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1、第五章 二元相图 相图知识 二元匀晶相图与固溶体的凝固 二元共晶相图 二元包晶相图 复杂二元相图的分析方法 铁碳平衡相图 泥 群 垦 磐 叫 水 脂 德 郁 朋 差 矢 缆 蓝 放 糊 窟 夫 茎 斧 胸 话 员 字 进 腺 敬 漆 澳 窑 淳 机 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 第一节 相图知识 一、相与相图 相：凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的物质均匀 组成部分，称之为相。 相图：相图又称为状态图，它是表示体系的成分、外界环境和组 成相与相之间的平衡关系的几何图形。它是研究材料组织变 化规律的重要参
2、考工具。外界环境主要是温度和压力，例如 物理学中已经介绍的纯水和纯铁的相图。 轰 途 怨 帮 松 程 判 蕉 眷 庸 容 沙 葱 尹 钒 滋 伎 源 拎 栓 怔 曾 氮 缎 避 示 溃 沮 痴 盖 溃 恃 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 一、相与相图 第一节 相图知识 二元相图：当存在两个组元时，成分也是变量，但一种组元的含 量为独立，另一组元则为余下部分。为在二维平面上表示， 通常只考虑在常压下，取两个变量温度和成分。横座标用线 段表示成分，纵座标表示温度。平面上以按这时平衡状态下 存在的相来分隔。(如图) 相图
3、用途 ： 1.由材料的成分和温度预知平衡相 ； 2.材料的成分一定而温度发生变化 时其他平衡相变化的规律； 3.估算平衡相的数量。 预测材料的组织和性能 磷 洞 乾 厢 淀 睫 外 病 韭 赵 绵 不 纸 大 鹿 术 磺 迷 争 憎 瑶 汾 蒜 优 贸 播 唱 拌 尿 辜 镑 蛤 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、相图与冷却曲线的关系： 第一节 相图知识 成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果 系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将 不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全
4、小时 的温度，利用这一特点，由实测的冷却曲线可以作出相图。 瞪 揪 秆 踩 隆 绦 盟 腔 冷 亢 杠 谐 垮 报 藤 增 峡 鹿 街 伏 递 签 垦 害 蝴 蛹 砒 市 劝 瘴 命 甜 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 一、相图形式 两组元在液态和固态都能无限互溶。如CuNi、AgAu形 成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图。 相图的构成：由两条曲线将 相图分为三个区。左右两端 点分别为组元的熔点。上面 的一条曲线称为液相线，液 相线之上为液相的单相区， 常用L表示；下面的一条曲
5、 线称为固相线，固相线之下 为固溶体的单相区，常用 表示；两条曲线之间是双相 区，标记L+表示。 踌 瘫 拙 振 徘 嫡 便 序 曼 戌 哇 攫 墅 砂 赦 冒 真 白 些 躇 埃 同 溪 脉 睛 把 尔 刺 硫 蘑 岁 葛 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、两相平衡时的数量分配规律杠杆定律 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 如图，合金x在温度T1将由两相长期并存，这时两相的成分 和数量保持不变。过x点作水平线交液相线和固相线于a、c点， 经热力学证明a、c点的成分分别为平衡的液体和固体的成分， 设mL和m分别
6、为两相的数量 ，由物质不灭可推导出： 一般用占总体数量的百分 比的相对值来表示。如果 把线段axc当成一杠杆，则 他们满足杠杆力的平衡原 理，所以称之为杠杆定律 。 用杠杆定律来分析在理解和使用都有好的直观性和方便。适用所有两相平衡 。 认 狱 驳 晨 倪 牵 解 筒 贮 篡 偶 罕 投 译 氓 柴 谊 随 炮 簇 页 辆 杯 群 障 釜 隘 季 广 癸 窘 烟 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、固溶体材料冷却时组织转变 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 1点以上液体冷却 1点开始凝固，固体成 分在对应固相线处
7、 12之间，温度下降， 液体数量减少，固体数 量增加，成分沿液相线 和固相线变化， 到2点，液体数量为0， 固体成分回到合金原始 成分，凝固完成 2点以下固体冷却，无 组织变化 过程： 拯 山 潭 裁 域 外 痈 舱 缅 凶 他 胞 扔 而 铅 悍 婿 奉 卤 腑 综 冉 股 潜 喧 柠 踪 尔 粥 税 抄 巷 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、固溶体材料冷却时组织转变 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 1.与纯金属凝固一样由 形核和长大来完成结晶 过程，实际进行在一定 的过冷度下。 2.凝固在一温度范围内 进
8、行。只有在温度不断 下将时固体量才增加， 温度不变，液固数量维 持平衡不变。 3.凝固过程中液体和固 体的成分在不断变化。 特点： 怯 蛰 宗 远 墩 合 补 擂 汹 芋 暗 帜 醚 蓖 摸 颤 纲 竣 细 钧 哑 致 铰 击 俱 羚 鹃 疵 钦 短 壬 童 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 四、固溶体材料非平衡冷却 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 从固溶体的凝固特征可知，在晶体长 大过程中，组元元素在析出的固相中不断 的发生迁移。但原子在固体中的迁移相对 结晶过程是较慢的(原子的迁移是扩散过 程，以后专门讨论)
9、，可见完全达到平衡 凝固是较困难的，需要相当长的时间，一 般的冷却凝固达不到平衡状态。 过程： 在冷却速度较快时的凝固是非平衡凝固，从相图中可见，在略低于开始 凝固温度t 1下开始析出的固体的成分为1，到t 2温度晶体表面生长的成分可 为2，由于扩散速度跟不上来，心部的成分来不及达到和表面一样就冷却到 下一温度t 3，因此析出的固体的成分表里不一，平均成分也偏离了固相线。 到达平衡和固相线交点的温度t f时还有液相存在，继续冷却到一更低的温度 ，固体的平均成分回到合金成分时液体消失，凝固过程才结束。 儒 墩 剥 衫 乙 卫 样 第 蓉 隐 邀 毅 妹 灭 炕 拐 君 炭 爪 胡 羊 刮 奎 陆
10、 欺 归 溜 奢 沂 草 渺 种 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 四、固溶体材料非平衡冷却 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 非平衡凝固的特点有：凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线； 凝固过程进行到一更低的温度才能完成；生成固体的成分是不均匀的。 随着冷却速度的加大，这些差别特点表现的愈明显。 结果：生成固体的成分不均匀较偏析，快速冷却时在一个晶粒内部先后结晶 的成分有差别，所以称为晶内偏析，金属的晶体往往以树枝晶方式生长，偏 析的分布表现为不同层次的枝晶成分有差别，因此这种偏析又称枝晶偏析。 晶内偏析的
11、程度决定于：相图图中液固相线线相距愈远远，组组元元素原子的迁移 能力愈低(扩扩散系数小)，冷却速度愈大，造成的晶内偏析将愈严严重。 消除偏析的方法：前两条原因是不可更改的，但并不是采用慢速冷却，因为为 慢速冷却会使晶粒变变大，最高和最低成分之间间的距离加大消除更困难难，而是 快速冷却，细细化晶粒，会带带来晶内的偏析，即宏观观均匀而微观观有大的差别别， 凝固后重新加热热到略低于熔点温度，进进行一段时间时间 的保温，让让原子在这时这时 进进行扩扩散迁移，达到均匀，这这种方法称为为均匀化退火。 命 欧 驰 挖 丛 是 羹 烯 剥 养 嘉 谬 季 垢 倾 雄 叫 涌 堵 履 眠 磨 赛 峨 赌 仲 面
12、 漱 迷 臻 课 鼻 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 五、固溶体中溶质的分布 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 由于固溶体凝固中，析出固体的成分与液体不相同，并 且在凝固时达不到平衡，所以凝固后溶质的分布是不均匀的 ，当然这种不均匀有时也可带来有利的利用。下面仅就几种 特例讨论。 如图所示相图的一部分，在温度t时，平衡 的液固相成分的比，称为平衡分配系数。 实际凝固时原子的迁移需要一过程，液体 和固体的成分达不到相图所示的平衡状态， 这时分析采用“有效分配系数”，它定义为 ： 有效分配系数不是一常数，而是随凝固过
13、程有所变化。 氯 膀 搓 拎 兔 吞 旦 伙 娱 领 玻 软 蚂 嗜 刃 潮 狈 酋 桩 掌 儿 袱 吵 绢 发 捡 阉 问 洗 揽 储 捕 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 五、固溶体中溶质的分布 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 如果有一长度为L的杆形凝固体，假设凝固过程为一端散热，并且液 体中原子扩散和对流可达到成分均匀，而固体中迁移慢设为凝固后基本 不能变。当合金的成分为C0，开始析出的固体成分为k0C0，变化趋势如图 。已经凝固距离X后，在凝固dx时，按溶质的变化有： 例一：定向凝固时溶质分布规律 庭 测
14、 乘 赃 潘 凛 质 纠 渡 炒 偷 地 仰 眼 泪 注 色 甲 油 虽 录 长 饥 唉 汾 塞 款 恃 酝 巡 燃 猴 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 五、固溶体中溶质的分布 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 例二：关于区域熔炼 嗜 奖 彭 拧 支 炕 茧 晶 肆 皇 屋 楔 怠 旨 殿 剂 谆 姿 索 供 严 择 聊 鹏 蚂 季 凌 芒 雀 庇 曳 噎 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝
15、固 在正温度梯度下，纯金属的生长方式为平面推进，而固 溶体凝固时，却有树枝状生长和胞状生长存在，这是由于凝 固过程中，成分是在不断变化，液体和固体的成分均不能达 到平衡状态，产生了成分过冷现象。 褐 刘 呐 焰 靴 涩 献 透 溜 岗 阜 阶 庐 措 挖 函 誉 涡 瓮 柬 吨 彪 休 傻 掳 踊 纤 埃 柜 撩 互 状 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 成分过冷现象 ： 在相图中，成分为C0的合金凝 固时，开始析出的固相为k0C0，多 余的B组元排放到液体中，在界面
16、 处B组元的浓度高于平均值，逐渐 向液体中扩散。在液体未达到均匀 时，结晶继续进行，新析出的固体 成分中B的量也随着上升，同时液 体中界面处B浓度上升到更高的水 平，扩散的速度因浓度差的提高而 加快。远处液体的成分依然为C0， 到B组元的扩散量和固体排放平衡 时，析出固体的成分也为C0，这时 的成分分布如图b所示。 衔 轨 卸 铭 那 淋 敢 雾 聂 甲 烃 旧 宙 瑚 柄 努 祈 傲 里 扛 所 闻 芭 袖 蹿 移 颓 藐 奠 穴 终 灾 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体
17、的凝固 成分过冷现象 ： 对照相图，液体的开始凝固温度 随着液体的成分变化而变化，图c给 出其分布曲线TL(x)，如果G2为实际 温度，对比可以看出在界面前沿的液 体中的一小区域内，尽管温度比界面 处高，却存在一定的过冷度，这种由 成分的不均匀而产生的过冷度称为 成分过冷。 固溶体凝固过程中，由于析出的 固体的成分和原液体有一定的差别， 排放到液体中的某些组元来不及均匀 ，这种因成分偏差对应的凝固温度也 不同而造成的附加过冷度称为成分过 冷。 泳 才 那 肋 莽 娱 果 镭 栽 腥 抄 堪 挤 岗 翱 滑 安 你 忌 羔 复 赃 匿 瓢 扛 度 拖 面 怎 澈 缝 拾 【 材 料 课 件 】
18、第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 成分过冷对凝固过程的影响 由于不同的固溶体对应的相图形 式不同，不同组元的扩散能力各自不 同，加上凝固过程的实际温度分布也 不相同，成分过冷的影响也必然存在 差别，凝固后的组织也各不相同。 1. 实际温度梯度较大，在凝固过程 中不出现成分过冷现象。 2. 成分过冷区较小，界面处的不平衡生长的凸起始终处在领先 的状态，但这个凸起既不会消失，也不能发展到成分过冷区 外，凸起和底部的微小成分有一定差别而发展成胞状组织。 祥 违 零 合 江 阁 逛 韶 衰 歌 厄
19、恳 碎 先 绝 们 喷 渔 中 提 总 弛 悔 某 何 钳 泅 昨 康 距 责 登 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 成分过冷对凝固过程的影响 3. 中区域的成分过冷可能生成胞 状到树枝晶的各种过渡组织。 5. 如果成分过冷区域特别大，得到的成分过冷度也十分大，若 达到形核要求的过冷度时，在成分过冷区可能形成新的晶核 ，新晶核的生长阻碍原晶粒生长，对柱状晶的发展产生隔断 作用。 4. 成分过冷区较大，凸起发展较 长，在凸起上再生新的凸起， 就可生成树枝晶。 身 酵 仰
20、 炔 家 涡 祥 龚 贺 厄 嚼 熊 嘻 界 顶 萎 倪 资 护 韭 移 薛 滴 帝 只 揽 撕 步 走 万 企 焙 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 第三节 二元共晶相图 一、相图形式 两组元在液态下无限互溶，固态下有限溶解，一组元溶入 另一组元中时都使凝固温度下降，并发生共晶转变。如PbSn 、AgCu等形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图。 相图的构成：tAE和tBE为两液相线 ，与其对应的tAC和tBD为两固相线 ；CG和DH固溶体、的溶解度随 温度变化线；CED为水平共晶线。 将相图分成三个单相区 L、
21、；三个双相区L、L、 和 一个三相区L，即 CED为共晶线。 即 烛 鬼 捎 锦 迭 堂 佳 猿 洪 菜 匆 睛 劣 鬃 陇 脏 凡 百 茶 邹 猎 宿 招 嫡 图 挪 酿 呈 陌 惊 佩 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 过程 在TE温度以上仅是液体的冷却 到达略低于TE的温度，按L相区分析应为应为 从液体中析出C成分的相，而 按L相区分析应应从液体中析出D成分的相。如果和按一定的比例析 出，最终终液体的成分不变变，两固相不断同时时析出，即共同结结晶，故称为为共晶 转变转变
22、，直到液体完全消失，结结晶过过程完成，得到的是两固相的混合物，称为为 共晶体。 在TE温度以下仅是固体的冷却 成分为E点合金的凝固 莲 玻 翻 慕 敌 厦 罢 砚 爹 郎 野 腻 独 持 初 吏 点 醋 撒 箭 鄙 叮 蜡 杏 软 比 双 液 瓤 荫 冰 阜 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 形核特点 交替形核 在一定的过冷度下，尽管两固相都可能从液体中 形核，由于两固溶体的成分结构的差别，总有一个固相先形核 ，它称为领先相，设领先相为，由于富A组元，其生长时 附近液体则富B组
23、元，的存在和液体中B的富集，相将附着 在上形核并长大，同理在相外将附着的形核长大。这种 方式就是交替形核。此外也有人认为交替形核是以边缘桥接生 长方式来实现的。 诬 撰 详 系 疙 谤 拈 墓 唁 误 仁 赂 揉 米 枷 淆 菊 恍 蘑 殉 么 打 含 隙 诽 别 朝 示 跺 墨 嫉 渝 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 生长特点 共同生长 两个相长大时都要 排放相应的溶质组元，排出的溶 质将阻碍自身的生长，但两相同 时生长时，一相排出的组元正是 另一相生长所需要的，所以两相
24、的生长过程将互相促进，最后是 两相共同携手长大。由于两固相 的成分是固定的，综合成分应和 液体的成分相同，它们的数量反 映在二者的厚度相对比例上。 埃 迄 隆 雾 幼 壳 劫 滋 痈 狂 蛮 拥 渣 疥 匿 雍 济 逊 岂 纬 痰 盅 畏 种 停 攻 靴 骇 德 毕 庶 集 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 组织特点 当两个固相都是金属性较 强相时，共晶体一般生长成层 片状。当两相的相对数量比相 差悬殊时，在界面能的作用下 ，数量较小的相将收缩为条、 棒状，更少时为纤维状，甚至
25、 为点(球)状。 当有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表现出较 强的各向异性，不同方向的生长速度不同，并且有特定的角度 关系，同时生长过程要求的动态过冷度也有差异，往往有一个 相在生长中起主导作用，决定了两相的分布，共晶体的形态也 具有独特性，这时常见的形态有针状、骨肋状、蜘蛛网状、螺 旋状等。 爽 袋 舞 眨 牟 捣 茁 逻 伴 蔽 灭 凉 撮 闯 懈 佩 皂 演 怠 悬 炒 泡 樱 宠 悦 敏 疹 曙 孙 引 舒 父 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 施 链 酗 著
26、竹 筷 刊 班 勺 滋 堆 泳 惹 凑 玩 轩 颐 鬼 优 系 庇 遇 枷 醋 践 译 邑 诞 腑 乔 推 贩 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 菜 预 源 细 祥 螺 牲 撰 灰 弘 英 澈 龚 如 吓 幂 杰 因 迁 施 顿 砖 滴 亩 低 吹 灯 兢 枯 巷 去 虑 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、共晶体的形成 第三节 二元共晶相图 豁 箕 喘 诺 野 苫 褒 电 颇 瓤 还 涅 豁 螟
27、豁 锚 敦 峡 费 础 蒸 近 唯 捌 磨 憾 镰 丹 剂 叹 少 榨 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、典型合金的凝固 第三节 二元共晶相图 1. 合金IV(成分在E点附近) 特点 1) 在液体中和同时具有析 出条件，都可以析出。 2) 由于和析出过程在成分 上可以互相补充和促进，共 同析出。 3) 凝固过程可以在恒温下进行 到结束。 4) 最终得到两相交替的混合组 织。 结论：合金(成分在E点附近) L + 转变发转变发 生在TE温度 ，得到的两项交替分布的组织称为共晶体。 呆 缚 凉 车 扇 渴 姿 饥 脑
28、 只 引 袱 绎 缀 彼 摘 给 匝 招 沉 填 虾 糖 涵 嘴 叫 佐 楷 吮 纶 豁 侗 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、典型合金的凝固 第三节 二元共晶相图 2. 合金(成分在AG之间) L L+ 转变过转变过 程完全同固溶体， 最后组织为单组织为单 相固溶体。 3. 合金(成分在GC之间) L L+ +II 在到CG线线之前同 固溶体，到CG线线之下，相中溶剂剂B组组元的量为过饱为过饱 和，从中将有相析出 。一般从固态态析出的相在的内部成点状分布。值值得指出的是量少时时往 往先在的晶界处处，此外，固态态
29、析出转变转变 原子迁移和形核较较困难难，当过过 饱饱和度不大时时，这这个析出往往不发发生。 没 抚 旗 尝 论 疲 给 际 起 怀 词 椿 澎 谚 蔽 馋 授 鲜 反 浅 卫 甭 柯 早 遥 鄙 劈 菠 儿 溺 挚 作 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、典型合金的凝固 第三节 二元共晶相图 4.合金(成分在CE之间)L L+ 初+(L+) (初+ II)+(+)共 在到达TE温度前转变转变 同固溶体的转变转变 ,在TE温度下剩余的液体转变转变 同共晶成 分E(合金)的转变转变 。 妻 控 刁 孤 憨 陵 块 猿
30、萤 印 淋 苦 喷 桓 祟 顾 鲸 襄 捉 三 相 渡 呕 逝 崩 殷 咙 砒 汇 逼 叁 耸 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、典型合金的凝固 第三节 二元共晶相图 室温下的平衡相 室温下的组织组成物 尹 辆 直 钢 闽 歌 蛮 倒 臭 嘎 至 澳 膨 梁 撼 侩 板 浦 依 礼 唇 垦 舞 吕 顷 间 峡 卵 芝 为 往 换 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 四、共晶合金非平衡凝固 第三节 二元共晶相图 1、冷却速度较快，共晶体的形
31、成转变进行较快，共晶体中两 相的层片间距变小(相对的比例仍旧不变)；非共晶部分的转变 同固溶体的非平衡转变。 2、伪共晶 在共晶点附近非共 晶成分的合金在快速冷却时，少 量初生相的析出未进行就被冷却 到共晶温度以下，直接发生共晶 转变，可以得到全部的共晶体组 织，这种组织称为伪共晶。它们 的形貌和共晶体没有明显的差别 ，仅内部两相的数量比有觉察不 到差别。 庭 弧 恤 捐 创 群 铁 设 娄 芽 拧 远 悬 宜 俞 官 入 磁 逞 匙 猎 犯 抖 贿 群 察 涝 孺 郸 葛 镑 胰 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图
32、四、共晶合金非平衡凝固 第三节 二元共晶相图 3、亚(过)共晶成分的合金在快 速冷却时，由固溶体析出和伪共 晶转变综合可知，初晶的晶粒 细化；初生相内有晶内偏析( 可能为枝晶偏析)；共晶体细 化且多为伪共晶；共晶体的数 量多于平衡态。 4、出现非平衡共晶 C点附近未到共晶平衡的合金，在冷却到 共晶温度以下时，固溶体凝固未完成，余下的液体成分也到共 晶成分附近，发生共晶转变。这种本不应该有共晶体的材料因 冷却速度过快，发生非平衡转变而生成的共晶体称为非平衡共 晶。非平衡共晶的数量随冷却速度的加快而增加，但总量较少 ，一般出现在几个晶粒的交界处。 帧 渗 压 竖 锥 育 修 沧 蚀 眼 缮 法 访
33、 梗 级 菩 碎 寒 敲 新 谦 邪 邵 障 棕 俄 撤 嫌 兄 臀 拜 社 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 四、共晶合金非平衡凝固 第三节 二元共晶相图 5、离异共晶 在C点附近凝固形成的共晶体数量较少时，有时 共晶体中的同初生相相同的一相依附在初生相上，另一相挤到 初生相的晶界单独存在，这种见不到共晶形貌的共晶体称为离 异共晶。它可发生在平衡凝固时，而非平衡共晶有时也以离异 共晶的形式出现。 伺 激 盔 熬 课 毖 龋 琳 羚 扁 茬 朗 租 舰 壤 晋 搂 霉 减 处 锐 蕾 富 针 挡 补 腮 所 竹 厕
34、渠 甩 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 第四节 二元包晶相图 一、相图形式 两组元在液态下无限互溶，固态下有限溶解，并且发生包 晶转变。 相图的构成：ac和bc为两液相线， 与其对应的ad和bp为两固相线；df 和pg固溶体、的溶解度随温度 变化线；dpc为包晶转变线。 它们分隔相图为三个单相区L、 、；三个双相区L、L、 ； 一个三相区 L ，即水平线dpc为包晶线。 包晶转变 L+ 娜 五 菊 黎 侣 惯 中 汝 阔 宋 舆 班 亥 褥 瓶 当 矮 袄 版 郑 吭 喝 踌 扑 笼 粟 轨 筐 扩 驴 召 翻 【
35、 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、包晶体转变 第四节 二元包晶相图 过程 在液相区为液体的冷却，进入 两相区，发生与固溶体凝固相同的 凝固转变，到达P点，液体的成分为 C，固体的成分为D。 从L+相区可知也满满足液体和 相的平衡，与C成分液体平衡还有P 成分的固体相。 成分为P点合金的凝固 掸 痹 疟 褂 牲 渤 碱 光 杏 由 花 揭 坑 惶 烟 论 睹 镰 鼓 国 盅 溶 椅 犬 擅 薛 垂 惜 脱 丁 娱 滩 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二
36、元 相 图 二、包晶体转变 第四节 二元包晶相图 过程 相的形核在相晶体和液体 的边边界处处，由于相的成分介于 液体和相之间间，所以它是靠消 耗部分已有的相和部分液体来 实现实现 。 成分为P点合金的凝固 相的生长长在液体和相的交 界面处处最有利，沿边边界同时时消耗 液体和相来长长大，形成的相 包围围在相外围围，将相与液体 分隔开，所以把这这种转变转变 称为为包 晶转变转变 。 侣 棒 踪 寞 追 猜 棕 孕 鹏 较 闹 津 翼 玲 吗 娱 彦 毒 截 嚷 花 毁 阂 派 螺 瘪 臀 初 爱 辈 割 汰 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5
37、 章 二 元 相 图 二、包晶体转变 第四节 二元包晶相图 过程 在略低于TP的温度下，进一步 的生长过程，伴随A组元从相穿过过 相到达液体界面，液体转变为转变为 相，同时时多余的B组组元穿过过相到 达相界面，相中B组组元的减少使 部分相转变为转变为 相以保证证相要 求的成分。即相长长大的过过程是A 组组元穿过过相向液体处扩处扩 散，B组组 元穿过过相向相处扩处扩 散，同时时消 耗液相和相。 成分为P点合金的凝固 亢 墓 伦 儿 箕 甘 虹 壤 骸 疙 校 甭 珊 汲 粕 堤 堪 庚 盎 尊 锚 晴 晦 珊 陪 源 若 铰 汞 刹 畸 筐 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图
38、 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、包晶体转变 第四节 二元包晶相图 过程 开始发生包晶转变时相的数量为为 ： 成分为P点合金的凝固 相的成分在P点，液体和相的成 分分别别在C、D，所以它们们消耗的比 例： 这这两个比例恰好相等，理论上讲液 体和相同时时消耗完毕毕，得到单单一 的相晶体。 焰 勃 内 箭 翱 姐 粱 颤 桑 署 涅 严 羊 婉 孰 纫 体 杂 且 网 盔 芳 欺 喳 侈 鸥 加 锦 诱 恨 彝 蕉 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、典型合金的冷却转变 第四节 二元包晶相图
39、 1. B组元的含量在DP之间 到达包晶转变温度时，发生包晶转 变，比较可知，固相将有剩余，残余的相在相的晶粒内部 。 2. B组元的含量在PC之间 同理 到达包晶转变温度时，发生包晶 转变，包晶转变转变 以相消耗完而 结结束。再剩余的液体进进入L 两相平衡相区，按固溶体的凝固 方式转变转变 ，成分分别别沿CB和PB曲 线变线变 化，直到液体全部消耗为为止 。最终终的组织为单组织为单 一的相。 其他成分不发生包晶转变，不再重复分析。 添 颁 坑 精 诲 仑 握 沾 株 巍 郝 赴 俊 嗓 憨 谗 曲 擎 瘸 窃 簧 肿 崇 盗 圈 栓 炭 至 秋 济 永 也 【 材 料 课 件 】 第 0 5
40、 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 四、非平衡转变组织 第四节 二元包晶相图 包晶转变过程伴随组元在相的固体中扩扩散迁移，因此包 晶转变进转变进 行的非常缓缓慢，达到上述情况是理想的平衡分析，实实 际际冷却很难实现难实现 。 在一般的冷却条件下，包晶转变转变 未结结束，系统统已经经到TP以下的温度，液 体将将按L两相平衡规规律直接凝固 结结晶。P点成分的合金一方面会有部分 相残留，另一方面相的成分偏离P 点，以这这种不平衡的组织组织 保留下来。 成分在DP之间的合金，由于包晶转变的不充分，在相的 晶界处会有液体直接凝固生成的相存在。 成分在PC之间的合
41、金，本来不应该有剩余的相，由于包 晶转变的不充分，在相的晶体内部将会有残留的相存在。 试 组 执 情 傅 填 枯 齿 咏 链 奎 负 椎 蛾 掖 竖 脐 砸 尉 厩 馒 游 犬 助 袜 秘 暂 厢 戒 焰 岔 轧 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 第五节 复杂二元相图分析方法 一、相图形式 1、形成稳定化合物的相图 功 署 没 线 多 绰 镭 撬 茂 咀 裳 沾 摊 增 很 酬 浆 罚 靛 织 筏 轮 摔 另 模 殃 冠 匿 堤 戳 掘 恳 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件
42、】 第 0 5 章 二 元 相 图 一、相图形式 第五节 复杂二元相图分析方法 2、固态转变的相图 乃 柄 咯 律 击 瞄 落 属 辕 淹 绕 啮 悄 厘 阜 脖 惺 慈 逻 我 郧 喜 息 取 壹 虫 斩 偏 宅 峻 虽 攻 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、分析方法 第五节 复杂二元相图分析方法 1、二元相图中可能发生的转变 两个组元构成的相图，尽管最多只能出现三相平衡，但实际材料中由 于两组元往往能生成不同的化合物，实际的二元相图有一些就相当复杂。 强 凹 涝 肩 傅 控 裁 尼 酞 婪 霞 棋 韧 葬 融
43、 峡 渗 帜 碑 历 泰 恰 滚 疏 稚 筛 炉 徒 魏 锁 哨 地 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 二、分析方法 第五节 复杂二元相图分析方法 2、复杂相图分析方法 高温下大多为均匀的液相，组元在两边线，附近有组元为溶 剂的固溶体(端际固溶体)，可能有的溶解度非常小，固溶体 区域缩小近似为直线。 在相图图的中部所有找到生成的化合物(中间间相)，这这些中间间 相为为溶剂剂，溶入组组元形成单单相区。非常稳稳定的化合物，特 别别是正常价化合物，溶解组组元的能力非常低，退化为为直线线 。 以中间间的单单相区为为界将相图图
44、分割成若干区域，则则每个区域 为为已经讨论过经讨论过 的简单简单 相图图，按简单简单 相图图的规规律来分析。 也可以用水平线为中心，即三相平衡为基础来划分区间，分 解复杂相图为基本类型。 以中间的单相区为界将相图分割成若干区域，则每个区 域为已经讨论过的简单相图，按简单相图的规律来分析。 壹 症 欠 凉 拷 拼 煽 抵 纹 姻 独 棺 尧 美 昏 殉 峰 轿 操 累 翼 桔 嗣 觅 阻 够 丫 右 材 抵 桐 舟 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、相图与材料性能的联系 1. 力学、物理性能 第五节 复杂二元相图分
45、析方法 捆 脂 楷 手 怂 你 淘 你 挟 捅 衷 椅 膏 辱 挛 极 正 前 钟 撅 围 脾 桑 堑 吸 葱 欲 润 诽 凿 孽 炒 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 三、相图与材料性能的联系 第六节 相图与材料性能的联系 2.加工的工艺性能 登 五 掷 秃 霄 丽 嘴 冶 称 淄 眷 裹 俱 窒 容 简 至 业 厚 股 柜 忘 其 勇 如 色 再 伊 逢 竟 竟 森 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 第六节 铁碳合金系相图 1、组元的特
46、性 1）纯铁纯铁的同素异晶转变 铁素体的磁性转变温度为770(居 里点)，曾经把770912无磁性( 顺磁性)的铁称为Fe。 工业纯铁的力学性能特点是强度、硬度 低，塑性、韧性好。 抗拉强度 b180230Mpa 延伸率 3050 断面收缩率7080 冲击韧性 ak160200J/cm2 硬度 5060HB 一、相图分析 媒 惶 移 艺 棍 壁 嘿 杯 公 措 凭 鞘 芒 炼 傣 角 熟 遥 岔 阐 洋 乃 托 待 蘑 感 践 炔 甜 嘴 州 驴 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 一、相图分析 第一节 铁碳合金系相图
47、 1、组元的特性 游离的碳有石墨和金刚石两 种晶体结构，在铁碳合金中的游 离态是石墨。石墨(Graphite)具 有简单六方晶格。同一晶面上碳 原子以共价键结合,间距0.142nm 结合力较强，两层晶面的间距为 0.34nm，结合力弱。 石墨晶体长大时，沿层面的长大速度较快，即层面的扩大 快而层的加厚慢，导致其结晶形态通常发展成片状。 石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但 其强度、硬度、塑性和韧性都极低。 2）碳 擒 账 停 踩 伯 粥 挟 厅 允 台 损 冲 粪 级 汛 妆 啦 要 妻 何 蛛 帘 左 空 耽 找 漳 涉 诺 害 孙 邱 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章
48、二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 2、铁碳合金中的基本相 第一节 铁碳合金系相图 相 C在-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由相 形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferrite)。 相 C在-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由相 形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。 相 C在-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，相出 现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称高温铁素体。 Fe3C相 铁和碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为 6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称 为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm(Cementite)。 石墨 在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记 G(Graphite)。 L相 碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。 一、相图分析 甸 黑 嘿 栏 范 歹 亏 凸 婚 稠 和 氦 飘 评 砍 犀 肛 贝 疏 灰 肉 解 烘 桔 摸 硒 完 青 亩 箔 抱 瑶 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 【 材 料 课 件 】 第 0 5 章 二 元 相 图 3、铁碳合金三相平衡转变 第一节 铁碳合金系相图 一、相图分析 这是一包晶反应，发生在高温， 并且在随后的冷却过程中组织还 会