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1、热分析法,时间,温度,凝固开始,凝固终了,L,L+S,S,第二节 二元合金相图 一、相图的建立,铜-镍合金匀晶相图,1083,1455,L,L+ ,纯铜熔点,纯镍熔点,液相线,固相线,液相区,固相区,液固两相区,二、匀晶相图 1、铜镍合金相图相区分析,相图分析(点、线、区) 两点：纯组元的熔点 两线：L, S相线 三区：L, , L+。,2、合金的结晶过程,平衡结晶,形核和晶粒的长大 能量起伏 、结构起伏、成分起伏,2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark use
2、d herein under license.,固溶体合金在平衡结晶过程中，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化,3、杠杆定律及其应用,设合金成分为，合金的总质量为m，在T温度时，固相成分，液相成分L，对应的质量 m ，mL,注意：杠杆定律只适用于两相区;三点要找准,例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量,a,c,30,a1,b1,c1,1280 C,解：作成分线和温度线如图。,66,18,根据杠杆定律推论， Q / Q= a1b1 /a1c1 =12/48=1/4,答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。,例：固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：,(a)成分为40%
3、B的合金首先凝固出来的固体成分； (b)若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？ (c)成分为70%B的合金最后凝固的液体成分； (d )合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？,4、合金的不平衡结晶与树枝状偏析,由于冷却速度较快，合金在结晶过程中，无论固相或液相中的原子都来不及充分扩散，这种结晶过程称为不平衡结晶。 由于各层之间的原子来不及扩散，这种成分不均匀现象可保持到结晶完毕，直至室温，这种现象叫枝晶偏析或树枝状偏析。 由于一个枝晶形成一个晶粒，也叫晶内偏析。,三、共晶相图,共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一
4、定成分固 相的转变。 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互溶、 固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。) 共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物） 。,三、共晶相图,Pb,Sn,Sn%,T,C,液相线,L,固相线, + ,L + ,L + ,固溶线,固溶线,1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点（是 亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。 2）线：液相线、固相线；溶解度曲线；共晶线等。 3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。,1.相图分析（相图三要素）,共晶线,2.共晶转变分析,Pb,Sn,T,C,L, + ,L + ,L + ,共晶反应线 表示从M点到N点范围的合金，在该温度上
5、都要发生不同程度上的共晶反应。,M,N,共晶点 表示E点成分的合金冷却到此温度上发生完全的共晶转变。,E,LE M + N,无论从何处开始, 体系点达到共晶线 液相组成达到E点,共晶反应要点,共晶转变在恒温下进行。 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。,Pb,Sn,T,C,L, + ,L + ,L + ,M,N,E,3 合金的平衡结晶及其组织 （以Pb-Sn相图为例） （1）Wsn2的合金 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。,(c)2003 Brooks/Cole, a division of
6、Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,(2)X1合金结晶过程分析（ 2 Wsn19 ）,M,N,f,g,X1,T,C,t,L,L,L,L+ ,冷却曲线, + ,1,2,3,4,(3)X2合金结晶过程分析 （共晶合金）,X2,T,C,t,L,(+ ),L,L,L(+ ) 共晶体,冷却曲线,(+ ),(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademar
7、k used herein under license.,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,(4)X3合金结晶过程分析 （亚共晶合金）,X3,T,C,t,L,L+ ,(+ )+ + ,1,2,(+ )+ ,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,标注了组织组成物的相图,M,E,N,组织组成物与组织图 组织组成物：组成材料的中各个不同本质和形态的部分。 组织图：用组织组成物填写的相图。 组织组成物相对量的计算：杠杆定律。,相图与性能的关系,合金的使用性能与相图的关系 固溶体中溶质浓度 强度、硬度, 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。,2. 合金的工艺性能与相图的关系, 铸造性能 液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。, 锻造、轧制性能 单相固溶体合金，变形抗力小，变形均匀，易开裂。,