二元合金相图的定义、作用及建立(精)

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
金属材料与热处理课程
二元合金相图的定义、作
用及建立
主讲教师：张琳
西安航空职业技术学院
二元合金相图的定义、作用及建立合金的结晶同纯金属的结晶一样，也遵循形核与长大的基本规律。

但由于合金成分中包含有两个以上的组元，其结晶过程除受温度影响外，还受到化学成分及组元间不同作用等因素的影响，故结晶过程比纯金属复杂。

通常用合金相图来分析合金的结晶过程。

合金相图也称为平衡图或状态图。

它是表示在平衡条件下（极其缓慢冷却）合金状态、成分和温度之间关系的图形。

根据相图可以了解在平衡状态下不同成分合金在不同温度下所存在的相，还可以了解合金在缓慢加热和冷却过程中的相变规律。

根据组元数, 相图分为二元相图、三元相图和多元相图，如图1所示。

（a） Fe-Fe3C二元相
（b ） 三元相图
图1 相图的分类
在生产实践中，相图是分析合金组织及变化规律的重要工具，也是确定热加工工艺的重要依据。

它具有下列用途：
由材料的成分和温度预知平衡相；
材料的成分一定而温度发生变化时分析其他平衡相变化的规律；
估算平衡相的数量；
预测材料的组织和性能。

常压下，二元合金的结晶状态取决于温度和成分两个因素，所以二元合金相图一般用温度及成分组成的平面坐标系表示。

二元合金相图建立的方法有热分析法、热膨胀法、金相分析法、磁性法、电阻法、X 射线晶体结构分析法等，其中最常用的是热分析法，图2为热分析法绘制的相图。

下面以Cu-Ni 合金为例，介绍利用热分析法建立二元合金相图的过程:
（1）配制一系列不同成分的铜-镍合金：①Cu w =100％；②Cu w =80％，Ni w =20％；③Cu w =60％，Ni w =40％；④Cu w =40％，Ni w =60％；⑤Cu w =20％，
Ni w =80％；⑥Ni w =100％。

（a ） 合金冷却曲线 （b ） 合金相图
图2 热分析法绘制的相图
（2）用热分析法测出上述合金的冷却曲线，如图3（a ）所示。

从冷却曲线可看出，与纯金属不同的是合金有两个相变点，上相变点是结晶开始的温度，下相变点是结晶终了的温度。

因放出结晶潜热使结晶时的温度下降缓慢，所以合金的结晶是在一定温度范围内进行的，在冷却曲线上出现两个转折点。

（3）将各个合金的相变点标注在温度—成分坐标图中，并将开始结晶的各相变点(A 、1、2、3、4、B)连起来成为液相线，将结晶终了的各相变点（A 、1′、2′、3′、4′、B ）连起来成为固相线，即绘成了Cu —Ni 合金相图，如图3（b ）所示。

（a） Cu-Ni合金冷却曲线（b） Cu-Ni合金相图图3 Cu-Ni 合金相图的建立。