数量）？
（Ⅰ）由相图可知，C点
1500
存在L+α两相区
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。
二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。
具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
精选版课件ppt
6
（一）二元合金相图的建立 （以Cu-Ni二元合金为例）
1、建立相图的思路：
二元共晶相图：两组元在液态下无限互溶，冷却 时发生共晶转变的二元精选合版课金件p相pt 图叫二元共晶相图。21

二元合金相图 优质课件


第二节 二元共晶相图
根据相律，在二元合金中，固态下最多能同时 出现两种相。这类合金包括二元共晶（或共析） 合金、二元包晶合金。
一、二元共晶相图分析
1、基本概念 共晶反应：合金在冷却到某一温度时，由一定成 分的液相同时结晶出成分不同、结构不同的两个 固相，这就是共晶反应（L）。反应产物 是两个固相的混合物，称为共晶组织或共晶体。
过共晶合金: 成分在E 、N之间的Pb-Sn合金。
T
500
400
A
300
200
M
B
E
N
100
0
G
0
Pb
F
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
Sn
WSn(%)
400
T
327.5
A L
300
L+
200 M
19 183
L
T/℃
Ⅱ
t1 61.9

t2
E
t1 t2
t2'
L
L
+ +
1400
（L+ ）
1300
1200
1200
1100
1000
1000

900
800
t
800 0
20
40
60
80
100
W (%)
Cu-Ni合金相图的建立
Cu
（二）二元匀晶相图分析
两线：液相线、固相线 1、相图分析 三区：液相、液相+固相、固相
1500
L
1400
1300
1200

材料科学基础二元系相图及其合金凝固二元包晶相图PPT课件


➢在0~1点温度范围，合金为液相。
➢在1点温度时，合金开始结晶，从 液相中结晶出固相。
➢在1~2点温度范围，发生匀晶转变， 合金处于固液两相平衡。
➢温度达到2点，液相全部转变为相， 此时的组织为 单相组织。
第19页/共80页
➢2－3点范围内合金不发生任何组织 转变，仍为单相组织。 ➢当温度达到3点时，由相开始脱溶 出αⅡ相 因此，室温组织为：
2.包晶系合金的平衡凝固－（1） 包晶点(P)合金
1
L＋
D
P2
42.4
L＋
第5页/共80页
➢在0~1点温度范围，合金为液相。 ➢在1点温度，合金开始结晶出固相α。 ➢在1~2点温度范围，合金发生匀晶 转变，L→α。 ➢在略高于2点温度，合金处于液相 和α相的两相平衡，液相的平衡成分 为C点成分，α相的成分为D点成分。
超出包晶反应所需比例，包晶反80页
➢因 此 ， 包 晶 转 变 后 ， 合 金 处 于 α 和 β 两 相 平衡。 ➢温度低于2点时，开始分别从α、β两相中 脱溶出βⅡ 和αⅡ 结晶过程：
L→L+α→L+α+β→α+β→α+β+αⅡ+βⅡ
匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 ➢ 室温组织：
即：L1→ A+L2 • 具有偏晶转变的二元系 第52页/共80页 有：Cu－ S、Cu
具 有 偏 晶 转 变 的 相 图
第53页/共80页
α+ β+αⅡ+ βⅡ
第26页/共80页
（6）包晶点(P)以左其它合金的平衡凝固
1
L＋
D
P2
42.4
L＋
第27页/共80页
（6）包晶点(P)以左其它合金的平衡凝固

23.二元合金共晶相图及结晶

A
C L
析出的βⅡ 附着在相邻的β上，看不出形貌改变 同理，β沿着DG变化析出αⅡ β相 析出的αⅡ 也附着在相 邻的α上， 看不出形貌 改变 α β α β α β 这种变化以 后不分析
9
α
T/℃
B
8.8
E
28.5
D
92
β
α α相β
F
Ag
G
Cu
W Cu%
2015-6-14 柏振海 baizhai@
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础
二元合金共晶相图及结晶
过共晶x2合金（ hypoeutectic alloy ） 凝固过程
参照亚共晶 合金X3即可
树枝状初晶β，黑色 次晶αⅡ ，白色
α
T
β
β
α
Ag
W Cu%
X2
Cu
层片状共晶（α+β），黑白色
先析出初晶β 初晶β析出量随温度下降越来越多 析出初晶后的液相成分沿着液相线变化 析出的初晶β成分沿着固相线变化 初晶β成分沿固溶度线变化，从初晶β中析出次晶αⅡ 共晶成分的熔体在共晶温度析出共晶体（α+β）
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础
二元合金共晶相图及结晶
合金x2凝固过程过程的杠杆定律
过共晶合金凝固完毕后相与组织 刚凝固完毕 相组成为α＋β
β相成分在D点 α相成分在C点
%
α
T
2 C E 3 D
β
2D 100 % CD
%
C2 100 % CD
此时组织组成为β初晶＋（α＋β）共晶 β初晶成分在D点 （α＋β）共晶成分在E点
各种典型Pb－Sn合金的冷却曲线
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183
Pb
(3)X2合金结晶过程分析
（共晶合金）
T,C
L
(+ )
L
L+
L+
M
E
N
+ (c)2019 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
(4)X3合金结晶过程分析
（亚共晶合金）
T,C
183
Pb
T,C
L
L+
L+
M
E
N
1 L L+(+ )+ 2 L+ (+ )+
+
(+ )+ + Ⅱ
X3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Sn
t
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(4)X4合金结晶过程分析
（过共晶合金）
T,C
183
Pb
T,C
L
L+
L+
M
E
N
1 L L+(+ )+ 2 L+ (+ )+
+
(+ )+ + Ⅱ
X3
Sn
t
标注了组织组成物的相图
组织组成物与组织图
一般将显微组织中能清晰分辨的独立组成部分，称为组织
组成物。组织组成物可以是单相（如相、II相），也可 以是多相（如共晶组织+）。 上述组织是由 相和 相组成的，故称、 相为相组成物
次相，用II 表示，以区别于由液相中直接凝固出的初生 相
举例
• 利用杠杆定律可以算出wSn = 10%的合金中
和 II 相的相对量。如取室温时 相及相
的固溶度分别为图中的f点及g点，则有：
w%wwgg1f010% 0
w II
% 10wf wg wf
100%
T,C
(2)X1合金结晶过程分析（ 2％< Wsn<1％L）

T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 M
E
N


3 +

{
当P温b 度f降X至143点以下，呈过饱和状态g的Sn相中冷 将+却不断曲Ⅱ析线出t富Sn Ⅱ
的 相，这种析出过程称为脱溶过程，析出相称为次生相或二
（1）WSn<2％的合金 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
含Sn量小于2%时称为单相固溶体合金
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Sn X2
L L
L(+ ) 共晶体
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(+ ) trademark used herein under license. (+ ) 冷却曲线 t
过程中防止了阻碍液体流动的枝晶形成从 而改善铸造性能 • 恒温转变，减少了铸造缺陷，如偏聚和缩 孔； • 共晶凝固可获得多种形态的显微组织
三、共晶相图
1.相图分析（相图三要素）
T,C
液相线 固相线
L
L+
L+


共晶线 固溶线
+
固溶线
1P）b 点：纯组元熔点；最大溶Sn解度点；共晶 点（是亚共S晶n%、过共晶合金成分分界点）等。 2）线：液相线、固相线；溶解度曲线；共 晶线等。
3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。
2.共晶转变分析
共晶反应线
表示从M点到N点
T,C
范围的合金，在 该温度上都要发
L
L+
L+
M E N
生不同程度上的 共晶反应。
+
共晶点 表示E点成分的合
无论Pb 从何处开始,
Sn 金冷却到此温度
+ 体系点达到L共E晶线M N
上发生完全的共 晶转变。
组织图：用组织组成物填写的相图。
组织组成物相对量的计算：杠杆定律。
E
N
M
• 如室温时wSn = 35%的PbSn亚共晶合金的组织组成物和相 组成物的相对量分别为多少？
(%)%gg cecfm m1100% 0% 0631.15911001909031205% 01307.% 30%66.3%
5.3二元共晶相图
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成 分固相的转变。
共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互 溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。)
共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物） 。
共晶的特殊性
• 比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造操作 • 共晶合金比纯金属有更好的流动性，凝固
液相组成达到E点
共晶反应要点
• 共晶转变在恒温下进行。 • 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 • 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
T,C
L
L+
L+
M E N
+
Pb
Sn
3 合金的平衡结晶及其组织 （以Pb-Sn相图为例）
• Te温度时，成分为m的 相和成分为n的
相的相对量可由杠杆定律算出：
温度继续降低时，共晶组织中的 相及 相将分别 析出次生相II和II，由于此种次生相常依附于同类
相予m 上考% 形虑核。nn、 长m e大1，0在% 显0微99镜.75.7下5难61以.199区1分，0% 故0一4般.54不% n%n e m m10% 09 6..7 15 9 1 19 910% 05.46%
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