原版7----第七章 二元相图及其合金的凝固

•了 解 合 金 铸 件 的 组 织 与 缺 陷 ， •高 分 子 合 金 进 行 简 述 。
相图的表示
7.1 相图的表示和测定方法
• 二元相图中的成分在国家标准有两种表示方法：质量分数 （ω）和摩尔分数（x），两者换算如下：
式中，ωA，ωB分别为A，B组元的质量分数；ArA，ArB分别为组元A，B的相 对原子质量；xA，xB分别为组元A，B的摩尔分数，并且ωA+ωB=1（或100 ％），xA+xB=1（或100％）。
固溶体非平Leabharlann 凝固在工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，使凝固过程 偏离平衡条件，称为非平衡凝固。图7．17(a)是非平衡凝固时 液、固两相成分变化的示意图。
固溶体非平衡凝固特点
• 液、固相平均成分线与冷速有关，冷速越快，偏离越严重；反之，越接近平衡状态；
• 先结晶部分总是富高熔点组元；
• 非平衡凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。
1. 匀晶相图
由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变，Cu—Ni二元匀 晶相固分别示于图7．12中。具体分析如下：
匀晶相图还可有其他形式，如Au-Cu，Fe-Co等在相图上具有极 小点，而在Pb—T1等相图上具 有极大点，两种类型相图分别如 图7．14(a)和(b)所示。
2. 固溶体的平衡凝固
平衡凝固过程分析
• 从T1－>T2温度，可采取两种方法： • 每一步都非常缓慢，处于平衡状态； • 一下子降温到T2温度，保温足够长时间，使其扩散均匀
• 固相成分由初始41％Ni－>36％Ni，依靠固相量的增多； • 液相成分由初始30％Ni－>24％Ni，依靠结晶出36％－41％Ni的固相 • 晶粒之间和晶粒内部的成分是均匀的

第7章二元系相图及其合金的凝固7.1相图的表示和测定方法 (1)7.2相图热力学的基本要点 (3)7.3二元相图分析 (6)7.4 二元合金的凝固理论 (19)7.5高分子合金概述 (23)在实际工业中，广泛使用的不是前述的单组元材料，而是由二组元及以上组元组成的多元系材料。

多组元的加人，使材料的凝固过程和凝固产物趋于复杂，这为材料性能的多变性及其选择提供了契机。

在多元系中，二元系是最基本的，也是目前研究最充分的体系。

二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系的有力工具，它已在金属、陶瓷，以及高分子材料中得到广泛的应用。

由于金属合金熔液粘度小，易流动，常可直接凝固成所需的零部件，或者把合金熔液浇注成锭子，然后开坯，再通过热加工或冷加工等工序制成产品。

而陶瓷熔液粘度高，流动性差，所以陶瓷产品较少是由熔液直接凝固而成的，通常由粉末烧结制得。

高分子合金可通过物理（机械）或化学共混制得，由熔融（液）状态直接成型或挤压成型。

本章将简单描述二元相图的表示和测定方法，复习相图热力学的基本要点，着重对不同类型的相图特点及其相应的组织进行分析，也涉及合金铸件的组织与缺陷，最后对高分子合金进行简述。

7.1 相图的表示和测定方法二元系比单元系多一个组元；它有成分的变化，若同时考虑成分、温度和压力，则二元相图必为三维立体相图。

鉴于三坐标立体图的复杂性和研究中体系处于一个大气压的状态下，因此，二元相图仅考虑体系在成分和温度两个变量下的热力学平衡状态。

二元相图的横坐标表示成分，纵坐标表示温度。

如果体系由A，B两组元组成，横坐标一端为组元A，而另一端表示组元B，那么体系中任意两组元不同配比的成分均可在横坐标上找到相应的点。

二元相图中的成分按现在国家标准有两种表示方法：质量分数（ω）和摩尔分数（x）。

若A，B组元为单质，两者换算如下：式中，ωA ，ωB 分别为A ，B 组元的质量分数；A rA ，A rB 分别为组元A ，B 的相对原子质量；x A ，x B 分别为组元A ，B 的摩尔分数，并且ωA +ωB =1（或100％），x A +x B =1（或100％）。

四、二元相图的几何规律
� (3)
二元相图中的三相平衡必为一条水平 线，表示恒温反应。在这条水平线上存在 3个 线，表示恒温反应。在这条水平线上存在3 表示平衡相的成分点，其中两点在水平线两 端，另一点在端点之间，水平线的上下方分 3个两相区相接。 别与 别与3 (4) 当两相区与单相区的分界线与三相等 � 温线相交则分界线的延长线应进入另一两相 区内，而不会进入单相区。
7.3.1匀晶相图
2.固溶体的平衡凝固 T2温度 温度降至 温度降至T •凝固出的固相成分沿 α2 ，与之 固相线变至 固相线变至α 平衡的液相成分则沿液 相线变至 L2 相线变至L
7.3.1匀晶相图
2.固溶体的平衡凝固
T2温度 温度降至 温度降至T 两相的含量为
;
a 2o L2 % = 100% L2a 2
四、二元相图的几何规律
: 二元相图应遵循如下规律 二元相图应遵循如下规律: (1) 相图中所有的线条都代表发生相转变的温度 � 和平衡相的成分，所以相界线是相平衡的体现， 平 衡相的成分必须沿着相界线随温度而变化。 � (2) 两个单相区之间必定有一个由该两相组成的 (即两个单相区只 两相区分开，而不能以一条线接界 两相区分开，而不能以一条线接界( )。两个两相区必须以 能交于一点而不能交于一条线 能交于一点而不能交于一条线) :在二元相图中，相邻 单相区或三相水平线分开。即 单相区或三相水平线分开。即: 1，这个规则为相区接触法则。 相区的相数差为 相区的相数差为1
31.5 35
42.5
C0 - CL R 35 - 31.5 Wa % = = = = 32% R + S Ca - CL 42.5 - 31.5
7.3.1匀晶相图
依赖原子互相扩散达到成分均匀，凝固速度比纯金属慢

T a TF A+L
1
L1 L2
K L1
/
L
b F
2L分相 区
L2/
G
P A+L E B+L L A +B
TE
O
A+B
A 两层 p=1 f=2 LF A p=2 f=1 L1 L1/ B％ 两层 p=1 f=2 L2 L2/
B
G[TF，(A)]
熔体1
LG LF+A f=0
L A +B E [TE ， A+(B)] p=3 f=0
L
L+A
E A+C A
P D J
L+C B+C
C
B
(2) 同理可分析组成2的冷却过程。在转熔点P处，
L＋BC时，L先消失，固相组 成点为D和F，其含
量 由D、J、F三点相对位置求出。P点是回吸点又是
析晶终点。
3
T
a L+A E A+C A C C B
b L+B D L+C L C B
L
P
(3) 组成3在P点回吸，在L＋BC时L＋B同时消失， P点是回吸点又是析晶终点。
具有液相分层的二元系统相图
T
a
2L分相 区
K
L b F
TF A+L
G A+L E B+L
TE
O A+B B
A
1、点E：低共熔点 LA＋B f=0 2、线GKF为液相分界线；
B％
F：LG A＋LF f=0
3、帽形区GKFG为二液存在区，区域的存在与温度有关。 4、析晶路程：