1、第五章第五章 二元相圖二元相圖相圖知識相圖知識二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元共晶相圖二元共晶相圖二元包晶相圖二元包晶相圖復(fù)雜二元相圖的分析方法復(fù)雜二元相圖的分析方法鐵碳平衡相圖鐵碳平衡相圖第一節(jié)第一節(jié) 相圖知識相圖知識一、相與相圖一、相與相圖 相相：凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的物質(zhì)均勻：凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的物質(zhì)均勻組成部分，稱之為相。組成部分，稱之為相。相圖相圖：相圖又稱為狀態(tài)圖，它是表示體系的成分、外界環(huán)境和組：相圖又稱為狀態(tài)圖，它是表示體系的成分、外界環(huán)境和組成相與相之間的平衡關(guān)系的幾何圖形。它是研究材料組織變成相與相之間的

2、平衡關(guān)系的幾何圖形。它是研究材料組織變化規(guī)律的重要參考工具。外界環(huán)境主要是溫度和壓力，例如化規(guī)律的重要參考工具。外界環(huán)境主要是溫度和壓力，例如物理學(xué)中已經(jīng)介紹的純水和純鐵的相圖。物理學(xué)中已經(jīng)介紹的純水和純鐵的相圖。 一、相與相圖一、相與相圖 第一節(jié)第一節(jié) 相圖知識相圖知識二元相圖二元相圖：當(dāng)存在兩個(gè)組元時(shí)，成分也是變量，但一種組元的含：當(dāng)存在兩個(gè)組元時(shí)，成分也是變量，但一種組元的含量為獨(dú)立，另一組元則為余下部分。為在二維平面上表示，量為獨(dú)立，另一組元則為余下部分。為在二維平面上表示，通常只考慮在常壓下，取兩個(gè)變量溫度和成分。橫座標(biāo)用線通常只考慮在常壓下，取兩個(gè)變量溫度和成分。橫座標(biāo)用線段表示成

3、分，縱座標(biāo)表示溫度。平面上以按這時(shí)平衡狀態(tài)下段表示成分，縱座標(biāo)表示溫度。平面上以按這時(shí)平衡狀態(tài)下存在的相來分隔。存在的相來分隔。( (如圖如圖) ) 相圖用途相圖用途：1.1. 由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相；由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相；2.2. 材料的成分一定而溫度發(fā)生變化材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時(shí)其他平衡相變化的規(guī)律；時(shí)其他平衡相變化的規(guī)律；3.3. 估算平衡相的數(shù)量。估算平衡相的數(shù)量。預(yù)測材料的組織和性能預(yù)測材料的組織和性能二、相圖與冷卻曲線的關(guān)系二、相圖與冷卻曲線的關(guān)系：第一節(jié)第一節(jié) 相圖知識相圖知識 成分一定，在冷卻過程中，不同的相熱容量不相同，如果成分一定，在冷卻過程中，不同的

4、相熱容量不相同，如果系統(tǒng)散熱能力一樣，溫度隨時(shí)間的變化系統(tǒng)散熱能力一樣，溫度隨時(shí)間的變化( (冷卻冷卻) )曲線上的斜率將曲線上的斜率將不同，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)溫度就是某些相開始出現(xiàn)或完全小時(shí)不同，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)溫度就是某些相開始出現(xiàn)或完全小時(shí)的溫度，利用這一特點(diǎn)，由實(shí)測的冷卻曲線可以作出相圖。的溫度，利用這一特點(diǎn)，由實(shí)測的冷卻曲線可以作出相圖。第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固 一、相圖形式一、相圖形式 兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶。如兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶。如cucunini、agagauau形形成二元合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖。成二元合金對應(yīng)

5、的相圖就是二元勻晶相圖。相圖的構(gòu)成相圖的構(gòu)成：由兩條曲線將：由兩條曲線將相圖分為三個(gè)區(qū)。左右兩端相圖分為三個(gè)區(qū)。左右兩端點(diǎn)分別為組元的熔點(diǎn)。上面點(diǎn)分別為組元的熔點(diǎn)。上面的一條曲線稱為液相線，液的一條曲線稱為液相線，液相線之上為液相的單相區(qū)，相線之上為液相的單相區(qū)，常用常用l l表示；下面的一條曲表示；下面的一條曲線稱為固相線，固相線之下線稱為固相線，固相線之下為固溶體的單相區(qū)，常用為固溶體的單相區(qū)，常用表示；兩條曲線之間是雙相表示；兩條曲線之間是雙相區(qū)，標(biāo)記區(qū)，標(biāo)記l+l+表示。表示。 二、兩相平衡時(shí)的數(shù)量分配規(guī)律杠桿定律二、兩相平衡時(shí)的數(shù)量分配規(guī)律杠桿定律第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的

6、凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固 如圖，合金如圖，合金x x在溫度在溫度t t1 1將由兩相長期并存，這時(shí)兩相的成分將由兩相長期并存，這時(shí)兩相的成分和數(shù)量保持不變。過和數(shù)量保持不變。過x x點(diǎn)作水平線交液相線和固相線于點(diǎn)作水平線交液相線和固相線于a a、c c點(diǎn)，點(diǎn)，經(jīng)熱力學(xué)證明經(jīng)熱力學(xué)證明a a、c c點(diǎn)的成分分別為平衡的液體和固體的成分，點(diǎn)的成分分別為平衡的液體和固體的成分，設(shè)設(shè)m ml l和和m m 分別為兩相的數(shù)量，分別為兩相的數(shù)量，由物質(zhì)不滅可推導(dǎo)出：由物質(zhì)不滅可推導(dǎo)出：一般用占總體數(shù)量的百分一般用占總體數(shù)量的百分比的相對值來表示。如果比的相對值來表示。如果把線段把線段axcaxc當(dāng)成

7、一杠桿，則當(dāng)成一杠桿，則他們滿足杠桿力的平衡原他們滿足杠桿力的平衡原理，所以稱之為理，所以稱之為杠桿定律杠桿定律。用杠桿定律來分析在理解和使用都有好的直觀性和方便。適用所有兩相平衡。用杠桿定律來分析在理解和使用都有好的直觀性和方便。適用所有兩相平衡。三、固溶體材料冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變?nèi)⒐倘荏w材料冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固1 1點(diǎn)以上液體冷卻點(diǎn)以上液體冷卻1 1點(diǎn)開始凝固，固體成點(diǎn)開始凝固，固體成分在對應(yīng)固相線處分在對應(yīng)固相線處1 12 2之間，溫度下降，之間，溫度下降，液體數(shù)量減少，固體數(shù)液體數(shù)量減少，固體數(shù)量增加，成分沿液相線量增加，成分沿液

8、相線和固相線變化，和固相線變化，到到2 2點(diǎn)，液體數(shù)量為點(diǎn)，液體數(shù)量為0 0，固體成分回到合金原始固體成分回到合金原始成分，凝固完成成分，凝固完成2 2點(diǎn)以下固體冷卻，無點(diǎn)以下固體冷卻，無組織變化組織變化過程：過程：三、固溶體材料冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變?nèi)⒐倘荏w材料冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固1.1.與純金屬凝固一樣由與純金屬凝固一樣由形核和長大來完成結(jié)晶形核和長大來完成結(jié)晶過程，實(shí)際進(jìn)行在一定過程，實(shí)際進(jìn)行在一定的過冷度下。的過冷度下。2.2.凝固在一溫度范圍內(nèi)凝固在一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。只有在溫度不斷進(jìn)行。只有在溫度不斷下將時(shí)固體量才增加，下將時(shí)固體

9、量才增加，溫度不變，液固數(shù)量維溫度不變，液固數(shù)量維持平衡不變。持平衡不變。3.3.凝固過程中液體和固凝固過程中液體和固體的成分在不斷變化。體的成分在不斷變化。特點(diǎn)：特點(diǎn)：四、固溶體材料非平衡冷卻四、固溶體材料非平衡冷卻第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固 從固溶體的凝固特征可知，在晶體長從固溶體的凝固特征可知，在晶體長大過程中，組元元素在析出的固相中不斷大過程中，組元元素在析出的固相中不斷的發(fā)生遷移。但原子在固體中的遷移相對的發(fā)生遷移。但原子在固體中的遷移相對結(jié)晶過程是較慢的結(jié)晶過程是較慢的( (原子的遷移是擴(kuò)散過原子的遷移是擴(kuò)散過程，以后專門討論程，以后專門討論

10、) )，可見完全達(dá)到平衡，可見完全達(dá)到平衡凝固是較困難的，需要相當(dāng)長的時(shí)間，一凝固是較困難的，需要相當(dāng)長的時(shí)間，一般的冷卻凝固達(dá)不到平衡狀態(tài)。般的冷卻凝固達(dá)不到平衡狀態(tài)。 過程：過程： 在冷卻速度較快時(shí)的凝固是非平衡凝固，從相圖中可見，在略低于開始在冷卻速度較快時(shí)的凝固是非平衡凝固，從相圖中可見，在略低于開始凝固溫度凝固溫度t t 1 1下開始析出的固體的成分為下開始析出的固體的成分為1 1，到，到t t 2 2溫度晶體表面生長的成分溫度晶體表面生長的成分可為可為2 2，由于擴(kuò)散速度跟不上來，心部的成分來不及達(dá)到和表面一樣就冷卻，由于擴(kuò)散速度跟不上來，心部的成分來不及達(dá)到和表面一樣就冷卻到下一

11、溫度到下一溫度t t 3 3，因此析出的固體的成分表里不一，平均成分也偏離了固相線。，因此析出的固體的成分表里不一，平均成分也偏離了固相線。到達(dá)平衡和固相線交點(diǎn)的溫度到達(dá)平衡和固相線交點(diǎn)的溫度t t f f時(shí)還有液相存在，繼續(xù)冷卻到一更低的溫度，時(shí)還有液相存在，繼續(xù)冷卻到一更低的溫度，固體的平均成分回到合金成分時(shí)液體消失，凝固過程才結(jié)束。固體的平均成分回到合金成分時(shí)液體消失，凝固過程才結(jié)束。 四、固溶體材料非平衡冷卻四、固溶體材料非平衡冷卻第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固非平衡凝固的特點(diǎn)有：非平衡凝固的特點(diǎn)有：凝固過程中，液、固兩相的成分偏離液、固相線；凝固過

12、程中，液、固兩相的成分偏離液、固相線；凝固過程進(jìn)行到一更低的溫度才能完成；凝固過程進(jìn)行到一更低的溫度才能完成；生成固體的成分是不均勻的。生成固體的成分是不均勻的。隨著冷卻速度的加大，這些差別特點(diǎn)表現(xiàn)的愈明顯。隨著冷卻速度的加大，這些差別特點(diǎn)表現(xiàn)的愈明顯。 結(jié)果：結(jié)果：生成固體的成分不均勻較偏析，快速冷卻時(shí)在一個(gè)晶粒內(nèi)部先后結(jié)晶生成固體的成分不均勻較偏析，快速冷卻時(shí)在一個(gè)晶粒內(nèi)部先后結(jié)晶的成分有差別，所以稱為晶內(nèi)偏析，金屬的晶體往往以樹枝晶方式生長，偏的成分有差別，所以稱為晶內(nèi)偏析，金屬的晶體往往以樹枝晶方式生長，偏析的分布表現(xiàn)為不同層次的枝晶成分有差別，因此這種偏析又稱枝晶偏析。析的分布表現(xiàn)為

13、不同層次的枝晶成分有差別，因此這種偏析又稱枝晶偏析。 晶內(nèi)偏析的程度決定于：晶內(nèi)偏析的程度決定于：相圖中液相圖中液固相線相距愈遠(yuǎn)，組元元素原子的遷移固相線相距愈遠(yuǎn)，組元元素原子的遷移能力愈低能力愈低( (擴(kuò)散系數(shù)小擴(kuò)散系數(shù)小) )，冷卻速度愈大，造成的晶內(nèi)偏析將愈嚴(yán)重。，冷卻速度愈大，造成的晶內(nèi)偏析將愈嚴(yán)重。 消除偏析的方法：消除偏析的方法：前兩條原因是不可前兩條原因是不可更改更改的，但并不是采用慢速冷卻，因?yàn)榈模⒉皇遣捎寐倮鋮s，因?yàn)槁倮鋮s會使晶粒變大，最高和最低成分之間的距離加大消除更困難，而是慢速冷卻會使晶粒變大，最高和最低成分之間的距離加大消除更困難，而是快速冷卻，細(xì)化晶粒，會帶

14、來晶內(nèi)的偏析，即宏觀均勻快速冷卻，細(xì)化晶粒，會帶來晶內(nèi)的偏析，即宏觀均勻而而微觀有大的差別，微觀有大的差別，凝固后重新加熱到略低于熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，讓原子在這時(shí)進(jìn)凝固后重新加熱到略低于熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，讓原子在這時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散遷移，達(dá)到均勻，這行擴(kuò)散遷移，達(dá)到均勻，這種種方法稱為均勻化退火。方法稱為均勻化退火。 五、固溶體中溶質(zhì)的分布五、固溶體中溶質(zhì)的分布 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固 由于固溶體凝固中，析出固體的成分與液體不相同，并由于固溶體凝固中，析出固體的成分與液體不相同，并且在凝固時(shí)達(dá)不到平衡，所以凝固后溶質(zhì)的分布是不均勻的，且

15、在凝固時(shí)達(dá)不到平衡，所以凝固后溶質(zhì)的分布是不均勻的，當(dāng)然這種不均勻有時(shí)也可帶來有利的利用。下面僅就幾種特當(dāng)然這種不均勻有時(shí)也可帶來有利的利用。下面僅就幾種特例討論。例討論。 如圖所示相圖的一部分，在溫度如圖所示相圖的一部分，在溫度t t時(shí)，平衡時(shí)，平衡的液的液固相成分的比，稱為平衡分配系數(shù)。固相成分的比，稱為平衡分配系數(shù)。 lscck/0 實(shí)際凝固時(shí)原子的遷移需要一過程，液體實(shí)際凝固時(shí)原子的遷移需要一過程，液體和固體的成分達(dá)不到相圖所示的平衡狀態(tài)，和固體的成分達(dá)不到相圖所示的平衡狀態(tài)，這時(shí)分析采用這時(shí)分析采用“有效分配系數(shù)有效分配系數(shù)”，它定義為：，它定義為：blisecck)()(濃度邊界層

16、以外的液體平均相的濃度凝固時(shí)固液界面處固有效分配系數(shù)不是一常數(shù)，而是隨凝固過程有所變化。有效分配系數(shù)不是一常數(shù)，而是隨凝固過程有所變化。五、固溶體中溶質(zhì)的分布五、固溶體中溶質(zhì)的分布 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固 如果有一長度為如果有一長度為l l的桿形凝固體，假設(shè)凝固過程為一端散熱，并且液的桿形凝固體，假設(shè)凝固過程為一端散熱，并且液體中原子擴(kuò)散和對流可達(dá)到成分均勻，而固體中遷移慢設(shè)為凝固后基本體中原子擴(kuò)散和對流可達(dá)到成分均勻，而固體中遷移慢設(shè)為凝固后基本不能變。當(dāng)合金的成分為不能變。當(dāng)合金的成分為c c0 0，開始析出的固體成分為，開始析出的固體成分為k

17、k0 0c c0 0，變化趨勢如圖。，變化趨勢如圖。已經(jīng)凝固距離已經(jīng)凝固距離x x后，在凝固后，在凝固dxdx時(shí)，按溶質(zhì)的變化有：時(shí)，按溶質(zhì)的變化有： 000)0()0(c0kcccxls 時(shí)，當(dāng)例一：定向凝固時(shí)溶質(zhì)分布規(guī)律例一：定向凝固時(shí)溶質(zhì)分布規(guī)律五、固溶體中溶質(zhì)的分布五、固溶體中溶質(zhì)的分布 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固例二：關(guān)于區(qū)域熔煉例二：關(guān)于區(qū)域熔煉六、成分過冷六、成分過冷 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固 在正溫度梯度下，純金屬的生長方式為平面推進(jìn)，而固在正溫度梯度下，純金屬的生長方式為平面推進(jìn)，而固溶體凝固時(shí)

18、，卻有樹枝狀生長和胞狀生長存在，這是由于凝溶體凝固時(shí)，卻有樹枝狀生長和胞狀生長存在，這是由于凝固過程中，成分是在不斷變化，液體和固體的成分均不能達(dá)固過程中，成分是在不斷變化，液體和固體的成分均不能達(dá)到平衡狀態(tài)，產(chǎn)生了成分過冷現(xiàn)象。到平衡狀態(tài)，產(chǎn)生了成分過冷現(xiàn)象。 六、成分過冷六、成分過冷 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固成分過冷現(xiàn)象成分過冷現(xiàn)象： 在相圖中，成分為在相圖中，成分為c0的合金凝的合金凝固時(shí)，開始析出的固相為固時(shí)，開始析出的固相為k0c0，多，多余的余的b組元排放到液體中，在界面組元排放到液體中，在界面處處b組元的濃度高于平均值，逐漸組元的濃度高于

19、平均值，逐漸向液體中擴(kuò)散。在液體未達(dá)到均勻向液體中擴(kuò)散。在液體未達(dá)到均勻時(shí)，結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行，新析出的固體時(shí)，結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行，新析出的固體成分中成分中b的量也隨著上升，同時(shí)液的量也隨著上升，同時(shí)液體中界面處體中界面處b濃度上升到更高的水濃度上升到更高的水平，擴(kuò)散的速度因濃度差的提高而平，擴(kuò)散的速度因濃度差的提高而加快。遠(yuǎn)處液體的成分依然為加快。遠(yuǎn)處液體的成分依然為c0，到到b組元的擴(kuò)散量和固體排放平衡組元的擴(kuò)散量和固體排放平衡時(shí)，析出固體的成分也為時(shí)，析出固體的成分也為c0，這時(shí)，這時(shí)的成分分布如圖的成分分布如圖b所示。所示。 六、成分過冷六、成分過冷 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻

20、晶相圖與固溶體的凝固成分過冷現(xiàn)象成分過冷現(xiàn)象： 對照相圖，液體的開始凝固溫度對照相圖，液體的開始凝固溫度隨著液體的成分變化而變化，圖隨著液體的成分變化而變化，圖c給給出其分布曲線出其分布曲線tl(x)，如果，如果g2為實(shí)際為實(shí)際溫度，對比可以看出在界面前沿的液溫度，對比可以看出在界面前沿的液體中的一小區(qū)域內(nèi)，盡管溫度比界面體中的一小區(qū)域內(nèi)，盡管溫度比界面處高，卻存在一定的過冷度，這種由處高，卻存在一定的過冷度，這種由成分的不均勻而產(chǎn)生的過冷度稱為成分的不均勻而產(chǎn)生的過冷度稱為成分過冷成分過冷。 固溶體凝固過程中，由于析出的固溶體凝固過程中，由于析出的固體的成分和原液體有一定的差別，固體的成分和

21、原液體有一定的差別，排放到液體中的某些組元來不及均勻，排放到液體中的某些組元來不及均勻，這種因成分偏差對應(yīng)的凝固溫度也不這種因成分偏差對應(yīng)的凝固溫度也不同而造成的附加過冷度稱為成分過冷。同而造成的附加過冷度稱為成分過冷。 六、成分過冷六、成分過冷 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固成分過冷對凝固過程的影響成分過冷對凝固過程的影響 由于不同的固溶體對應(yīng)的相圖形由于不同的固溶體對應(yīng)的相圖形式不同，不同組元的擴(kuò)散能力各自不式不同，不同組元的擴(kuò)散能力各自不同，加上凝固過程的實(shí)際溫度分布也同，加上凝固過程的實(shí)際溫度分布也不相同，成分過冷的影響也必然存在不相同，成分過冷的影

22、響也必然存在差別，凝固后的組織也各不相同。差別，凝固后的組織也各不相同。1.1. 實(shí)際溫度梯度較大，在凝固過程實(shí)際溫度梯度較大，在凝固過程中中不出現(xiàn)不出現(xiàn)成分過冷現(xiàn)象。成分過冷現(xiàn)象。2.2. 成分成分過冷區(qū)較小過冷區(qū)較小，界面處的不平衡生長的凸起始終處在領(lǐng)先，界面處的不平衡生長的凸起始終處在領(lǐng)先的狀態(tài)，但這個(gè)凸起既不會消失，也不能發(fā)展到成分過冷區(qū)的狀態(tài)，但這個(gè)凸起既不會消失，也不能發(fā)展到成分過冷區(qū)外，凸起和底部的微小成分有一定差別而發(fā)展成胞狀組織。外，凸起和底部的微小成分有一定差別而發(fā)展成胞狀組織。 六、成分過冷六、成分過冷 第二節(jié)第二節(jié) 二元勻晶相圖與固溶體的凝固二元勻晶相圖與固溶體的凝固成

23、分過冷對凝固過程的影響成分過冷對凝固過程的影響 3.3. 中區(qū)域的成分過冷可能生成胞中區(qū)域的成分過冷可能生成胞狀到樹枝晶的各種過渡組織。狀到樹枝晶的各種過渡組織。5.5. 如果成分過冷區(qū)域特別大，得到的成分過冷度也十分大，若如果成分過冷區(qū)域特別大，得到的成分過冷度也十分大，若達(dá)到形核要求的過冷度時(shí)，在成分過冷區(qū)可能形成新的晶核，達(dá)到形核要求的過冷度時(shí)，在成分過冷區(qū)可能形成新的晶核，新晶核的生長阻礙原晶粒生長，對柱狀晶的發(fā)展產(chǎn)生隔斷作新晶核的生長阻礙原晶粒生長，對柱狀晶的發(fā)展產(chǎn)生隔斷作用。用。 4.4. 成分過冷區(qū)較大，凸起發(fā)展較成分過冷區(qū)較大，凸起發(fā)展較長，在凸起上再生新的凸起，長，在凸起上再

24、生新的凸起，就可生成樹枝晶。就可生成樹枝晶。第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶相圖二元共晶相圖一、相圖形式一、相圖形式 兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，一組元溶入兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，一組元溶入另一組元中時(shí)另一組元中時(shí)都都使凝固溫度下降，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。如使凝固溫度下降，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。如pbpbsnsn、agagcucu等形成二元合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖。等形成二元合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖。 相圖的構(gòu)成相圖的構(gòu)成：t ta ae e和和t tb be e為兩液相線，為兩液相線，與其對應(yīng)的與其對應(yīng)的t ta ac c和和t tb bd d為兩固相線；為兩固相線；cgc

25、g和和dhdh固溶體固溶體、的溶解度隨溫的溶解度隨溫度變化線；度變化線；cedced為為水平水平共晶線。將共晶線。將相圖分成相圖分成三個(gè)單相區(qū)三個(gè)單相區(qū) l l、；三個(gè)雙相區(qū)三個(gè)雙相區(qū)l l、l l、和和 一個(gè)三相區(qū)一個(gè)三相區(qū)l l，即，即cedced為共晶線。為共晶線。 二、共晶體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖過程過程 在在t te e溫度以上僅是液體的冷卻溫度以上僅是液體的冷卻到達(dá)略低于到達(dá)略低于t te e的溫度，按的溫度，按l l相區(qū)分析應(yīng)為從液體中析出相區(qū)分析應(yīng)為從液體中析出c c成分的成分的相，而相，而按按l l相區(qū)分析應(yīng)從液體中析出相區(qū)分析應(yīng)從液體中

26、析出d d成分的成分的相。如果相。如果和和按一定的比例析按一定的比例析出，最終液體的成分不變，兩固相不斷同時(shí)析出，即共同結(jié)晶，故稱為共晶出，最終液體的成分不變，兩固相不斷同時(shí)析出，即共同結(jié)晶，故稱為共晶轉(zhuǎn)變，直到液體完全消失，結(jié)晶過程轉(zhuǎn)變，直到液體完全消失，結(jié)晶過程完成完成，得到的是兩固相的混合物，稱為，得到的是兩固相的混合物，稱為共晶體。共晶體。在在t te e溫度以下僅是固體的冷卻溫度以下僅是固體的冷卻成分為成分為e點(diǎn)合金的凝固點(diǎn)合金的凝固二、共晶體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖形核特點(diǎn)形核特點(diǎn)交替形核交替形核 在一定的過冷度下，盡管兩固相都可能從液體中在一定

27、的過冷度下，盡管兩固相都可能從液體中形核，由于兩固溶體的成分結(jié)構(gòu)的差別，總有一個(gè)固相先形核，形核，由于兩固溶體的成分結(jié)構(gòu)的差別，總有一個(gè)固相先形核，它稱為領(lǐng)先相，設(shè)領(lǐng)先相為它稱為領(lǐng)先相，設(shè)領(lǐng)先相為，由于，由于富富a a組元，其生長時(shí)附組元，其生長時(shí)附近液體則富近液體則富b b組元，組元，的存在和液體中的存在和液體中b b的富集，的富集，相將附著在相將附著在上形核并長大，同理在上形核并長大，同理在相外將附著相外將附著的形核長大。這種方的形核長大。這種方式就是交替形核。此外也有人認(rèn)為交替形核是以邊緣橋接生長式就是交替形核。此外也有人認(rèn)為交替形核是以邊緣橋接生長方式來實(shí)現(xiàn)的。方式來實(shí)現(xiàn)的。 二、共晶

28、體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖生長特點(diǎn)生長特點(diǎn)共同生長共同生長 兩個(gè)相長大時(shí)都要兩個(gè)相長大時(shí)都要排放相應(yīng)的溶質(zhì)組元，排出的溶排放相應(yīng)的溶質(zhì)組元，排出的溶質(zhì)將阻礙自身的生長，但兩相同質(zhì)將阻礙自身的生長，但兩相同時(shí)生長時(shí)，一相排出的組元正是時(shí)生長時(shí)，一相排出的組元正是另一相生長所需要的，所以兩相另一相生長所需要的，所以兩相的生長過程將互相促進(jìn)，最后是的生長過程將互相促進(jìn)，最后是兩相共同攜手長大。由于兩固相兩相共同攜手長大。由于兩固相的成分是固定的，綜合成分應(yīng)和的成分是固定的，綜合成分應(yīng)和液體的成分相同，它們的數(shù)量反液體的成分相同，它們的數(shù)量反映在二者的厚度相對比例上

29、。映在二者的厚度相對比例上。 二、共晶體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖組織特點(diǎn)組織特點(diǎn) 當(dāng)兩個(gè)固相都是金屬性較當(dāng)兩個(gè)固相都是金屬性較強(qiáng)相時(shí)，共晶體一般生長成層強(qiáng)相時(shí)，共晶體一般生長成層片狀。當(dāng)兩相的相對數(shù)量比相片狀。當(dāng)兩相的相對數(shù)量比相差懸殊時(shí)，在界面能的作用下，差懸殊時(shí)，在界面能的作用下，數(shù)量較小的相將收縮為條、棒數(shù)量較小的相將收縮為條、棒狀，更少時(shí)為纖維狀，甚至為狀，更少時(shí)為纖維狀，甚至為點(diǎn)點(diǎn)( (球球) )狀。狀。 當(dāng)有一相或兩相都具有較強(qiáng)的非金屬性時(shí)，它們表現(xiàn)出較當(dāng)有一相或兩相都具有較強(qiáng)的非金屬性時(shí)，它們表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性，不同方向的生長速度不同，并且有

30、特定的角度強(qiáng)的各向異性，不同方向的生長速度不同，并且有特定的角度關(guān)系，同時(shí)生長過程要求的動態(tài)過冷度也有差異，往往有一個(gè)關(guān)系，同時(shí)生長過程要求的動態(tài)過冷度也有差異，往往有一個(gè)相在生長中起主導(dǎo)作用，決定了兩相的分布，共晶體的形態(tài)也相在生長中起主導(dǎo)作用，決定了兩相的分布，共晶體的形態(tài)也具有獨(dú)特性，這時(shí)常見的形態(tài)有針狀、骨肋狀、蜘蛛網(wǎng)狀、螺具有獨(dú)特性，這時(shí)常見的形態(tài)有針狀、骨肋狀、蜘蛛網(wǎng)狀、螺旋狀等。旋狀等。 二、共晶體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖二、共晶體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖二、共晶體的形成二、共晶體的形成第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶

31、二元共晶相圖相圖三、典型合金的凝固三、典型合金的凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖1. 1. 合金合金iv(iv(成分在成分在e e點(diǎn)附近點(diǎn)附近) )特點(diǎn)特點(diǎn) 1)1) 在液體中在液體中和和同時(shí)具有析同時(shí)具有析出條件，都可以析出。出條件，都可以析出。2)2) 由于由于和和析出過程在成分析出過程在成分上可以互相補(bǔ)充和促進(jìn)，共上可以互相補(bǔ)充和促進(jìn)，共同析出。同析出。3)3) 凝固過程可以在恒溫下進(jìn)行凝固過程可以在恒溫下進(jìn)行到結(jié)束。到結(jié)束。4)4) 最終得到兩相交替的混合組最終得到兩相交替的混合組織。織。結(jié)論結(jié)論：合金合金(成分在成分在e e點(diǎn)附近點(diǎn)附近) l ) l + + 轉(zhuǎn)變發(fā)生在轉(zhuǎn)變

32、發(fā)生在t te e溫度，溫度，得到得到的兩項(xiàng)交替分布的組織稱為的兩項(xiàng)交替分布的組織稱為共晶體共晶體。 三、典型合金的凝固三、典型合金的凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖2. 2. 合金合金(成分在成分在agag之間之間) ) l l l+l+ 轉(zhuǎn)變過程完全同固溶體，最轉(zhuǎn)變過程完全同固溶體，最后組織為單相固溶體。后組織為單相固溶體。 3. 3. 合金合金(成分在成分在gcgc之間之間) ) l l l+l+ + +iiii 在到在到cgcg線之前同線之前同固溶體，到固溶體，到cgcg線之下，線之下，相中溶劑相中溶劑b b組元的量為過飽和，從中將有組元的量為過飽和，從中將有相析出。相析出。

33、一般從固態(tài)一般從固態(tài)析出的析出的相在的內(nèi)部成點(diǎn)狀分布。值得指出的是相在的內(nèi)部成點(diǎn)狀分布。值得指出的是量少時(shí)往往量少時(shí)往往先在先在的晶界處，此外，固態(tài)析出轉(zhuǎn)變原子遷移和的晶界處，此外，固態(tài)析出轉(zhuǎn)變原子遷移和形核較困難，當(dāng)過飽和形核較困難，當(dāng)過飽和度不大時(shí)，這個(gè)析出往往不發(fā)生。度不大時(shí)，這個(gè)析出往往不發(fā)生。 三、典型合金的凝固三、典型合金的凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖4.4.合金合金(成分在成分在cece之間之間) )l l l+l+ 初初+(+(l+l+) (+) (初初+ + iiii)+(+)+(+)共共 在到達(dá)在到達(dá)t te e溫度前轉(zhuǎn)變同固溶體的轉(zhuǎn)變溫度前轉(zhuǎn)變同固溶體的轉(zhuǎn)變

34、, ,在在t te e溫度溫度下剩余的液體下剩余的液體轉(zhuǎn)變同轉(zhuǎn)變同共晶成共晶成分分e(e(合金合金)的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。 三、典型合金的凝固三、典型合金的凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖室溫下的平衡相室溫下的平衡相室溫下的組織組成物室溫下的組織組成物四、共晶合金非平衡凝固四、共晶合金非平衡凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖1 1、冷卻速度較快、冷卻速度較快，共晶體的形成轉(zhuǎn)變進(jìn)行較快，共晶體中兩，共晶體的形成轉(zhuǎn)變進(jìn)行較快，共晶體中兩相的層片間距變小相的層片間距變小( (相對的比例仍舊不變相對的比例仍舊不變) )；非共晶部分的轉(zhuǎn)變；非共晶部分的轉(zhuǎn)變同固溶體的非平衡轉(zhuǎn)變。同固溶體的非平

35、衡轉(zhuǎn)變。 2 2、偽共晶、偽共晶 在共晶點(diǎn)附近非共在共晶點(diǎn)附近非共晶成分的合金在快速冷卻時(shí)，少晶成分的合金在快速冷卻時(shí)，少量初生相的析出未進(jìn)行就被冷卻量初生相的析出未進(jìn)行就被冷卻到共晶溫度以下，直接發(fā)生共晶到共晶溫度以下，直接發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，可以得到全部的共晶體組轉(zhuǎn)變，可以得到全部的共晶體組織，這種組織稱為偽共晶。它們織，這種組織稱為偽共晶。它們的形貌和共晶體沒有明顯的差別，的形貌和共晶體沒有明顯的差別，僅內(nèi)部兩相的數(shù)量比有覺察不到僅內(nèi)部兩相的數(shù)量比有覺察不到差別。差別。 四、共晶合金非平衡凝固四、共晶合金非平衡凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖3 3、亞、亞( (過過) )共晶共晶成分

36、的合金在快成分的合金在快速冷卻時(shí)，由固溶體析出和偽共速冷卻時(shí)，由固溶體析出和偽共晶轉(zhuǎn)變綜合可知，晶轉(zhuǎn)變綜合可知，初晶的晶粒初晶的晶粒細(xì)化；細(xì)化；初生相內(nèi)有晶內(nèi)偏析初生相內(nèi)有晶內(nèi)偏析( (可能為枝晶偏析可能為枝晶偏析) )；共晶體細(xì)共晶體細(xì)化且多為偽共晶；化且多為偽共晶；共晶體的數(shù)共晶體的數(shù)量多于平衡態(tài)。量多于平衡態(tài)。 4 4、出現(xiàn)非平衡共晶、出現(xiàn)非平衡共晶 c c點(diǎn)附近未到共晶平衡的合金，在冷卻到點(diǎn)附近未到共晶平衡的合金，在冷卻到共晶溫度以下時(shí)，固溶體凝固未完成，余下的液體成分也到共共晶溫度以下時(shí)，固溶體凝固未完成，余下的液體成分也到共晶成分附近，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。這種本不應(yīng)該有共晶體的材料因晶成

37、分附近，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。這種本不應(yīng)該有共晶體的材料因冷卻速度過快，發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變而生成的共晶體稱為非平衡共冷卻速度過快，發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變而生成的共晶體稱為非平衡共晶。非平衡共晶的數(shù)量隨冷卻速度的加快而增加，但總量較少，晶。非平衡共晶的數(shù)量隨冷卻速度的加快而增加，但總量較少，一般出現(xiàn)在幾個(gè)晶粒的交界處。一般出現(xiàn)在幾個(gè)晶粒的交界處。 四、共晶合金非平衡凝固四、共晶合金非平衡凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元共晶二元共晶相圖相圖5 5、離異共晶、離異共晶 在在c c點(diǎn)附近凝固形成的共晶體數(shù)量較少時(shí)，有時(shí)點(diǎn)附近凝固形成的共晶體數(shù)量較少時(shí)，有時(shí)共晶體中的同初生相相同的一相依附在初生相上，另一相擠到共晶體中的同初生相相同

38、的一相依附在初生相上，另一相擠到初生相的晶界單獨(dú)存在，這種見不到共晶形貌的共晶體稱為離初生相的晶界單獨(dú)存在，這種見不到共晶形貌的共晶體稱為離異共晶。它可發(fā)生在平衡凝固時(shí)，而非平衡共晶有時(shí)也以離異異共晶。它可發(fā)生在平衡凝固時(shí)，而非平衡共晶有時(shí)也以離異共晶的形式出現(xiàn)。共晶的形式出現(xiàn)。第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶相圖二元包晶相圖一、相圖形式一、相圖形式 兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，并且發(fā)生包兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，并且發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。晶轉(zhuǎn)變。 相圖的構(gòu)成相圖的構(gòu)成：acac和和bcbc為兩液相線，為兩液相線，與其對應(yīng)的與其對應(yīng)的adad和和bpbp為兩固相線；為兩固相線；dfdf

39、和和pgpg固溶體固溶體、的溶解度隨溫度的溶解度隨溫度變化線；變化線；dpcdpc為包晶轉(zhuǎn)變線。為包晶轉(zhuǎn)變線。它們分隔相圖為三個(gè)單相區(qū)它們分隔相圖為三個(gè)單相區(qū)l l、；三個(gè)雙相區(qū)；三個(gè)雙相區(qū)l l、l l、； 一個(gè)三相區(qū)一個(gè)三相區(qū) l l，即即水平線水平線dpcdpc為包晶線。為包晶線。包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變 l+l+ 二、包晶體轉(zhuǎn)變二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶二元包晶相圖相圖過程過程 在液相區(qū)為液體的冷卻，進(jìn)入在液相區(qū)為液體的冷卻，進(jìn)入兩相區(qū)，發(fā)生與固溶體凝固相同的兩相區(qū)，發(fā)生與固溶體凝固相同的凝固轉(zhuǎn)變，到達(dá)凝固轉(zhuǎn)變，到達(dá)p p點(diǎn)，液體的成分為點(diǎn)，液體的成分為c c，固體的成分為，固體的成

40、分為d d。 從從l+l+相區(qū)可知也滿足液體和相區(qū)可知也滿足液體和相的平衡，相的平衡，與與c c成分成分液體液體平衡還有平衡還有p p成分的固體成分的固體相。相。 成分為成分為p點(diǎn)合金的凝固點(diǎn)合金的凝固二、包晶體轉(zhuǎn)變二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶二元包晶相圖相圖過程過程 相的形核在相的形核在相晶體和液體相晶體和液體的邊界處，由于的邊界處，由于相的成分介于相的成分介于液體和液體和相之間，所以它是靠消相之間，所以它是靠消耗部分已有的耗部分已有的相和部分液體來相和部分液體來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。成分為成分為p點(diǎn)合金的凝固點(diǎn)合金的凝固 相的生長在液體和相的生長在液體和相的交相的交界面處最有利，沿邊界同時(shí)消

41、耗界面處最有利，沿邊界同時(shí)消耗液體和液體和相來長大，形成的相來長大，形成的相相包圍在包圍在相外圍，將相外圍，將相與液體相與液體分隔開，所以把這種轉(zhuǎn)變稱為包分隔開，所以把這種轉(zhuǎn)變稱為包晶轉(zhuǎn)變。晶轉(zhuǎn)變。 二、包晶體轉(zhuǎn)變二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶二元包晶相圖相圖過程過程 在略低于在略低于t tp p的溫度下，進(jìn)一步的溫度下，進(jìn)一步的生長過程，伴隨的生長過程，伴隨a a組元從組元從相穿過相穿過相到達(dá)液體界面，液體轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗟竭_(dá)液體界面，液體轉(zhuǎn)變?yōu)橄啵瑫r(shí)多余的相，同時(shí)多余的b b組元穿過組元穿過相到達(dá)相到達(dá)相界面，相界面，相中相中b b組元的減少使部組元的減少使部分分相轉(zhuǎn)變?yōu)橄噢D(zhuǎn)變?yōu)橄嘁员ＷC相

42、以保證相要求相要求的成分。即的成分。即相長大的過程是相長大的過程是a a組元組元穿過穿過相向液體處擴(kuò)散，相向液體處擴(kuò)散，b b組元穿過組元穿過相向相向相處擴(kuò)散，同時(shí)消耗液相相處擴(kuò)散，同時(shí)消耗液相和和相。相。 成分為成分為p點(diǎn)合金的凝固點(diǎn)合金的凝固二、包晶體轉(zhuǎn)變二、包晶體轉(zhuǎn)變第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶二元包晶相圖相圖過程過程 開始發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變時(shí)開始發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變時(shí)相的數(shù)量為相的數(shù)量為 ： 成分為成分為p點(diǎn)合金的凝固點(diǎn)合金的凝固pcdpwwl相的成分在相的成分在p p點(diǎn)，液體和點(diǎn)，液體和相的成相的成分分別在分分別在c c、d d，所以它們消耗的比，所以它們消耗的比例例：pcdpwwl這這兩兩個(gè)比例恰好個(gè)

43、比例恰好相等，理論上講相等，理論上講液液體和體和相同時(shí)消耗完畢，得到單一相同時(shí)消耗完畢，得到單一的的相晶體。相晶體。 三、典型合金的冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)⒌湫秃辖鸬睦鋮s轉(zhuǎn)變 第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶二元包晶相圖相圖1. b1. b組元的含量在組元的含量在dpdp之間之間 到達(dá)包晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)到達(dá)包晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，比較可知，固相將有剩余，殘余的變，比較可知，固相將有剩余，殘余的相在相在相的晶粒內(nèi)部。相的晶粒內(nèi)部。2. 2. b b組元的含量在組元的含量在pcpc之間之間 同理同理到達(dá)包晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生包晶到達(dá)包晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變，包晶轉(zhuǎn)變以包晶轉(zhuǎn)變以相消耗完而相消耗完而

44、結(jié)束。再剩余的液體進(jìn)入結(jié)束。再剩余的液體進(jìn)入l l兩兩相平衡相區(qū)，按固溶體的凝固方相平衡相區(qū)，按固溶體的凝固方式轉(zhuǎn)變，成分分別沿式轉(zhuǎn)變，成分分別沿cbcb和和pbpb曲線曲線變化，直到液體全部消耗為止。變化，直到液體全部消耗為止。最終的組織為單一的最終的組織為單一的相。相。 其他成分不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，不再重復(fù)分析。其他成分不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，不再重復(fù)分析。四、非平衡轉(zhuǎn)變組織四、非平衡轉(zhuǎn)變組織 第四節(jié)第四節(jié) 二元包晶二元包晶相圖相圖 包晶轉(zhuǎn)變過程伴隨組元在包晶轉(zhuǎn)變過程伴隨組元在相的固體中擴(kuò)散遷移，因此包相的固體中擴(kuò)散遷移，因此包晶轉(zhuǎn)變進(jìn)行的非常緩慢，達(dá)到上述情況是理想的平衡分析，實(shí)晶轉(zhuǎn)變進(jìn)行的非常緩慢

45、，達(dá)到上述情況是理想的平衡分析，實(shí)際冷卻很難實(shí)現(xiàn)。際冷卻很難實(shí)現(xiàn)。 在一般的冷卻條件下，包晶轉(zhuǎn)變未在一般的冷卻條件下，包晶轉(zhuǎn)變未結(jié)束，系統(tǒng)已經(jīng)到結(jié)束，系統(tǒng)已經(jīng)到t tp p以下的溫度，液體以下的溫度，液體將將將將按按l l兩相平衡規(guī)律直接凝固結(jié)兩相平衡規(guī)律直接凝固結(jié)晶。晶。p p點(diǎn)成分的合金一方面會有部分點(diǎn)成分的合金一方面會有部分相殘留，另一方面相殘留，另一方面相的成分偏離相的成分偏離p p點(diǎn)，點(diǎn)，以這種不平衡的組織保留下來。以這種不平衡的組織保留下來。 成分在成分在dp之間的合金，由于包晶轉(zhuǎn)變的不充分，在之間的合金，由于包晶轉(zhuǎn)變的不充分，在相相的晶界處會有液體直接凝固生成的的晶界處會有液體直

46、接凝固生成的相存在。相存在。 成分在成分在pcpc之間的合金，本來不應(yīng)該有剩余的之間的合金，本來不應(yīng)該有剩余的相，相，由于包由于包晶轉(zhuǎn)變的不充分，在晶轉(zhuǎn)變的不充分，在相的晶體內(nèi)部將會有殘留的相的晶體內(nèi)部將會有殘留的相存在。相存在。 第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜二元相圖分析方法復(fù)雜二元相圖分析方法一、相圖形式一、相圖形式1 1、形成穩(wěn)定化合物的相圖、形成穩(wěn)定化合物的相圖一、相圖形式一、相圖形式第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜二元相圖分析方法復(fù)雜二元相圖分析方法2 2、固態(tài)轉(zhuǎn)變的相圖、固態(tài)轉(zhuǎn)變的相圖二、分析方法二、分析方法第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜二元相圖分析方法復(fù)雜二元相圖分析方法1、二元相圖中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變二元相圖中可能發(fā)生

47、的轉(zhuǎn)變 兩個(gè)組元構(gòu)成的相圖，盡管最多只能出現(xiàn)三相平衡，但實(shí)際材料中由兩個(gè)組元構(gòu)成的相圖，盡管最多只能出現(xiàn)三相平衡，但實(shí)際材料中由于兩組元往往能生成不同的化合物，實(shí)際的二元相圖有一些就相當(dāng)復(fù)雜。于兩組元往往能生成不同的化合物，實(shí)際的二元相圖有一些就相當(dāng)復(fù)雜。 二、分析方法二、分析方法第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜二元相圖分析方法復(fù)雜二元相圖分析方法2、復(fù)雜相圖分析方法復(fù)雜相圖分析方法 高溫下大多為均勻的液相，組元在兩邊線，附近有組元為溶高溫下大多為均勻的液相，組元在兩邊線，附近有組元為溶劑的固溶體劑的固溶體( (端際固溶體端際固溶體) )，可能有的溶解度非常小，固溶體，可能有的溶解度非常小，固溶體區(qū)域縮小近

48、似為直線。區(qū)域縮小近似為直線。 在相圖的中部所有找到生成的化合物在相圖的中部所有找到生成的化合物( (中間相中間相) )，這些中間相，這些中間相為溶劑，溶入組元形成單相區(qū)。非常穩(wěn)定的化合物，特別是為溶劑，溶入組元形成單相區(qū)。非常穩(wěn)定的化合物，特別是正常價(jià)化合物，溶解組元的能力非常低，退化為直線。正常價(jià)化合物，溶解組元的能力非常低，退化為直線。 以中間的單相區(qū)為界將相圖分割成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)域?yàn)橐灾虚g的單相區(qū)為界將相圖分割成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)域?yàn)橐呀?jīng)討論過的簡單相圖，按簡單相圖的規(guī)律來分析。已經(jīng)討論過的簡單相圖，按簡單相圖的規(guī)律來分析。 也可以用水平線為中心，即三相平衡為基礎(chǔ)來劃分區(qū)間，分也可

49、以用水平線為中心，即三相平衡為基礎(chǔ)來劃分區(qū)間，分解復(fù)雜相圖為基本類型。解復(fù)雜相圖為基本類型。 以中間的單相區(qū)為界將相圖分割成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)以中間的單相區(qū)為界將相圖分割成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)域?yàn)橐呀?jīng)討論過的簡單相圖，按簡單相圖的規(guī)律來分析。域?yàn)橐呀?jīng)討論過的簡單相圖，按簡單相圖的規(guī)律來分析。 三、相圖與材料性能的聯(lián)系三、相圖與材料性能的聯(lián)系1. 1. 力學(xué)、物理性能力學(xué)、物理性能第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)雜二元相圖分析方法復(fù)雜二元相圖分析方法三、相圖與材料性能的聯(lián)系三、相圖與材料性能的聯(lián)系第六節(jié)第六節(jié) 相圖與材料性能的聯(lián)系相圖與材料性能的聯(lián)系2.2.加工的工藝性能加工的工藝性能第六節(jié)第六節(jié) 鐵碳合金系相圖

50、鐵碳合金系相圖1 1、組元的特性、組元的特性 1 1）純鐵）純鐵純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變溫度為鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變溫度為770(居居里點(diǎn)里點(diǎn))，曾經(jīng)把，曾經(jīng)把770912無磁性無磁性(順磁性順磁性)的鐵稱為的鐵稱為fe。 工業(yè)純鐵的力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度、硬度工業(yè)純鐵的力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。低，塑性、韌性好。抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b180180230mpa230mpa延伸率延伸率 30305050斷面收縮率斷面收縮率70708080沖擊韌性沖擊韌性 a ak k160160200j/cm200j/cm2 2硬度硬度 505060hb 60hb 一、相圖分

51、析一、相圖分析一、相圖分析一、相圖分析第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖1 1、組元的特性、組元的特性 游離的碳有石墨和金剛石兩游離的碳有石墨和金剛石兩種晶體結(jié)構(gòu)，在鐵碳合金中的游種晶體結(jié)構(gòu)，在鐵碳合金中的游離態(tài)是石墨。石墨離態(tài)是石墨。石墨(graphite)(graphite)具具有簡單六方晶格。同一晶面上碳有簡單六方晶格。同一晶面上碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合原子以共價(jià)鍵結(jié)合, ,間距間距0.142nm0.142nm結(jié)合力較強(qiáng)，兩層晶面的間距為結(jié)合力較強(qiáng)，兩層晶面的間距為0.34nm0.34nm，結(jié)合力弱。，結(jié)合力弱。 石墨晶體長大時(shí)，沿層面的長大速度較快，即層面的擴(kuò)大石墨晶體長大時(shí)，沿層面

52、的長大速度較快，即層面的擴(kuò)大快而層的加厚慢，導(dǎo)致其結(jié)晶形態(tài)通常發(fā)展成片狀。快而層的加厚慢，導(dǎo)致其結(jié)晶形態(tài)通常發(fā)展成片狀。 石墨的性能特點(diǎn)為耐高溫，可導(dǎo)電，有一定的潤滑性，但石墨的性能特點(diǎn)為耐高溫，可導(dǎo)電，有一定的潤滑性，但其強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都極低。其強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都極低。 2 2）碳）碳2 2、鐵碳合金中的基本相、鐵碳合金中的基本相第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖相相 c c在在-fe-fe中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)為中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)為bccbcc，僅由，僅由相相形成的組織稱為形成的組織稱為鐵素體鐵素體，記為，記為 f f(ferrite)(ferrite)。 相

53、相 c c在在-fe-fe中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)為中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)為fccfcc，僅由，僅由相相形成的組織稱為形成的組織稱為奧氏體奧氏體，記為，記為 a a(austenite)(austenite)。 相相 c c在在-fe-fe中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)也為中的間隙固溶體，晶體結(jié)構(gòu)也為bccbcc，相出相出現(xiàn)的溫度較高，組織形貌一般不觀察，也有稱高溫鐵素體。現(xiàn)的溫度較高，組織形貌一般不觀察，也有稱高溫鐵素體。 fefe3 3c c相相 鐵和碳生成的間隙化合物，其中碳的重量百分比為鐵和碳生成的間隙化合物，其中碳的重量百分比為6.69%6.69%，晶體結(jié)構(gòu)是復(fù)雜正交晶系，僅由，晶體結(jié)構(gòu)

54、是復(fù)雜正交晶系，僅由fefe3 3c c相構(gòu)成的組織稱相構(gòu)成的組織稱為為滲碳體滲碳體，依然記為，依然記為fefe3 3c c，也有寫為，也有寫為cm(cementite)cm(cementite)。 石墨石墨 在鐵碳合金中的游離狀態(tài)下存在的碳為石墨，組織記在鐵碳合金中的游離狀態(tài)下存在的碳為石墨，組織記g g(graphite)(graphite)。 l l相相 碳在高溫下熔入液體，相圖中標(biāo)記碳在高溫下熔入液體，相圖中標(biāo)記 l l(liquid)(liquid)。 一、相圖分析一、相圖分析3 3、鐵碳合金三相平衡轉(zhuǎn)變、鐵碳合金三相平衡轉(zhuǎn)變第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 一、相圖分析一

55、、相圖分析這是一包晶反應(yīng)，發(fā)生在高溫，這是一包晶反應(yīng)，發(fā)生在高溫，并且在隨后的冷卻過程中組織還并且在隨后的冷卻過程中組織還會發(fā)生變化，不作討論。會發(fā)生變化，不作討論。 共晶反應(yīng)，產(chǎn)物共晶體組織稱為共晶反應(yīng)，產(chǎn)物共晶體組織稱為萊氏體萊氏體，記錄，記錄ldld(ledeburite) (ledeburite) 共析反應(yīng)，產(chǎn)物為兩相層片交替共析反應(yīng)，產(chǎn)物為兩相層片交替分布的共析體組織稱為分布的共析體組織稱為珠光體珠光體，記錄記錄p p(pearlite) (pearlite) 4 4、fefefefe3 3c c合金相圖合金相圖第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖圖1）相圖形式）相圖形式一、相

56、圖分析一、相圖分析4 4、fefefefe3 3c c合金相圖合金相圖第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖2）相圖中各點(diǎn)的參數(shù)及含義）相圖中各點(diǎn)的參數(shù)及含義一、相圖分析一、相圖分析4 4、fefefefe3 3c c合金相圖合金相圖第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖3）相圖中相區(qū)）相圖中相區(qū)五個(gè)單相區(qū)：液相區(qū)五個(gè)單相區(qū)：液相區(qū) l 高溫固溶體高溫固溶體 奧氏體奧氏體 (a) 鐵素體鐵素體 (f)滲碳體滲碳體 fe3c七個(gè)雙相區(qū)：七個(gè)雙相區(qū)：l l l fe3c fe3c fe3c三個(gè)三相區(qū)：三個(gè)三相區(qū)：hjb線線 l eck線線 l fe3cpsk線線 fe3c一、相圖分析一、相

57、圖分析二、二、 鐵碳合金平衡冷卻分析鐵碳合金平衡冷卻分析鐵碳合金按組織、性能、應(yīng)用特點(diǎn)分為以下類型：鐵碳合金按組織、性能、應(yīng)用特點(diǎn)分為以下類型： 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 (c%0.02%)(c%0.02%) 鋼鋼 (c%2.11%) (c%2.11%) (c%2.11%) 亞共晶、共晶、過共晶白口鑄鐵亞共晶、共晶、過共晶白口鑄鐵 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 亞共晶、共晶、過共晶灰口鑄鐵亞共晶、共晶、過共晶灰口鑄鐵 1 1、工業(yè)純鐵、工業(yè)純鐵(c%0.02%) (c%0.02%) 含碳量大于含碳量大于q q點(diǎn)點(diǎn)(0.008%)(0.008%)時(shí)，理論上將從時(shí)，理論上將從fefe中析出的中析出的fefe3 3c

58、c稱為三次滲碳體，但這個(gè)轉(zhuǎn)變大多被抑制，形成微量的過稱為三次滲碳體，但這個(gè)轉(zhuǎn)變大多被抑制，形成微量的過飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)。 通常的組織為單一鐵素體。通常的組織為單一鐵素體。第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖2 2、共析鋼、共析鋼(c%(c%0.77%) 0.77%) 第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 之平衡冷卻分析之平衡冷卻分析相轉(zhuǎn)變過程相轉(zhuǎn)變過程組織轉(zhuǎn)變過程組織轉(zhuǎn)變過程 l l+a pl l+a p 2 2、共析鋼、共析鋼(c%(c%0.77%) 0.77%) 第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 之平衡冷卻分析之平衡冷卻分析 共析轉(zhuǎn)變?nèi)可晒参鼋M織，兩相一般為層片

59、狀分布，組共析轉(zhuǎn)變?nèi)可晒参鼋M織，兩相一般為層片狀分布，組織為單一的珠光體。兩相的重量比織為單一的珠光體。兩相的重量比兩相的厚度比兩相的厚度比8:18:1 3 3、亞共析鋼、亞共析鋼(c%=0.020.77%) (c%=0.020.77%) 第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 之平衡冷卻分析之平衡冷卻分析組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變 l l a f+a f+pa f+a f+p 3 3、亞共析鋼、亞共析鋼(c%=0.020.77%) (c%=0.020.77%) 第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 之平衡冷卻分析之平衡冷卻分析組織相對數(shù)量計(jì)算：組織相對數(shù)量計(jì)算：4 4、過共析鋼、過共析鋼

60、(c%=0.772.11%) (c%=0.772.11%) 第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 之平衡冷卻分析之平衡冷卻分析組織轉(zhuǎn)變：組織轉(zhuǎn)變：l ll la a aa a afefe3 3c ciiii p pfefe3 3c ciiii4 4、過共析鋼、過共析鋼(c%=0.772.11%) (c%=0.772.11%) 第七節(jié)第七節(jié) 鐵碳合金系相圖鐵碳合金系相圖 之平衡冷卻分析之平衡冷卻分析說明：脆性的滲碳體以網(wǎng)分隔了材料，所以材料的性能特點(diǎn)很說明：脆性的滲碳體以網(wǎng)分隔了材料，所以材料的性能特點(diǎn)很脆，工程中使用并不希望出現(xiàn)這種組織。脆，工程中使用并不希望出現(xiàn)這種組織。5 5、共晶白