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第二章 二 元 合 金 相 图
纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。合金相图正是研究这些规律的有效工具。
一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。二元以上的合金称多元合金。合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。
本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。
2.1 合金中的相及相图的建立
在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。液态物质为液相，固态物质为固相。相与相之间的转变称为相变。在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。由不同组织构成的材料具有不同的性能。如果合金仅由一个相组成，称为单相合金；如果合金由二个或二个以上的不同相所构成则称为多相合金。如含30%Zn的铜锌合金的组织由相单相组成；含38%Zn的铜锌合金的组织由和相双相组成。这两种合金的机械性能大不相同。
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-1 第八讲 二元合金相图的建立
第三节 二元合金相图的建立
一、主要内容：
二元合金相图的表示方法
二元合金相图的测定方法
相律及杠杆定律
二、要点：
二元合金相图的表示方法，表象点的概念，二元合金相图的测定方法，相律，杠杆定律
三、方法说明：
说明二元相图的表示方法及应用，说明二元合金相图的测定方法，说明相律及相律的应用，
在说明杠杆定律之前，应说明异分结晶的概念，对杠杆定律进行推导
授课内容：
一、二元相图的表示方法
合金的熔炼都是在常压下进行的，所以合金的状态可以由成分和温度两个因素确定。
二元合金相图通常用横坐标表示成分，纵坐标表示温度。
在成分和温度坐标平面内的任意一点称为表象点。
二、二元合金相图的测定方法
建立相图的方法有：实验测定和理论计算两种方法。
热分析法测定二元合金相图的过程：
二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质变化的相变点。测定材料临界点有动态法和静态法两种方法，如前者有热分析、膨胀法、电阻法等；后者有金相法、X射线结构分析等。相图的精确测定必须由多种方法配合使用。下面介绍用室温的冷却曲线，得到各临界点。
图给出纯铜ω(Ni)为30％，50％，70％的Cu-Ni合金及纯Ni的冷却曲线。由图可见，纯百度文库 - 好好学习，天天向上
-2 组元Cu和Ni的冷却曲线相似，都有一个水平台，表示其凝固在恒温下进行，凝固温度分别为1083℃和1452℃。其他3条二元合金曲线不出现水平台，而为二次转折，温度较高的转折点（临界点）表示凝固的开始温度，而温度较低的转折点对应凝固的终结温度。这说明3个合金的凝固与纯金属不同，是在一定温度范围内进行的。将这些与临界点对应的温度和成分分别标在二元相图的纵坐标和横坐标上，每个临界点在二元相图中对应一个点，再将凝固的开始温度点和终结温度点分别连接起来，就得到如图 所示的 Cu-Ni二元相图。由凝固开始温度连接起来的相界线称为液相线，由凝固终结温度连接起来的相界线称为固相线。为了精确测定相变的临界点，用热分析法测定时必须非常缓慢冷却，以达到热力学的平衡条件，一般控制在每分钟～0.15℃之内。
物理化学实验报告
院系 化环学院
班级
学号
姓名 萧逸
实验名称 二 元 合 金 相 图
日期 2011 09 29 同组者姓名 乐松菊、陈伟、冯学智
室温 22.2℃ 气压 724.6mmHg
成绩
一、目的要求
1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图。
2.了解热分析法的测量技术。
二、预习要求
1.掌握热分析法测量绘制相图的基本原理。
2.熟悉实验仪器的性能及使用方法，了解影响实验测定的各种因素。
3.理解步冷曲线的物理意义，掌握如何由实验数据绘制相图的方法。
三、基本原理
相图是多相(二相或二相相以上)体系处于相平衡状态时体系的某物理性质(如温度)对体系的某一自变量(如组成)作图所得的图形，图中能反映出相平衡情况(相的数目及性质等)，故称为相图。二元或多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条什下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质，以及多相体系相平衡情况的演变(例如冶金工业冶炼钢铁或其他合金的过程，石油工业分离产品的过程等)，都要用到相图。
图4.1是一种类型的二元简单低共熔物相图。图中A、B表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T，横轴是组分B的百分含量B％。在acb线的上方，体系只有一个相(液相)存在；在ecf线以下，体系有两个相(两个固相——晶体A、晶体B)存在；在ace所包为的面积中，一个固相(晶体A)和一个液相(A在B中的饱和熔化物)共存；在bcf所包围的面积中，也是一个固相(晶体B)和一个液相(B在A中的饱和熔化物)共存；图中c点是ace与bef两个相区的交点，有三相（晶体A、晶体B、饱和熔化物）共存。测绘相图就是要将相图中这些
1第3章合金相结构与二元合金相图本章主要内容
合金相结构
二元合金相图建立
常见二元合金相图
合金相图与性能
概述
为何工业上很少使用纯金属，而多使用合
金？纯金属性能有限。
合金：两种或两种以上的金属，或金属与
非金属，经熔炼或烧结，或用其他方法组
合而成的具有金属特性的物质。
碳钢、铸铁：铁和碳
黄铜：铜和锌
青铜：铜和锡
3.1 合金相结构
3.1.1 基本概念
(1) 组元：组成合金最基本的、独立的物质。
(如二元、三元、多元合金)可以是元素，也
可以是化合物。
纯金属Cu-Ni合金中的Cu和Ni
化合物铁-硫化铁合金中的FeS
(2) 合金系：由给定组元以不同的比例配制成一
系列成分不同的合金的总称。如Fe-C，Fe-
Cr等。(3) 相和相结构
相：合金中结构相同、成分和性能均一并
以界面相互分开的组成部分。(如单相、
两相、多相合金。)
相的分类
固溶体(solid solution)：晶体结构与其某
一组元(溶剂)相同的相。溶剂-溶质。
金属化合物(intermetalliccompound)：
组成原子有固定比例，其结构与组成组元均
不相同的相。
2组织
用肉眼或借助某种工具(放大镜、光学显
微镜、电子显微镜等)观察到的材料形貌
图像。它取决于组成相的类型、形状、大
小、数量、分布等。
3.1.2 合金固溶体及类型
(1) 固溶体的分类
固溶体：固态下一种组元溶解在另一种组元
中形成的新相。晶格与溶剂晶格类型相同。
溶剂：晶格与固溶体相同的组元。
固溶度：溶质原子在溶剂中的最大含量(极
限溶解度)。
基本特征：保持原溶剂的晶体结构；有一定
的成份范围；具有比较明显的金属性质。
(1) 固溶体的分类
1) 按溶质原子在溶剂点阵中的位置分类
置换固溶体
间隙固溶体2) 按固溶度分类
有限固溶体：在一定条件下，溶质原子在
溶剂中的溶解度有一定限度。
无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入
溶剂晶格中。如Cu-Ni、Ag-Cu、Ti-Zr、
