1、1 1、 純金屬的結晶純金屬的結晶2 2、 合金的結晶合金的結晶l物質由液態轉變為固物質由液態轉變為固態的過程稱為態的過程稱為凝固凝固。l物質由液態轉變為晶物質由液態轉變為晶態的過程稱為態的過程稱為結晶結晶。l物質由一個相轉變為物質由一個相轉變為另一個相的過程稱為另一個相的過程稱為相變相變。因而結晶過程因而結晶過程是相變過程。是相變過程。玻璃制品玻璃制品水晶水晶l一一. 冷卻曲線與過冷度冷卻曲線與過冷度l二二. 結晶的一般過程結晶的一般過程l三三. . 同素異構轉變同素異構轉變l一、冷卻曲線與過冷一、冷卻曲線與過冷l1、冷卻曲線、冷卻曲線l金屬結晶時溫度與時間的金屬結晶時溫度與時間的關系曲線稱

2、關系曲線稱冷卻曲線。冷卻曲線。曲曲線上水平階段所對應的溫線上水平階段所對應的溫度稱度稱實際結晶溫度實際結晶溫度T1。l曲線上水平階段是由于結曲線上水平階段是由于結晶時放出結晶潛熱引起的晶時放出結晶潛熱引起的. 純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線l2、過冷與過冷度、過冷與過冷度l純金屬都有一個純金屬都有一個理論結晶溫度理論結晶溫度T0(熔點熔點或或平衡結晶平衡結晶溫度溫度)。在該溫度下。在該溫度下, 液體和晶體處于液體和晶體處于動平衡狀態動平衡狀態。l結晶只有在結晶只有在T0以下的實際以下的實際 結晶溫度下才能進行。結晶溫度下才能進行。霧凇霧凇l液態金屬在理論結晶溫液態金屬在理論結晶溫度以下開始結

3、晶的現象度以下開始結晶的現象稱稱過冷過冷。l理論結晶溫度與實際結理論結晶溫度與實際結晶溫度的差晶溫度的差 T稱稱過冷度過冷度 T= T0 T1l過冷度大小與冷卻速度過冷度大小與冷卻速度有關，有關，冷速越大，過冷冷速越大，過冷度越大度越大。l1、結晶的基本過程、結晶的基本過程l結晶由結晶由晶核的形成晶核的形成和和晶核晶核的長大的長大兩個基本過程組成兩個基本過程組成.l液態金屬中存在著原子排液態金屬中存在著原子排列規則的小原子團，它們列規則的小原子團，它們時聚時散，稱為時聚時散，稱為晶坯晶坯。在。在T0以下以下, 經一段時間后經一段時間后(即即孕育期孕育期), 一些大尺寸的晶一些大尺寸的晶坯將會長

4、大，稱為坯將會長大，稱為晶核晶核。T0T1T液體和晶體自由能隨溫度變化液體和晶體自由能隨溫度變化晶核半徑與晶核半徑與G關系關系l晶核形成后便向各方向生長，同晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產生。時又有新的晶核產生。晶核不斷晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全形成，不斷長大，直到液體完全消失。消失。每個晶核最終長成一個晶每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。粒，兩晶粒接觸后形成晶界。l2、晶核的形成方式、晶核的形成方式l形核有兩種方式形核有兩種方式，即，即均勻形核均勻形核和和非均勻形核非均勻形核。l由液體中排列規則的原子團形成晶核稱由液體中排列規則的原子團形成晶核稱均勻形核均

5、勻形核。l以液體中存在的固態雜質為核心形核稱以液體中存在的固態雜質為核心形核稱非均勻形核非均勻形核。非均勻形核更為普遍。非均勻形核更為普遍。均勻形核均勻形核非均勻形核示意圖非均勻形核示意圖l3、晶核的長大方式、晶核的長大方式l晶核的長大方式有兩種，晶核的長大方式有兩種，即即均勻長大均勻長大和和樹枝狀長大樹枝狀長大。均勻長大均勻長大樹枝狀長大樹枝狀長大l在正溫度梯度下，晶體生長以平面狀態向前推進。在正溫度梯度下，晶體生長以平面狀態向前推進。正溫度梯度正溫度梯度l實際金屬結晶主要以樹枝狀長大實際金屬結晶主要以樹枝狀長大.l這是由于存在這是由于存在負溫度梯度，負溫度梯度，且且晶晶核棱角處的散熱條件好

6、核棱角處的散熱條件好，生長快，生長快，先形成先形成一次軸一次軸，一次軸又會產生，一次軸又會產生二次軸二次軸，樹枝間最后被填充。，樹枝間最后被填充。負溫度梯度負溫度梯度金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶l -Fe、 -Fe為為體心立方結構體心立方結構(BCC)， -Fe為為面心立面心立方結構方結構(FCC)。都是鐵的。都是鐵的同素異構體同素異構體。 -Fe -Fe第第1 1章章 工程材料工程材料 3 3、晶粒大小及其控制、晶粒大小及其控制1 1）影響晶核形成和長大的因素）影響晶核形成和長大的因素表示晶粒大小的尺度叫表示晶粒大小的尺度叫晶粒

7、度晶粒度。可可用晶粒的平均面積或平均直徑表用晶粒的平均面積或平均直徑表示。示。工業生產上采用工業生產上采用晶粒度等級晶粒度等級來表示來表示晶粒大小。晶粒大小。l標標準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細。通過。通過100100倍顯倍顯微鏡下的晶粒大小與標準圖對照來評級。微鏡下的晶粒大小與標準圖對照來評級。1.1.4 金屬的結晶金屬的結晶第第1 1章章 工程材料工程材料 晶粒的大小取決于晶粒的大小取決于晶核的形成速度晶核的形成速度和和長大速度長大速度。過冷度對過冷度對N、G的的影響影響l單位時間內晶核生長的長度叫長單位時間內晶核生長的長度叫長大速度大速度(G)。

8、l單位時間、單位體積內形成的晶單位時間、單位體積內形成的晶核數目叫形核率核數目叫形核率(N)。lN/G比值越大，晶粒越細小。因比值越大，晶粒越細小。因此，凡是促進形核、抑制長大的此，凡是促進形核、抑制長大的因素，都能細化晶粒。因素，都能細化晶粒。1.1.4 金屬的結晶金屬的結晶第第1 1章章 工程材料工程材料 2）鑄態金屬晶粒細化的方法）鑄態金屬晶粒細化的方法 控制過冷度：控制過冷度： 隨過冷度隨過冷度增加，增加，N/G值增加，晶粒變細。值增加，晶粒變細。 變質處理：有意向液態金屬變質處理：有意向液態金屬內加入非均勻形核物質從而內加入非均勻形核物質從而細化晶粒的方法。所加入的細化晶粒的方法。所

9、加入的非均勻形核物質叫變質劑。非均勻形核物質叫變質劑。1.1.4 金屬的結晶金屬的結晶第第1 1章章 工程材料工程材料 Al-Si合金組織合金組織緩冷緩冷快冷快冷未變質未變質變質變質1.1.4 金屬的結晶金屬的結晶第第1 1章章 工程材料工程材料 鑄鐵孕育處理前后鑄鐵孕育處理前后的組織的組織處理前處理前處理后處理后孕育處理使組織細化。孕育處理使組織細化。孕育劑為硅鐵或硅鈣孕育劑為硅鐵或硅鈣合金。合金。1.1.4 金屬的結晶金屬的結晶l2、固態轉變的特點、固態轉變的特點l形核一般在某些特定部形核一般在某些特定部位發生（如晶界、晶內缺位發生（如晶界、晶內缺陷、特定晶面等）。陷、特定晶面等）。l由于

10、固態下擴散困難，由于固態下擴散困難，因而過冷傾向大。因而過冷傾向大。l固態轉變伴隨著體積變固態轉變伴隨著體積變化，易造成很大內應力。化，易造成很大內應力。固態相變的晶界形核固態相變的晶界形核(Sn-0.5%Cu鑄態，鑄態，255K)錫疫錫疫l一、二元相圖的建立一、二元相圖的建立l二、二元相圖的基本類型與分析二、二元相圖的基本類型與分析l1、二元勻晶相圖、二元勻晶相圖l2、二元共晶相圖、二元共晶相圖l3、二元包晶相圖、二元包晶相圖l4、形成穩定化合物的二元相圖、形成穩定化合物的二元相圖l5、具有共析反應的二元相圖、具有共析反應的二元相圖l6、二元相圖的分析步驟、二元相圖的分析步驟l7、相圖與合金

11、性能之間的關系、相圖與合金性能之間的關系l重點討論：重點討論：l合金中的相和種類；合金中的相和種類；l二元合金的相圖的種類及結晶特點；二元合金的相圖的種類及結晶特點；l杠桿定律及其應用；杠桿定律及其應用；l合金性能與相圖之間的關系。合金性能與相圖之間的關系。由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的具有金屬性質的物質。金屬元素組成的具有金屬性質的物質。合金合金二元合金二元合金由兩種元素組成的合金由兩種元素組成的合金Al-Cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅l合金的結晶過程比純金屬復雜，常用合金的結晶過程比純金屬復雜，常用相圖相圖進行分析進行分析.l相圖相圖是

12、用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結晶是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結晶過程的簡明圖解。過程的簡明圖解。又稱又稱狀態圖狀態圖或或平衡圖平衡圖。l所謂所謂相相是指金屬或合金中凡是指金屬或合金中凡成分相同、結構相同，并與成分相同、結構相同，并與其它部分有界面分開的均勻其它部分有界面分開的均勻組成部分。組成部分。l顯微組織顯微組織實質上是指在顯微實質上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的各晶粒的形態、數量、大小形態、數量、大小和分布和分布的組合。的組合。l固態合金中的相分為固態合金中的相分為固溶體固溶體和和金屬化合物金屬化合物兩類。兩類。單相單相合金合金兩相兩相合

13、金合金l 固溶體固溶體l合金中其結構與組成元素之一的晶體結構相同的固合金中其結構與組成元素之一的晶體結構相同的固 相稱相稱固溶體固溶體。習慣以習慣以 、 、 表示。表示。l與合金晶體結構相同的元素稱與合金晶體結構相同的元素稱溶溶劑劑。其它元素稱。其它元素稱溶質溶質。l固溶體是合金的重要組成相固溶體是合金的重要組成相，實，實際合金多是單相固溶體合金或以際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。固溶體為基的合金。l按溶質原子所處位置分為按溶質原子所處位置分為置換固置換固溶體溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-C間隙固溶體間隙固溶體l 置換固溶體置換固溶體l溶質原子

14、占據溶劑晶格某些結點位置所形成的固溶溶質原子占據溶劑晶格某些結點位置所形成的固溶體。體。l溶質原子呈無序分布的稱溶質原子呈無序分布的稱無序固溶體，無序固溶體，呈有序分布呈有序分布的稱的稱有序固溶體。有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織l 間隙固溶體間隙固溶體l溶質原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。溶質原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。l形成間隙固溶體的溶質元素是原子半徑較小的非金形成間隙固溶體的溶質元素是原子半徑較小的非金 屬元素，如屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般等，而溶劑元素一般是過渡族元素。是過渡族元素。l形成間隙固溶體的一形成間隙固溶體的一般規律為般規律為r質質/

15、r劑劑0.59。l間隙固溶體都是無序間隙固溶體都是無序固溶體。固溶體。l 固溶體的溶解度固溶體的溶解度l溶質原子在固溶體中的極限濃度。溶質原子在固溶體中的極限濃度。l溶解度有一定限度的固溶體稱溶解度有一定限度的固溶體稱有有限固溶體限固溶體。l組成元素無限互溶的固溶體稱組成元素無限互溶的固溶體稱無無限固溶體限固溶體。l組成元素原子半徑、電化學特性組成元素原子半徑、電化學特性相近，晶格類型相同的置換固溶相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。體，才有可能形成無限固溶體。 l間隙固溶體都是有限固溶體。間隙固溶體都是有限固溶體。Cu-Ni無限固溶體無限固溶體Cu-Zn有限固溶體有限固溶

16、體固溶體固溶體化合物化合物l相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規律，度變化的規律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據理工藝的重要依據。l根據組元數根據組元數, , 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。Fe-C二元相圖二元相圖三元相圖三元相圖l幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是熱分析法熱分析法。l二元相圖的建立步驟為：二元相圖的建立步驟為：以以Cu-Ni合金合金(白銅白銅)為例為例l1. 配制不同成分的合金，

17、測出各合金的冷卻曲線，配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點（停歇點或轉折點）。找出曲線上的臨界點（停歇點或轉折點）。l2. 將臨界點標在溫度將臨界點標在溫度-成分坐標中的成分垂線上。成分坐標中的成分垂線上。l3. 將垂線將垂線上相同意上相同意義的點連義的點連接起來，接起來，并標上相并標上相應的數字應的數字和字母。和字母。l相圖中，相圖中，結晶開始點的連線叫結晶開始點的連線叫液相線液相線。結晶終了。結晶終了點的連線叫點的連線叫固相線固相線。l兩組元在液態和固兩組元在液態和固態下均無限互溶時態下均無限互溶時所構成的相圖稱所構成的相圖稱二二元勻晶相圖元勻晶相圖。l以以Cu-N

18、i合金為例合金為例進行分析。進行分析。1、二元勻晶相圖、二元勻晶相圖l相圖由兩條線構成相圖由兩條線構成，上面是液相線，下上面是液相線，下面是固相線。面是固相線。l相圖被兩條線分為相圖被兩條線分為三個相區三個相區，液相線，液相線以上為以上為液相區液相區L L ，固相線以下為固相線以下為 固固溶體區溶體區，兩條線之，兩條線之間為兩相共存的間為兩相共存的兩兩相區相區（L+ L+ ）。）。 LL+ 成分成分（wt%Ni）溫度溫度（）CuNi液相線固相線l 合金的結晶過程合金的結晶過程l除純組元外，其它成分合金結晶過程相似，以除純組元外，其它成分合金結晶過程相似，以合合金為例說明。金為例說明。l當液態金

19、屬自當液態金屬自高溫冷卻到高溫冷卻到 t1溫度時，開始溫度時，開始結晶出成分為結晶出成分為 1的固溶體，的固溶體，其其Ni含量高于含量高于合金平均成分合金平均成分L L+ l隨溫度下降，隨溫度下降，固溶體重量增固溶體重量增加，液相重量加，液相重量減少減少。同時，。同時，液相成分沿液液相成分沿液相線變化，固相線變化，固相成分沿固相相成分沿固相線變化線變化。l這種從液相中結晶出單一固相的轉變稱為這種從液相中結晶出單一固相的轉變稱為勻晶轉變勻晶轉變或或勻晶反應勻晶反應。l成分變化是通過原子擴散完成的。當合金冷卻到成分變化是通過原子擴散完成的。當合金冷卻到t3時，最后一滴時，最后一滴L3成分的液體也轉

20、變為固溶體，此時成分的液體也轉變為固溶體，此時 固溶體的成分又固溶體的成分又變回到合金成分變回到合金成分 3上來上來。l液固相線不僅是液固相線不僅是相區分界線相區分界線, 也是也是結晶時兩相的成結晶時兩相的成分變化線分變化線；勻晶勻晶轉變是變溫轉變轉變是變溫轉變。l 杠桿定律杠桿定律l處于兩相區的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的處于兩相區的合金，不僅由相圖可知道兩平衡相的成分，還可用成分，還可用杠桿定律杠桿定律求出兩平衡相的相對重量。求出兩平衡相的相對重量。l現以現以Cu-Ni合金為例推導杠桿定律：合金為例推導杠桿定律：l 確定兩平衡相的成分：確定兩平衡相的成分：設合金成分為設合金成分為x，過

21、，過x做成做成分垂線。在成分垂線相當分垂線。在成分垂線相當于溫度于溫度t 的的o點作水平線，點作水平線，其與液固相線交點其與液固相線交點a、b所所對應的成分對應的成分x1、x2即分別即分別為液相和固相的成分。為液相和固相的成分。12 tl則則 QL + Q =1 QL x1 + Q x2 =x 解方程組得解方程組得121122LxxxxQxxxxQ l式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即為相圖中線段即為相圖中線段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao)的長度。的長度。l 確定兩平衡相的相對重量確定兩平衡相的相對重量l設合金的重量為設合金的重量為1，液相重量為液相重量為QL

22、，固相重量為固相重量為Q 。l因此兩相的相對因此兩相的相對重量百分比為：重量百分比為：abaoxxxxQabobxxxxQ211212L 21L12LxxQxxQ)aoob(xxxxQQ 或或l上式與力學中的杠桿定律完全相似，因此稱之為上式與力學中的杠桿定律完全相似，因此稱之為杠杠桿定律桿定律。即。即合金在某溫度下兩平衡相的重量比等于合金在某溫度下兩平衡相的重量比等于該溫度下與各自相區距離較遠的成分線段之比。該溫度下與各自相區距離較遠的成分線段之比。l在杠桿定律中，在杠桿定律中，杠桿的支點是合金的成分，杠桿的杠桿的支點是合金的成分，杠桿的端點是所求的兩平衡相端點是所求的兩平衡相（或兩組織組成物

23、）（或兩組織組成物）的成分。的成分。l杠桿定律只適用于兩相區杠桿定律只適用于兩相區。l例例（如圖）（如圖）%5 .61%10045. 058. 045. 053. 0 Q%5 .38%10045. 058. 053. 058. 0 LQl合金的結晶只有在緩慢冷卻合金的結晶只有在緩慢冷卻條件下才能得到成分均勻的條件下才能得到成分均勻的固溶體。固溶體。但實際冷速較快，但實際冷速較快，結晶時固相中的原子來不及結晶時固相中的原子來不及擴散，使擴散，使先結晶出的枝晶軸先結晶出的枝晶軸含有較多的高熔點元素含有較多的高熔點元素（如如Cu-Ni合金中的合金中的Ni）, 后結晶后結晶的枝晶間含有較多的低熔點的枝

24、晶間含有較多的低熔點元素元素(如如Cu-Ni合金中的合金中的Cu)。l 枝晶偏析枝晶偏析l一男養一豬，特煩它，就想把它給扔了，一男養一豬，特煩它，就想把它給扔了，但是此豬認得回家的路，扔了好多次都但是此豬認得回家的路，扔了好多次都沒有成功。某日，此人駕車棄豬，當晚沒有成功。某日，此人駕車棄豬，當晚打電話給他的妻子問：打電話給他的妻子問：“豬歸否？豬歸否？”其其妻曰：妻曰：“歸矣。歸矣。”男非常氣憤，大吼道：男非常氣憤，大吼道：“快讓它接電話，我迷路了。快讓它接電話，我迷路了。” l在一個枝晶范圍內或一個晶粒范圍內成分不均勻在一個枝晶范圍內或一個晶粒范圍內成分不均勻的現象稱作的現象稱作枝晶偏析枝

25、晶偏析。l不僅與冷速有關，而且與液固相線的間距有關。不僅與冷速有關，而且與液固相線的間距有關。l冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴重。冷速越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴重。l枝晶偏析會影響合金的力學、耐蝕、加工等性能。枝晶偏析會影響合金的力學、耐蝕、加工等性能。l生產上常將鑄件加熱到固相生產上常將鑄件加熱到固相線以下線以下100-200長時間保溫，長時間保溫，以使原子充分擴散、成分均以使原子充分擴散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作處理工藝稱作擴散退火擴散退火。平衡組織平衡組織枝晶偏析組織枝晶偏析組織l當兩組元在液態當兩組元在液態下完全互溶，在下完

26、全互溶，在固態下有限互溶固態下有限互溶,并發生并發生共晶反應共晶反應時所構成的相圖時所構成的相圖稱作稱作共晶相圖共晶相圖。l以以 Pb-Sn 相圖為相圖為例進行分析例進行分析。Pb-Sn合金相圖合金相圖成分（成分（wt%Sn）溫度（溫度（）PbSnl 相圖分析相圖分析l 相：相：相圖中有相圖中有L、 、 三種相三種相, 是溶質是溶質Sn在在 Pb中的固溶體中的固溶體， 是溶是溶質質Pb在在Sn中的固溶體中的固溶體。l 相區：相區：相圖中有相圖中有三個三個單相區：單相區： L、 、 ；三三個兩相區：個兩相區： L+ 、L+ 、 + ；一個三相區：一個三相區：即即水平線水平線CED。ABl 固溶線

27、固溶線: 溶解度溶解度點的連線稱點的連線稱固溶線固溶線。相圖中的相圖中的CF、DG線分別為線分別為 Sn在在 Pb中和中和 Pb在在 Sn中的中的固溶線。固溶線。l固溶體的溶解度隨固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。溫度降低而下降。l 液固相線：液固相線：液相線液相線AEB，固相線固相線ACEDB。A、B分別為分別為Pb、Sn的熔點。的熔點。AB在一定溫度下，由一定在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出成分的液相同時結晶出兩個成分和結構都不相兩個成分和結構都不相同的新固相的轉變稱作同的新固相的轉變稱作共晶轉變共晶轉變或或共晶反應共晶反應。 l 共晶線：共晶線：水平線水平線CED叫做叫做共晶線共晶

28、線。l在共晶線對應的溫度下（在共晶線對應的溫度下（183 ），），E點成分的合金同點成分的合金同時結晶出時結晶出C點成分的點成分的 固溶體和固溶體和D點成分的點成分的 固溶體固溶體，形成這兩個相的機械混形成這兩個相的機械混 合物：合物：LE ( C + D)ABl共晶反應的產物，即兩共晶反應的產物，即兩相的機械混合物稱相的機械混合物稱共晶共晶體體或或共晶組織共晶組織。發生共發生共晶反應的溫度稱晶反應的溫度稱共晶溫共晶溫度。度。代表共晶溫度和共代表共晶溫度和共晶成分的點稱晶成分的點稱共晶點。共晶點。Pb-Sn共晶組織共晶組織共晶體長大示意圖共晶體長大示意圖 Sn原子原子擴散擴散Pb原子原子擴散擴

29、散l具有共晶成分的合金稱具有共晶成分的合金稱共晶合金共晶合金。在共晶線上，。在共晶線上，凡凡成分位于共晶點以左的合金稱成分位于共晶點以左的合金稱亞共晶合金亞共晶合金，位于共位于共 晶點以右的合晶點以右的合金稱金稱過共晶合過共晶合金金。l凡具有共晶線凡具有共晶線成分的合金液成分的合金液體冷卻到共晶體冷卻到共晶溫度時都將發溫度時都將發生共晶反應。生共晶反應。L+ CDABl 合金的結晶過程合金的結晶過程l 含含Sn(錫錫)量小于量小于C點合金點合金(合金合金)的結晶過程的結晶過程l在在3點以前為勻晶轉變，結晶出單相點以前為勻晶轉變，結晶出單相 固溶體，這種固溶體，這種直接直接從液相中結晶出的固相稱

30、從液相中結晶出的固相稱一次相一次相或或初生相初生相。.2l溫度降到溫度降到3點以下，點以下， 固溶體被固溶體被Sn過飽和，由于晶過飽和，由于晶格不穩，開始析出格不穩，開始析出（相變過程也稱相變過程也稱析出析出）新相新相 相。相。由已有固相析出的新固相稱由已有固相析出的新固相稱二次相二次相或或次生相次生相。l形成二次相的過程稱形成二次相的過程稱二次析出二次析出, 是固態相變的一種。是固態相變的一種。Hl由于二次由于二次相析出溫相析出溫度較低，度較低，一般十分一般十分細小。細小。%1004 FGFQ 室溫下室溫下 的相對重量百分比為：的相對重量百分比為：l由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表

31、示。l隨溫度下降，隨溫度下降， 和和 相的成分分別沿相的成分分別沿CF線和線和DG線變線變化，化， 的重量增加。的重量增加。Q Ql合金室溫組織合金室溫組織為為 + 。l成分大于成分大于 D點合金結晶點合金結晶過程與過程與合金相似，合金相似，室室溫組織為溫組織為 + 。ABCDEFGl 共晶合金共晶合金(合金合金)的結晶過程的結晶過程l液態合金冷卻到液態合金冷卻到E 點時同時被點時同時被Pb和和Sn飽和飽和, 發生共發生共晶反應：晶反應：LE ( C+ D) 。19.2wt%Sn溫度, 1l析出過程中析出過程中兩相相間兩相相間形核、互相促進、共形核、互相促進、共同長大同長大，因而共晶組，因而共

32、晶組織較細，織較細，呈片、棒、呈片、棒、點球等形狀點球等形狀。層片狀層片狀(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)條棒狀條棒狀(Sb-MnSb橫截面橫截面)螺旋狀（螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織共晶組織針狀共晶針狀共晶樹枝狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶螺旋狀共晶l在共晶轉變過程中，在共晶轉變過程中，L、 、 三相共存三相共存, 三個相的三個相的量在不斷變化，但它們各量在不斷變化，但它們各自成分是固定的。自成分是固定的。l共晶組織中的相稱共晶組織中的相稱共晶相共晶相.共晶轉變結束時，共晶轉變結束時， 和和 相的相對重量百分比為：相的相對重量百分比為：%6 .54%100%4

33、.45%1002 .195 .979 .615 .97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)l共晶結束后，隨溫度下降，共晶結束后，隨溫度下降， 和和 的成分分別沿的成分分別沿CF線線和和DG線變化，并從共晶線變化，并從共晶 中析出中析出 ，從共晶，從共晶 中中析析出出 ，由于共晶組織細，由于共晶組織細， 與共晶與共晶 結合，結合， 與共與共晶晶 結合，結合，共晶合金的室溫組織仍為共晶合金的室溫組織仍為 ( + ) 共晶體。共晶體。室溫下兩相的相對重量百分比是多少？室溫下兩相的相對重量百分比是多少？FGFEQ,FGGEQ Pb-Sn共晶合金組織共晶合金組織l 亞共晶合

34、金亞共晶合金(合金合金)的結晶過程的結晶過程l合金液體在合金液體在2點以前為勻晶轉變。冷卻到點以前為勻晶轉變。冷卻到2點，固相成點，固相成分變化到分變化到C點，液相成分變化到點，液相成分變化到E點點, 此時此時兩相的相對兩相的相對重量為：重量為：%1002%,1002)( CEEQCECQQEL l在在2點，具有點，具有E點成分的剩余液體發生共晶反應：點成分的剩余液體發生共晶反應： L ( + ) ，轉變為共晶組織，轉變為共晶組織，共晶體的重量與轉共晶體的重量與轉變前的液相重量相等變前的液相重量相等, 即即QE =QLl反應結束后，在共晶溫度下反應結束后，在共晶溫度下 、 兩相的相對重量百兩相

35、的相對重量百分比為：分比為：%1002%,1002 CDCQCDDQ %CEEQ%,CEC10021002 l溫度繼續下降，將從一次溫度繼續下降，將從一次 和共晶和共晶 中析出中析出 ，從，從共晶共晶 中析出中析出 。其室溫其室溫組織為組織為 + ( + ) + 。亞共晶合金亞共晶合金的結晶過程的結晶過程l 過共晶合金結晶過程過共晶合金結晶過程l與亞共晶合金相似，不同的與亞共晶合金相似，不同的是一次相為是一次相為 , 二次相為二次相為 l室溫組織為室溫組織為 +( + )+ 。l 組織組成物在相圖上的標注組織組成物在相圖上的標注l組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。組織組成物是指組成合金

36、顯微組織的獨立部分。l 和和 , 和和 ,共晶體共晶體( + )都是組都是組織組成物。織組成物。l相與相之間相與相之間的差別主要的差別主要在結構和成在結構和成分上。分上。l組織組成物之間的差別主要在形態上。組織組成物之間的差別主要在形態上。如如 、 和和共晶共晶 的結構成分相同，屬同一個相，但它們的的結構成分相同，屬同一個相，但它們的形態不同，分屬不同的組織組成物。形態不同，分屬不同的組織組成物。l將組織組成物標注在相圖中，可使所標注的組織與將組織組成物標注在相圖中，可使所標注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。顯微鏡下觀察到的組織一致。Pb-Sn亞共晶組織亞共晶組織l當兩組元在液態下完全互溶，

37、在固態下有限當兩組元在液態下完全互溶，在固態下有限互溶，并發生包晶反應時所構成的相圖稱作互溶，并發生包晶反應時所構成的相圖稱作包晶相圖包晶相圖。l以以Pt(鉑鉑)-Ag相圖為例簡要分析相圖為例簡要分析L+L+L +l 相圖分析相圖分析l單相區：單相區：L、 、l二相區：二相區：L+ 、 L+ 、 + l三相區：三相區：L+ + （水（水平線平線PDC）在一定溫度下，由在一定溫度下，由一個液相包著一個一個液相包著一個固相生成另一新固固相生成另一新固相的反應稱相的反應稱包晶轉包晶轉變變或或包晶反應包晶反應。l水平線水平線PDC稱稱包晶線包晶線，與該線，與該線成分對應的合金在該溫度下發成分對應的合金

38、在該溫度下發生包晶反應：生包晶反應：LC+ D P 。該該反應是液相反應是液相L包著固相包著固相 , 新相新相 在在L與與的界面上形核，并向的界面上形核，并向L和和 兩個方向長大。兩個方向長大。l 合金的結晶過程合金的結晶過程l 包晶成分合金包晶成分合金：勻晶勻晶包晶包晶二次析出二次析出。l室溫組織為室溫組織為 + IIl PD成分成分合金合金：勻晶勻晶包晶包晶二次析出二次析出。l室溫組織為室溫組織為 +II+ + II時間溫度l DC成分成分合金合金：勻晶勻晶包晶包晶勻晶勻晶二次析出二次析出l室溫組織為室溫組織為 + II。時間溫度l穩定化合物穩定化合物是指在熔化前不發生分解的化合物是指在熔

39、化前不發生分解的化合物(如如Mg-Si系的系的Mg2Si和和Fe-C系的系的Fe3C) 。其成分固定，其成分固定，在相圖中是一條垂線在相圖中是一條垂線(代表一個單相區代表一個單相區)。垂足是其。垂足是其 成分成分, 頂點是其熔點頂點是其熔點, 結晶過程同純金屬結晶過程同純金屬.l分析這類相圖時，分析這類相圖時，可可把穩定化合物當作純把穩定化合物當作純組元看待組元看待，將相圖分，將相圖分成幾個部分進行分析成幾個部分進行分析.Mg2SiMg2Si+SiMg+ Mg2SiSiL+ Mg2SiL+ SiL+ Mg2SiL+ Mgl共析轉變也是固共析轉變也是固態相變。態相變。l最常見的共析轉最常見的共析

40、轉變是鐵碳合金中變是鐵碳合金中的珠光體轉變的珠光體轉變: S P+ Fe3C 。l共析反應共析反應(共析轉變共析轉變)是指在一定溫度下，由一定成是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分和結構完全不同的新固分的固相同時析出兩個成分和結構完全不同的新固相的過程。相的過程。PS( 奧氏體，奧氏體， 鐵素體，鐵素體，Fe3C滲碳體滲碳體)鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖l共析反應的產物是共析反應的產物是共析體共析體（鐵碳合金中的共析體稱鐵碳合金中的共析體稱珠珠光體光體），），也是兩相的機械混合物也是兩相的機械混合物（鐵素體（鐵素體+滲碳體滲碳體)。l與共晶反應不同與共晶反應不同的是，的是，共析反應共

41、析反應的母相是固相，的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固態另外，由于固態轉變過冷度大，轉變過冷度大，因而共析組織比因而共析組織比共晶組織細。共晶組織細。珠光體珠光體l實際二元相圖往往比較復雜，可按下列步驟進行分析。實際二元相圖往往比較復雜，可按下列步驟進行分析。l 分清相圖中包括哪些基本類型相圖分清相圖中包括哪些基本類型相圖l 確定相區確定相區l 相區接觸法則相區接觸法則l相鄰兩個相區的相數差為相鄰兩個相區的相數差為1l 單相區的確定單相區的確定l 液相線以上為液相區；液相線以上為液相區；Fe- Fe3C相圖相圖l 靠純組元的封閉區是以該組元為基單相固溶體區靠純組元的封閉區是以

42、該組元為基單相固溶體區；l 相圖中的垂線可能是穩定化合物（單相區），也相圖中的垂線可能是穩定化合物（單相區），也可能是相區分界線；可能是相區分界線；l 相圖中部出現的相圖中部出現的成分可變的單相區成分可變的單相區是以化合物為基的是以化合物為基的單相固溶體區；單相固溶體區；l 相圖中每一條水相圖中每一條水平線必定與三個單平線必定與三個單相區點接觸相區點接觸。Cu-Zn相圖相圖 + l 兩相區的確定：兩相區的確定：兩個單相區之間夾有一個兩相兩個單相區之間夾有一個兩相 區，該兩相區的相區，該兩相區的相由兩相鄰單相區的由兩相鄰單相區的相組成。相組成。l 三相區的確定：三相區的確定：二元相圖中的水平二元相圖中的水平線是三相區，其三線是三相區，其三個相由與該三相區個相由與該三相區點接觸的三個單相點接觸的三個單相區的相組成。區的相組成。Fe-Fe3C相圖相