1、11Chapter 7 合金的相結構與結晶合金的相結構與結晶材料科學基礎材料科學基礎李謙李謙 寧向梅主講寧向梅主講22o 7.8.1三元合金相圖的成分表示方法三元合金相圖的成分表示方法 o 7.8.2三元系平衡相的定量法則三元系平衡相的定量法則 .o 7.8.3三元勻晶相圖三元勻晶相圖 o 7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖o 7.8.5兩相平衡、三相平衡和四相平衡的兩相平衡、三相平衡和四相平衡的 類型和一般規律類型和一般規律 o 7.8.6三元相圖應用舉例三元相圖應用舉例 7.8 三元合金相圖三元合金相圖337.8.1三元合金相圖的成分表示方法三元合金相圖的成分表示方法 1.1.成分三角形（

2、濃度三角形）成分三角形（濃度三角形）等邊成分三角形等邊成分三角形 等腰成分三角形等腰成分三角形 直角成分三角形直角成分三角形 44（1 1）已知點確定成分）已知點確定成分C A%B%C%p過過O作作平行于平行于BC邊邊的的直線直線p 求平行線與求平行線與A坐標的截距坐標的截距得組元得組元A的含量的含量XA。Op 同理求組元同理求組元B、C的含量的含量 XB、 XC。XA+XB+XC=100 7.8.1三元合金相圖的成分表示方法三元合金相圖的成分表示方法 55908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%II 點：A%=

3、60%B%=30%C%=10%66（2 2）已知成分確定點）已知成分確定點908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%772.兩條特例線兩條特例線含對角組元濃度相等。含對角組元濃度相等。PQB%=Aa/AB=定值定值 A%B%C%88 A%B%C%a1a2c2c1a1a2FE常數22221111%BcCaBcBaBcBaBcCaCA997.8.2 三元系平衡相的定量法則三元系平衡相的定量法則1.直線法則和杠桿定律直線法則和杠桿定律(適用于兩相平衡適用于兩相平衡)在一定溫度下三組元材料兩相平衡時，材料的在一定溫度下三組

4、元材料兩相平衡時，材料的成分點和其兩個平衡相的成分點必然位于成分成分點和其兩個平衡相的成分點必然位于成分三角形內的一條直線上，該規律稱為三角形內的一條直線上，該規律稱為直線法則直線法則或或三點共線原則三點共線原則。 1010成分為成分為P和和Q的兩個三元合金，混合熔化后，得的兩個三元合金，混合熔化后，得到新的成分為到新的成分為R的三元合金，則新合金的三元合金，則新合金R的位置的位置一定處在連接一定處在連接P、Q點的直線上。點的直線上。/PQWWRQ RP。 杠桿定律：杠桿定律：7.8.2 三元系平衡相的定量法則三元系平衡相的定量法則1111/WWRR%/100%WR %/100%WR 合金合金

5、R在某溫度處于在某溫度處于 + 兩相平衡，則兩相平衡，則R的成的成分必定落在連接兩個成分點的直線上分必定落在連接兩個成分點的直線上。， 杠桿定律：杠桿定律：7.8.2 三元系平衡相的定量法則三元系平衡相的定量法則1212推論推論（1）當給定合金在一定溫度下處于兩相平衡當給定合金在一定溫度下處于兩相平衡時，若其中一相的成分給定，另一相的成分時，若其中一相的成分給定，另一相的成分點必在已知相成分點與合金成分點連線的延點必在已知相成分點與合金成分點連線的延長線上；長線上；（2）若兩平衡相的成分點已知，合金的成分若兩平衡相的成分點已知，合金的成分點必然位于兩個已知成分點的連線上。點必然位于兩個已知成分

6、點的連線上。7.8.2 三元系平衡相的定量法則三元系平衡相的定量法則13132.2.重心定律重心定律( (適用于三相平衡適用于三相平衡) )o 三元合金三元合金R在某溫度處于在某溫度處于 + + 三相平衡狀三相平衡狀態，則該合金成分點必定處在這三相成分點態，則該合金成分點必定處在這三相成分點組成的三角形的重心。組成的三角形的重心。 7.8.2 三元系平衡相的定量法則三元系平衡相的定量法則1414BCA A%B%C%efdR%100%adRdWWwR%100%eReWWwR%100%fRfWWwR15157.8.3 三元勻晶相圖三元勻晶相圖 1. 相圖分析相圖分析o特征點：特征點：A1、B1、

7、C1三個純組元的熔點；三個純組元的熔點；o特征面：液相面、固相面；特征面：液相面、固相面；o相區：相區：L、L+。1616o 液相成分沿液相面，固相成分沿固相面，在一液相成分沿液相面，固相成分沿固相面，在一定溫度下的固液相成分連線在濃度三角形中投定溫度下的固液相成分連線在濃度三角形中投影呈影呈蝴蝶狀蝴蝶狀。o 共軛線共軛線：平衡相成分點的連線。：平衡相成分點的連線。2. 三元固溶體合金的結晶過程三元固溶體合金的結晶過程7.8.3 三元勻晶相圖三元勻晶相圖17173.等溫截面圖及投影圖等溫截面圖及投影圖o 做法：做法：某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。o

8、 截面圖分析：截面圖分析：相區：相區：L, , L+; ;相線：相線：L L1 1L L2 2, S, S1 1S S2 2（共軛曲線）（共軛曲線）; ;連接線：可作為計算相對量的連接線：可作為計算相對量的杠桿杠桿。（1 1）等溫截面）等溫截面7.8.3 三元勻晶相圖三元勻晶相圖18181919（2）投影圖投影圖等溫線投影圖等溫線投影圖可確定合金結晶開始可確定合金結晶開始、結束溫度、結束溫度7.8.3 三元勻晶相圖三元勻晶相圖液相線液相線固相線固相線20204. 變溫截面圖（垂直截面圖）變溫截面圖（垂直截面圖）o 做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。o

9、二種常用變溫截面二種常用變溫截面: 過平行于濃度三角形的一條邊的成分線過平行于濃度三角形的一條邊的成分線; 過一個頂點。過一個頂點。o 結晶過程分析結晶過程分析確定相變臨界點確定相變臨界點，并可推測不同溫度，并可推測不同溫度下合金的組織。下合金的組織。 成分軸的兩端不一定是純組元；液、固相線不一定相交；成分軸的兩端不一定是純組元；液、固相線不一定相交；不能運用杠桿定律不能運用杠桿定律（液、固相線不是成分變化線）。（液、固相線不是成分變化線）。7.8.3 三元勻晶相圖三元勻晶相圖212122227.8.4 三元共晶相圖三元共晶相圖1. 組元在固態互不相溶，具有共晶轉變的相圖組元在固態互不相溶，具

10、有共晶轉變的相圖o 點：熔點；二元共晶點；三元共晶點：熔點；二元共晶點；三元共晶 點。點。o 線：線：EnE 兩相共晶面交線兩相共晶面交線 液相單變量線液相單變量線 液相區與兩相共晶面交線液相區與兩相共晶面交線 液相面交線液相面交線 o 面：液相面、固相面、兩相共晶面、面：液相面、固相面、兩相共晶面、 三相共晶面三相共晶面o 區：兩相區：區：兩相區：3個、個、 三相區：三相區：4個個 單相區：單相區：4個、四相區：個、四相區：1個個 2323三相區三相區：以三條單變量線作為以三條單變量線作為棱邊的空間三棱柱體棱邊的空間三棱柱體7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖二元共晶反應二元共晶反應LA+BL

11、C+BLA+C24241.水平截面圖（水平截面圖（等溫截面等溫截面 ）（1）單相區與兩相區）單相區與兩相區 以曲線分界。以曲線分界。（2）兩相區和三相區）兩相區和三相區以直線分界。以直線分界。（3）單相區和三相區）單相區和三相區則為點接觸。則為點接觸。 7.8.4 三元共晶相圖三元共晶相圖三相區為直邊三角形三相區為直邊三角形2525應用：應用：o 可確定合金在該溫度下的相組成；可確定合金在該溫度下的相組成；o 可運用可運用杠桿定律杠桿定律和和重心法則重心法則確定合金中各相確定合金中各相的成分及其含量。的成分及其含量。7.8.4 三元共晶相圖三元共晶相圖26262.垂直截面與投影圖垂直截面與投影

12、圖（1）投影圖）投影圖11100%oaAAaw O點合金室溫相組成物：點合金室溫相組成物：ABC11100%obBBbw 11100%occCcw 1a1b1c7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖2727典型合金平衡結晶后的室溫組織：典型合金平衡結晶后的室溫組織：%100AqoqAw(C)100%qEAoAEfAqw)()(1BAACBAwwwO點合金室溫組織組成物：點合金室溫組織組成物：A（A+C)（A+B+C)2828（2）垂直截面圖）垂直截面圖O點合金的室溫組織：點合金的室溫組織：A（A+C)（A B C）LLALACLABCt/sT/7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖L+AL+A+(A+

13、C)2929課下練習：課下練習：7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖30302. 組元在固態有限溶解的共晶相圖組元在固態有限溶解的共晶相圖（1）相圖分析相圖分析點點：熔點、二元共晶點、：熔點、二元共晶點、 三元共晶點。三元共晶點。 兩相共晶線兩相共晶線 液相面交線液相面交線 線線：EnE 兩相共晶面交線兩相共晶面交線 液相單變量線液相單變量線 固相單變量線固相單變量線7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖3131 液相面液相面 固相面固相面 面面： 二相共晶面二相共晶面 三相共晶面三相共晶面 溶解度曲面：溶解度曲面：6個個 區區： 單相區：單相區：4個個 兩相區：兩相區：6個個 三相區：三相區：4個

14、個 四相區：四相區：1個個 7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖LLLLL LL 3232（2）等溫截面）等溫截面 特點特點： 直邊三角形直邊三角形 兩相區與之線接（兩相區與之線接（等溫截面與棱柱面交線等溫截面與棱柱面交線） 單相區與之點接單相區與之點接 （等溫截面與棱邊的交點，表示三個平衡相成分。等溫截面與棱邊的交點，表示三個平衡相成分。） 應用應用： 可確定平衡相及其成分；可運用杠桿定律和重心定律。可確定平衡相及其成分；可運用杠桿定律和重心定律。三相區三相區7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖3333（3）投影圖）投影圖7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖3434（4）垂直截面）垂直截面（課下練

15、習：分析合金（課下練習：分析合金、 、 的結晶過程。）的結晶過程。）7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖LLLL （ ）（）（ ）t/sT/L+ L+ +( )合金合金的結晶過程的結晶過程3535o 垂直截面垂直截面應用：應用： 分析合金結晶過程，確定組織變化分析合金結晶過程，確定組織變化.（二次相的析出只考慮初生相。二次相的析出只考慮初生相。）o 垂直截面垂直截面局限性：局限性： 不能分析成分變化。不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）（成分在單變量線上，不在垂直截面上）7.8.4三元共晶相圖三元共晶相圖36367.8.5 兩相平衡、三相平衡和四相平衡的類型兩相平衡、三相平衡和

16、四相平衡的類型 和一般規律和一般規律 o 兩相平衡的類型兩相平衡的類型（1）液相與固相的平衡，反應式為）液相與固相的平衡，反應式為L 。（2）固相與固相的平衡，反應式為）固相與固相的平衡，反應式為 （脫溶轉變）。脫溶轉變）。（3）液相與液相的平衡，）液相與液相的平衡， 反應式為反應式為L1L2，主要在合金的偏晶或合金轉變前。，主要在合金的偏晶或合金轉變前。 3737圖圖7-57 平衡兩相濃度變化規律（蝴蝶形規律）平衡兩相濃度變化規律（蝴蝶形規律）（a）勻晶轉變時）勻晶轉變時 （b）三相平衡轉變之前）三相平衡轉變之前 （c）脫溶轉變時）脫溶轉變時 38382. 三相平衡的類型三相平衡的類型（1）

17、三相共晶型平衡三相共晶型平衡（由一相轉變為兩個相）由一相轉變為兩個相） 共晶轉變共晶轉變 L 共析轉變共析轉變 偏晶轉變偏晶轉變 1 2垂直截面中正三角形垂直截面中正三角形7.8.5 兩相平衡、三相平衡和兩相平衡、三相平衡和 四相平衡的類型和一般規律四相平衡的類型和一般規律 3939（2）三相包晶型平衡三相包晶型平衡（由兩個相反應生成一個相）（由兩個相反應生成一個相） 包晶轉變包晶轉變 L 包析轉變包析轉變 合晶轉變合晶轉變 L1L2 垂直截面中倒三角形垂直截面中倒三角形7.8.5 兩相平衡、三相平衡和兩相平衡、三相平衡和 四相平衡的類型和一般規律四相平衡的類型和一般規律 4040三相平衡圖形

18、特點：三相平衡圖形特點：o 立體圖：三棱柱，棱邊是三個平衡相單變量線。立體圖：三棱柱，棱邊是三個平衡相單變量線。o 等溫截面圖：直邊三角形，頂點是平衡相成分點。等溫截面圖：直邊三角形，頂點是平衡相成分點。o 垂直截面圖：曲邊三角形，頂點不代表成分垂直截面圖：曲邊三角形，頂點不代表成分。7.8.5 兩相平衡、三相平衡和兩相平衡、三相平衡和 四相平衡的類型和一般規律四相平衡的類型和一般規律 41413. 三元相圖中四相平衡的類型三元相圖中四相平衡的類型 （1）共晶型：共晶型：p 共晶轉變共晶轉變 ：L p 共析轉變共析轉變 ： 垂直截面中的四相平衡區：上下都有三相區鄰接。垂直截面中的四相平衡區：上下都有三相區鄰接。 條件條件：鄰接三相區達：鄰接三相區達4時時類型類型：共晶、包共晶、包晶：共晶、包共晶、包晶判斷轉變類型判斷轉變類型水平線水平線31（水平線上方共有的相生成水平線下方共有的相）（水平線上方共有的相生成水平線下方共有的相）4242（2）包共晶型）包共晶型o 包共晶包共晶型轉變：型轉變：L+ o 包共析包共析轉變：轉變： + 水平線水平線217.8.5 兩相平衡、三相平衡和兩相平衡、三相平衡和 四相平衡的類型和一般規律四相平衡的類型和一般規律 4343（3）包晶型：）包晶型：o 包晶轉變：包晶轉變：L o 包析