第二章二元合金相圖及結(jié)晶主要內(nèi)容：合金、相圖等相關(guān)概念，以及合金的類型；三種基本相圖、及其平衡結(jié)晶過(guò)程分析，形成合金的顯微組織及杠桿定律；合金的結(jié)晶過(guò)程1思考第二章二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖1.純金屬的強(qiáng)度不高，耐熱、耐蝕性能較差，如何改善？2.合金的結(jié)晶過(guò)程是否與純金屬的結(jié)晶過(guò)程相同？3.相同成分不同含量的合金的結(jié)晶過(guò)程是否相同？怎樣表示？2第二章二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖第二章二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖2.1合金中的相2.2二元合金相圖的建立2.3勻晶相圖2.4共晶相圖2.5包晶相圖2.6組元間形成穩(wěn)定化合物的相圖2.7由二元相圖判斷合金的性能3合金：由金屬元素與其他元素（這些元素可以是金屬元素，也可以是非金屬元素）組成的有金屬特征的金屬材料。思考金屬與非金屬組成的是不是一定就是合金？Fe+CFe(C)合金（鋼）Fe3C(化合物）2.1合金中的項(xiàng)4組元：組成合金獨(dú)立的最基本單元。組元可以是元素或是穩(wěn)定化合物。Fe(C)合金Fe、C組元Fe、Fe3C組元類比雞蛋水，蛋白質(zhì)，脂肪，膽固醇2.1合金中的相5相：具有相同結(jié)構(gòu)，相同成分和性能（也可以是連續(xù)變化的）并以界面相互分開(kāi)的均勻組成部分，如液相、固相是兩個(gè)不同的相。類比雞蛋蛋白、蛋黃工業(yè)純鐵單相鐵素體共析碳鋼鐵素體相、滲碳體相普通陶瓷晶相、玻璃相、氣相2.1合金中的相6組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料內(nèi)部形貌圖像的統(tǒng)稱（宏觀組織、微觀組織）。組織是影響材料性能的重要因素。相是組織的基本組成部分相同的相，但當(dāng)組成相的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布不同時(shí)，其組織也不同！不同的相構(gòu)成不同的組織！2.1合金中的相7固溶體：溶質(zhì)原子溶入金屬熔劑中形成的合金相稱為固溶體。“固體溶液”

均一的、保持熔劑金屬的晶體結(jié)構(gòu)

晶格常數(shù)發(fā)生一定變化1.晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1合金中的相82.固溶體的分類

按溶質(zhì)原子所占據(jù)的位置置換固溶體：溶質(zhì)原子一般為半徑相差不大的原子間隙固溶體：溶質(zhì)原子半徑小的非金屬原子

（H、O、N、C、B）2.1合金中的相9

按固態(tài)溶解度分：有限固溶體：間隙固溶體只能是有限固溶體無(wú)限固溶體：無(wú)限固溶體只能是置換固溶體形成無(wú)限固溶體的必備條件：

置換固溶體

組元點(diǎn)陣相同

原子尺寸相差不大

負(fù)電性相同

按溶質(zhì)原子在晶格中的分布狀態(tài)分：

有序固溶體、無(wú)序固溶體2.1合金中的相103.固溶體的性能固溶強(qiáng)化：固溶體的強(qiáng)度、硬度隨溶質(zhì)原子濃度升高而明顯增加，塑性、韌性稍有下降，這種現(xiàn)象稱為～～。金屬材料重要的強(qiáng)化方式之一，固溶體具有良好的綜合機(jī)械性能（強(qiáng)硬度、塑韌性的綜合），一般作為合金的基體相。2.1合金中的相11正常晶格大原子置換引起的晶格畸變小原子置換引起的晶格畸變間隙原子引起的晶格畸變2.1合金中的相12金屬間化合物：兩組元形成合金時(shí)，當(dāng)超過(guò)固溶體的溶解極限時(shí)，形成的一種晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相，稱為金屬間化合物，也稱中間相。晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元金屬

性能不同于任一組元金屬

一般具有較高的熔點(diǎn)、硬度，較大的脆性1.特點(diǎn)正常價(jià)化合物

電子化合物

間隙相和間隙化合物2.分類返回2.1合金中的相132.2二元合金相圖的建立

相圖是表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖。是合金體系中材料的狀態(tài)與溫度、成分間關(guān)系的簡(jiǎn)明圖解。

平衡是指在一定條件下合金系中參與相變過(guò)程的各相的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化所達(dá)到一種狀態(tài)。此時(shí)合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而改變。合金在極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過(guò)程，一般可以認(rèn)為是平衡的結(jié)晶過(guò)程。14成分溫度表象點(diǎn)2.2二元合金相圖的建立15時(shí)間溫度溫度成分熱分析法建立Cu-Ni相圖固相線液相線2.2二元合金相圖的建立1610831455LL+純銅熔點(diǎn)純鎳熔點(diǎn)液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)2.2二元合金相圖的建立Ni17由相圖確定某成分合金在某溫度時(shí)的相由相圖確定給定合金的相變溫度由相圖確定某成分合金在某溫度時(shí)的兩個(gè)平衡相的成分和相對(duì)質(zhì)量－杠桿定律2.2二元合金相圖的建立182.2二元合金相圖的建立19設(shè)合金的質(zhì)量為Q合金,其中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%,在T1溫度時(shí),

L相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%,

α相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c%。2.2二元合金相圖的建立202.2二元合金相圖的建立

合金中含Ni的總質(zhì)量=L相中含Ni的質(zhì)量+α相中含Ni的質(zhì)量

因?yàn)?/p>

所以

化簡(jiǎn)后得

21

質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2二元合金相圖的建立返回222.3.1相圖分析2.3.2合金的結(jié)晶過(guò)程2.3.3合金凝固時(shí)的成分過(guò)冷現(xiàn)象

2.3勻晶相圖23勻晶相圖：兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無(wú)限溶解的合金系，冷卻過(guò)程中發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，這類合金構(gòu)成的相圖稱為勻晶相圖。勻晶系：Cu-Ni、Au-Ag、Cr-Mo等合金L→242.3勻晶相圖LSS+LNiCuABNi的熔點(diǎn)Cu的熔點(diǎn)固相線液相線25abcT,CtLLL冷卻曲線勻晶合金與純金屬不同，它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。2.3勻晶相圖LSS+LNiCuAB261)工業(yè)生產(chǎn)中合金溶液澆注后的冷卻速度較快，在每一溫度下不能保持足夠的擴(kuò)散時(shí)間，使凝固過(guò)程偏離平衡條件，稱為非平衡凝固(結(jié)晶)。2)非平衡凝固(結(jié)晶)得到的組織稱為不平衡組織。2.3勻晶相圖27固溶體結(jié)晶時(shí)成分是變化的（固相線和液相線），如冷卻較快，原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行，則會(huì)形成成分不均勻的固溶體。固溶體一般都以枝晶狀方式結(jié)晶，使得一個(gè)晶粒中先結(jié)晶的樹(shù)枝晶晶枝含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹(shù)枝晶晶枝含低熔點(diǎn)組元較多，結(jié)果造成在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分的分布不均，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析。枝晶偏析的合金對(duì)合金的力學(xué)性能影響較大。容易導(dǎo)致合金塑性韌性下降；易引起晶間腐蝕，降低合金的抗蝕性能。消除枝晶偏析的方法采用擴(kuò)散退火。2.3勻晶相圖28偏析實(shí)例2.3勻晶相圖29通過(guò)對(duì)非平衡凝固分析得到如下結(jié)論：(1)固相、液相的平均成分分別與固相線、液相線不同，有一定的偏離（固相成分按平均成分線變化），其偏離程度與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越大，其偏離程度越嚴(yán)重；冷卻速度越小，偏離程度越小，越接近于平衡條件。(2)先結(jié)晶部分含有較多的高熔點(diǎn)組元(Ni)，后結(jié)晶部分含有較多的低熔點(diǎn)組元(Cu)。(3)非平衡結(jié)晶條件下，凝固的終結(jié)溫度低于平衡結(jié)晶時(shí)的終止溫度。2.3勻晶相圖返回30共晶相圖：液相組元無(wú)限互溶，固相組元有限溶解的合金系，當(dāng)溶質(zhì)超出固溶體溶解極限時(shí)，冷卻過(guò)程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，這類合金構(gòu)成的相圖稱為共晶相圖。共晶相圖：液相組元無(wú)限互溶，固相組元有限溶解的合金系，當(dāng)溶質(zhì)超出固溶體溶解極限時(shí)，冷卻過(guò)程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，這類合金構(gòu)成的相圖稱為共晶相圖。共晶系：Pb-Sn，Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi合金L→(+)一、共晶相圖分析二、典型合金的平衡結(jié)晶及其組織本節(jié)內(nèi)容：2.4共晶相圖31Sn%PbSnT,CAEMNFGB二元共晶相圖分析L+L+L

+

液相線固相線飽和固溶度線“兩個(gè)單相區(qū)之間夾著一個(gè)兩相區(qū)”2.4.1相圖分析327.5231.91997.561.932PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

BSn%“兩個(gè)單相區(qū)之間夾著一個(gè)兩相區(qū)”，那兩個(gè)兩相區(qū)之間呢？難道是一個(gè)三相區(qū)？YES共晶反應(yīng)線凡是在共晶線范圍的合金，在該溫度上都要發(fā)生共晶反應(yīng)。共晶點(diǎn)代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)液相的成分點(diǎn)。2.4.1相圖分析33LE

M

+

Nt在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分的固相的反應(yīng)稱為共晶反應(yīng)；共晶反應(yīng)產(chǎn)物，即兩相的機(jī)械混合物稱為共晶體或共晶組織。PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

B2.4.1相圖分析34典型合金的平衡結(jié)晶PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

BSn%L→L

的冷卻相的冷卻相析出Ⅱ{(1)FM間成分的合金2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶35PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

B

一個(gè)勻晶轉(zhuǎn)變+二次析出，室溫組織為+Ⅱ；

二次相優(yōu)先從晶界析出，也可從晶粒內(nèi)部的缺陷部位析出，由于低溫下原子的擴(kuò)散能力弱，次生相一般比較細(xì)小；FM間合金室溫組織中和Ⅱ兩相的相對(duì)質(zhì)量可通過(guò)杠桿定律進(jìn)行計(jì)算？？？？杠桿定律？XωαωβⅡωα×FX=ωβⅡ×XGωα=XG/FG×100%ωβⅡ=FX/FG×100%{2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶36(2)共晶合金PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

BSn%L

的冷卻共晶組織的冷卻LE?M+βNtE2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶37PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

B共晶轉(zhuǎn)變+二次析出（不可分辨），室溫組織為(+)共晶組織；

共晶組織是和的兩相機(jī)械混合物，共晶溫度以及室溫下兩相的相對(duì)質(zhì)量可通過(guò)杠桿定律計(jì)算；2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶38(3)亞共晶合金PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

BSn%L

的冷卻二次析出LE?M+βNtEL→2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶39勻晶轉(zhuǎn)變（先共晶）+共晶轉(zhuǎn)變+二次析出，室溫組織為+Ⅱ+（+）；初晶與（+）共晶體的相對(duì)質(zhì)量可由杠桿定律進(jìn)行計(jì)算！如何求出室溫下三種組織組成物的相對(duì)質(zhì)量？

如何計(jì)算室溫下相組成物（相和相）的相對(duì)質(zhì)量？PbSnT,CAEMNFGL+L+L

+

B？ωαω(α+β)2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶40PbSnT,CAEMNFGL(+)L+L

+

BSn%+Ⅱ+(+)+Ⅱ+(+)+Ⅱ+Ⅱ標(biāo)注室溫組織組成物的共晶相圖：2.4.2典型合金的平衡結(jié)晶返回412.5包晶相圖包晶相圖：液相組元無(wú)限互溶，固相組元有限溶解的合金系，當(dāng)溶質(zhì)超出固溶體溶解極限時(shí)，冷卻過(guò)程中發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，這類合金構(gòu)成的相圖稱為包晶相圖。一種液相與一種固相反應(yīng)生成另一種固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為包晶轉(zhuǎn)變L+

→42PtAg%T,CL+

L

+

L

+

cedfg包晶相圖簡(jiǎn)介ABCP三個(gè)單相區(qū)：L、、三個(gè)兩相區(qū)：L+

、L

+

、+一個(gè)三相區(qū)：PDCDEF2.5包晶相圖43包晶轉(zhuǎn)變：

LC

+

P

DPtAgAg%T,CL+

L

+

L

+

cfgT,CtLL

+

L

+

+

ⅡABCPDEF2.5包晶相圖44包晶相圖45共析轉(zhuǎn)變：