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•白亮色卵形部分为先共晶β固溶体,其余为共晶组织
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综合以上几种不同成分合金的分析,可以看出:
F-M成分范围内,合金组织为α+βⅡ 亚共晶合金的组织为:α+βⅡ+共晶组织(α+β) 共晶合金完全为:共晶组织(α+β) 过共晶合金的组织为:β+αⅡ+共晶组织(α+β) N-G成分范围内,合金组织为β+αⅡ • 其中,α、β、αⅡ、βⅡ及(α+β)在显微组织中能清 楚区分,是组成显微组织的独立部分,称组织组成物。 • 从相的本质看，它们都由α和β两相组成，α和β两 相是组成合金的基本相，称为合金的相组成物。
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共晶合金的平衡结晶过程示意图
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共晶组织的形态 按两相的分布形态，可分为：层片状、棒状（条 状或纤维状）、球状（短棒状）、针片状、螺旋 状等。 原因:共晶组织中两个组成相的本质决定了其形态.
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3 合金Ⅲ的结晶过程(亚共晶合金 19<wSn<61.9% ）
1-2点,匀晶转变,结晶出α固溶体；
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两相的含量可用杠杆定律求出:
比如,温度降到2点,α相和 剩余液相成分分别达到M点 和E点, 两相的含量分别为:
wM E2E10% 0661.1.99159010% 027.8%
wL
M210% 0 501910% 072.2%
ME
61.919
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亚共晶合金的显微组织
图中,暗黑色树枝状晶部分 是先共晶α相,其中的白色颗 粒是βⅡ,黑白相间分布的是 共晶组织. 其中, 先共晶相的形态: 如果是固溶体,一般呈树枝状; 如果是亚金属和非金属或化 合物,则一般具有规则外形.
F4 w FG 100 %
w
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4G FG
100 %
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Pb-Sn合金相图
2 含锡量wSn=61.9%的合金Ⅱ(共晶合金)
缓冷到温度tE=183℃时 发生共晶转变：
LE tEMN
继续冷却,共晶组织中 α和相都要发生溶解度 变化: α相成分沿MF线变 化, 相成分沿NG线变 化,分别析出次生相Ⅱ和αⅡ 结晶结束后组织
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二、典型合金的平衡结晶过 程
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1 含锡量wSn≤19%的合金Ⅰ（wSn=10% ） 缓冷到1点时,开始从液相结晶出固溶体.随温度降低, 数 量不断增多,L相数量不断减少.其成分分别沿固相线AM和液相线 AE变化. 冷却到2点,结晶完毕,全部变为固溶体,成分与原始液相相同 (匀晶转变) 2-3点,保持 固溶体不变. 3点以下,Sn在固溶体中呈过饱和状态,多余Sn以固溶体形 式从固溶体中析出.随温度的继续降低, 固溶体的溶解度逐 渐减少,析出不断进行. 相和相的成分分别沿MF和NG线变化. 合金结晶结束后室温组织:+Ⅱ
➢若两相单独生长时长大速度与过冷度关系相差 很大,其中一相的长大速度随过冷度增加下降很 快,则该相的生长会受抑制,使伪共晶区歪斜地偏 向该相一边.
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影响相长大速度的因素 由各相本身的晶体结构及其固液界面的性质决定. 晶体结构复杂并呈光滑界面的相,其长大速度随温 度的降低而下降较快,所以伪共晶区向该相区偏斜.
温度降到2点,α相和剩余液相成分 分别达到M点和E点,在共晶温度tE发 生共晶转变:
转变结束后组织L:E先 t共E 晶αM相和N 共
晶组织(α+β)
在2点以下继续冷却,将从α相(先
共晶α相和共晶组织中的α相)和β
相分别析出次生相βⅡ和αⅡ
室温组织: α+βⅡ+(α+β)
亚共晶合金: 成分位于共晶点E点以左,M点以右
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亚共晶合金的平衡结晶过程
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4 合金Ⅳ的平衡结晶过程(过共晶合金:wSn>61.9%）
与亚共晶合金相比较: ➢相同点:
两者平衡结晶过程和显微组 织相似. ➢不同点:
先共晶相为β; 室温组织: β+αⅡ+(α+β)
过共晶合金: 成分位于共晶点E以右,N点以左
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过共晶合金的显微组织
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相组成物α和β相的 含量分别为：
W M pNN10% 0997.7.55139010% 086%
W
Mp10% 0 301910% 014%
MN
97.519
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三、不平衡结晶及组织
1 伪共晶 在不平衡结晶条件下,成分在共 晶点附近的亚共晶或过共晶合 金也可得到全部共晶组织,这种 非共晶成分的合金得到的共晶 组织称伪共晶. 原因:此时液相对α相和β相都 是过饱和的,可以同时结晶出β 相和α相.
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为分析组织方便,了解合金系中任一合金在任何温 度下的组织形态,常把合金平衡结晶后的组织直接填 写在合金相图上，如图
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合金的组织组成物和相组成物的相对含量都可以
用杠杆定律计算。
例如,WSn=30%的合金共 晶转变结束后，α相 和（α＋β）共晶组 织的含量分别为:
W M 2P E 1E % 0 6 6 0 ..9 9 1 1 1 3 1 9 0% 0 7 0 .4 % 4 W ( ) P 2M M 1 E % 0 6 3 0 .9 1 1 0 1 9 1 9% 0 2 0 .6 % 5
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合金Ⅰ的显微组织
如图,黑色基体为α相，白色颗粒为Ⅱ ， Ⅱ分布在α的晶 界上，或在α晶粒内析出。
wSn=10%合金的显微组织
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合金Ⅰ的平衡结晶过程示意图
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成分位于F和M之间的合金, 平衡结晶过程均与以上相似, 显微组织为α+ Ⅱ,只是两相相对含量不同.
α、β两相的含量可用杠 杆定律求出,如合金Ⅰ的α、 Ⅱ相的含量分别为：
若冷却速度很慢,过冷度小,则共晶 中的α相在已有先共晶α上长大,要 比重新形核长大容易.这样,α相易 于与先共晶α相合为一体,而β相存 在于α相晶界处.
成分越靠近M点,越易发生离异共晶.
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四、比重偏析
定义:
由组成相与溶液之间密度差别引起的一种区域偏析。 影响因素: 与合金组元的密度差、相图结晶的成分间隔及温度间隔等因 素有关。 防止方法： ⒈增大冷却速度;⒉加入第三种元素;⒊热对流、搅拌。 应用：除杂质、提纯贵金属。
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一、相图分析
线（液、固、溶解度）、相区（单、两、三相）、 点、反应
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特点:
➢液相线:AE、BE,固相线:AMNB
➢溶解度曲线:MF、NG
➢三个单相区:L,,
➢三个两相区:L+, L+,+
➢三相共存区: MEN水平线（共晶转变线）
在共晶线上发生共晶转变: LE tE MN
E为共晶点, tE为共晶温度,成分在共晶点的合金 为共晶合金，成分在共晶点以左，M点以右的合金 称亚共晶合金，成分位于共晶点以右，N点以左的 合金称过共晶合金.
§3-5 共晶相图及其合金的结晶
二元共晶相图:两组元在液态时相互无限
互溶，在固态时相互有限互溶，发生共晶转 变，形成共晶组织的二元系相图。
如Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Bi等合金系。
共晶转变(共晶反应):在一定的温度下，由 一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个 固相的转变过程.
共晶组织:共晶转变的产物(两固相混合物)
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伪共晶区在相图中的位置可用来解释一些现象 举例:Al-Si合金系中，共晶合 金在快冷条件下结晶后得到亚 共晶组织。
原因:图中伪共晶区偏向Si的 一侧,这样,共晶成分液相表象 点a不会过冷到伪共晶区内,只 有先结晶出α相,α相向液体 中排出Si溶质原子,液体成分 达到b点时,才发生共晶转变.
结果,共晶点像向右移动了一 样,共晶合金变为亚共晶合金.
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2 离异共晶
先共晶相数量较多、共晶组织较少时，共晶组织依附于先 共晶相生长，剩余的另一相单独存在于晶界处，使共晶组 织特征消失,这种两相分离的共晶称为离异共晶。
Eg.在合金成分偏离共晶点很远的亚 共晶中,其转变在存在大量先共晶相 的条件下进行.
为:(α+)+ Ⅱ+αⅡ(极少,忽略)
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共晶组织中αM和βN相的含量
αM和βN相的含量可用杠杆定律求出：
EN 97.561.9
wM
10% 0 MN
10% 045.4% 97.519
ME 61.919
wN
10% 0
10% 054.6%
MN 97.519
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合金Ⅱ的显微组织
如图, α和β呈层片状交替分布,其中黑色为α相,白色为β 相,次生相在显微镜下难以分辨.
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五、区域偏析
⒈正偏析：对于k0<1的合金，先凝固的外层中 溶质元素含量较后凝固的内层低，是正常偏析。
原因：溶质原子在固相内基本不扩散。
消除：压力加工或热处理,浇注时采取适当措 施。
⒉反（负）偏析：在k0<1的合金中，外层的溶 质元素含量比内层的溶质元素含量高。
原因：液相的内压。
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伪共晶区
伪共晶区的形状分两类:
a)随温度降低,伪共晶区相对共晶点近乎对称地扩大金属与金
属
b)伪共晶区偏向一边歪斜地扩大. 金属与非金属
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伪共晶区形状形成的原因:
➢取决于共晶中两个相单独生长时的长大速度和 过冷度的关系.
➢若两相单独生长时的长大速度与过冷度的关系 差别不大,则伪共晶区向共晶点下面两边呈对称 性扩大.
