1 第五章 二元合金相图
第一节相图的基本知识
一. 相律
相图：研究合金在平衡的条件下，（无限缓慢冷却）合金的状态与温度、成分间的
关系的图解称为相图或平衡图。
组元：组成合金的基本物质。包括：单个元素或金属化合物
如: Fe-C合金组元Fe、Fe3C
Cu-Ni合金组元Cu、Ni
合金系：指研究的对象。如：Fe-C系，Pb-Sn系等。
状态：指合金在一定条件下有那几项组成，称为合金在该条件下的状态。
如：水在零度时的状态是水和冰两项共存，在零度以上为水，
在零度以下为固相冰。
组织：合金中的相以不同的大小、形状、分布组成为组织。如：珠光体
是由F和Fe3C组成的组织。
（二）相律（恒压状态下）
系统平衡:如果某组元在各相中的化学位相同，那么就没有物质的迁移现象，系统处于平衡状态。
相律：处于平衡状态的合金，保持相数不变的条件下，独立可变的，且影响和金状态的内、外部因素的数目。
数学表达式：f=C-P+1（恒压）
f 为系统的自由度数（系统中独立可变因素）； C系统的组元； P相数
实例：1.纯金属—正在结晶时相数不变（P=2）f=0
2.二元合金--正在结晶时两相平衡，（P=2）若温度独立可变（T1T2）则两 2 相的成分随之变化(T1:LIαH)（T2:LMαN）反之相成分独立可变，温度随之而变f=1
正在结晶时三相平衡（P=3）T=TC 相成分温度、均不可变f=0
图5-2错误二元相图
图5-1二元相图
应用：（1）确定平衡系中的最大平衡相数
（2）判断相图正确与否
（3）分析合金的平衡结晶
二、二元合金相图的表示方法
横坐标表示成分A％＋B％＝100％
纵坐标表示温度
C点（表象点）成分：30％Sb，70％Bi
温度 ：450
三、二元相图的建立（Cu-Ni系以匀晶相图为例） 图5-3 二元相图的表示方法
1 第三章 二元合金相图和二元合金的结晶
§1 概述
一、 合金系
由一定数量的组元配制成的不同成分的一系列合金组成的系统，称合金系。两个组元的称二元合金系，三个组元的称三元合金系。例如,Cu-Ni是二元合金系，而Pt-Pd-Rh是三元合金系。
二、 什么是合金相图
合金相图是表示平衡状态下合金系的合金状态和温度、成分之间关系的图解。该定义中，“平衡状态”是指一定条件下，合金自由能最低的稳定状态；而“合金状态”是指合金由哪些相组成，各相的成分及其相对含量是多少。
三、 合金相图的作用
利用合金相图可以了解各种成分的合金，在一定温度的平衡条件下，存在哪些相、各相的成分及其相对含量。但它不能指出相的形状、大小和分布状况，即不能指出合金的组织状况。尽管如此，如果能把相图和相变机理、相变动力学结合起来，那么相图便可成为分析组织形成和变化的有利工具，成为金属材料生产、科研的重要参考资料，因此，相图是金属学的重要内容之一。
§2 二元合金相图的建立
一. 二元合金相图的表示方法
1. 用平面坐标系表示二元合金系
物质的状态通常由成分、温度和压力三个因素确定。由于合金的熔炼、结晶都是在常压下进行的，所以，合金的状态可由成分和温度两个因素确定。对于二元合金系来说，一个组元的浓度一旦确定，另一个组元的浓度也随之而定，因此成分变量只有一个，另一个变量是温度，所以用平面坐标系就可以表示二元合金系。通常用纵坐标代表温度，横坐标代表成分。成分多用重量百分比来表示。（如图3.1所示），横坐标的两个端点A、B代表组成合金的两个组元。
2. 二元合金相图中的表象点和表象线
在二元合金相图中，平面上任意一点称为表象点。其坐标值表示合金的成分和温度。例如图中的E点表示合金由40%的B组元和60%的A组元组成，合金的温度为500℃。
在二元相图上，过合金成分点的垂线，称合金的表象线。
二. 二元合金相图的测定方法
建立相图的方法有两种：实验测定和理论计算。目前使用的相图大多是用实验方法建立的。实验方法有多种，如：热分析法、金相法、膨胀法等。现以Cu—Ni合金为例，介绍用热分析法测定二元合金相图的过程。
第三章 二元合金相图和合金的凝固
一、名词：
相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。
平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。
成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。
异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。
共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。
脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。
包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。
成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。
二、简答：
1. 固溶体合金结晶特点？
答：异分结晶；需要一定的温度范围。
2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？
答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。
3. 影响成分过冷的因素？
答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。
4. 相图分折有哪几步？
答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。
三、绘图题
绘图表示铸锭宏观组织三晶区。
四、书后习题
1、何谓相图？有何用途？
答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。
2、什么是异分结晶？什么是分配系数？
答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。
3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？
答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象
形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组
最全二元相图及其合金凝固知识点总结
匀晶相图与固溶体凝固
匀晶相图
两组元在液态、固态均能无限互溶的二元系所组成的相图称为匀晶相图。
匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。匀晶转变是变温转变。
以w(Ni)为30%Cu-Ni 二元合金相图为例说明匀晶相图。
点：TCu、TNi 分别为 Cu、Ni 熔点。
线：TCuBTNi 为液相线。TCuCTNi 为固相线。
区： L、L+α、α
固溶体的平衡凝固
平衡结晶：在极缓慢冷却条件下进行的结晶。
以w(Ni)为30%Cu-Ni 二元合金为例分析结晶过程：
t1 温度以上为 L；
t1 温度时，L →α，成分为：B、C。 t2 温度时，成分为：E、F。液、固相线不仅是相区分线, 也是结晶时两相的成分变化线。随 T↓，固溶体成分沿固相线变化，液体成分沿液相线变化。
t3 温度时，结晶终了。得到与合金成分相同的固溶体。
固溶体的结晶过程也是形核和长大的过程。固溶体在形核时，既需要结构起伏（以满足晶核大小超过一定临界值的要求），又需要能量起伏（以满足新相对形核功的要求），此外还需要成分起伏（由于其结晶时，结晶出的 α 成分与 L 成分不同）。
成分起伏：在微小体积内成分偏离平均成分的现象（掌握）。
平衡凝固时组织变化示意图：
固溶体平衡冷却结晶过程归纳总结：
冷却时遇到液相线开始结晶，遇到固相线结晶终止，形成单相均匀固溶体。在结晶过程中每一温度，其液相、固相成分和相对量可由该温度下做水平线与液相线、固相线的交点及杠杆定理得出随温度下降，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化，且液相成分减少，固相成分增加，直至结晶完毕。
固溶体合金的结晶特点：
1.异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同。
2.结晶需要一定的温度范围。
固溶体非平衡凝固
非平衡凝固：偏离平衡条件的结晶。在实际生产中，由于冷却速度较快，内部原子的扩散过程落后于结晶过程，使合金的成分均匀化来不及进行，使凝固偏离了平衡条件，这称为非平衡凝固。
