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1、1,上节要点回顾,概念：匀晶转变、平衡凝固、非平衡凝固、成分过冷、枝间偏析 匀晶相图的分析 固溶体的凝固过程,2,1. 下述哪些下列说法哪些是正确的? A 温度高于液相线的合金为液态；B 温度低于液相线的合金为固态；C 温度低于固相线的合金为固态; D 温度高于固相线的合金为液态。,思考题,答案：AC,3,2. 当非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象? A 组织、成分均匀化；B 成分不均匀，出现树枝状偏析；C 与平衡凝固的合金组织、成分一样，没有区别。,思考题,答案：B 匀晶合金非平衡凝固时，由于冷却速度快，原子来不及充分扩散，所以最后得到的合金成分不均匀，出现树枝状偏析。通过均匀化退火可以
2、消除树枝状偏析。,4,3. A-B二元匀晶合金相图如右图所示。 应用杠杆定律计算，当成分为40%B的合金冷却到1000C时，结晶出了多少固相？剩余多少液相（相对量）？,思考题,5,答案： 根据杠杆定律，固相的相对量计算如下：,液相的相对量则为，,6,由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。 两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生共晶反应的相图，称为共晶相图。,3.5 共晶相图,7,（1）相图分析,8,点 tA、tB、E M、N、F、G 线 tAEtB线为液相线 tAMENtB线为固相线 MEN线是共晶转变线 MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线 NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线,9,相
3、区 单相区 两相区 三相线,10,共晶合金: 61.9 %Sn 亚共晶合金: 19.2% 61.9%Sn 过共晶合金: 61.9% 97.5%Sn Sn97.5% 的合金可以看作是匀晶合金,（2）共晶合金的平衡凝固,共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为：,11,端部固溶体合金（10%Sn-Pb合金）,12,1,2,3,13,10%Sn-Pb 合金凝固过程示意图,14,10%Sn-Pb 合金显微组织,15,共晶合金（61.9%Sn-Pb）,16,17,61.9%Sn-Pb 合金凝固过程示意图,18,铅锡共晶合金的显微组织,19,共晶合金的显微组织是由和两相组成，所以它的相组成物为和两相。
4、 相组成物是指组成合金显微组织的基本相。 组织组成物是指合金在结晶过程中，形成的具有特定形态特征的独立组成部分。,20,亚共晶合金,成分在共晶点E以左、M点以右(即Sn: 19.2 61.9%)的合金称为亚共晶合金。,21,22,亚共晶合金凝固过程示意图,23,50%Sn-Pb 合金显微组织,24,相的相对量：,组织的相对量：,25,分析：共晶组织是由成分为E点的液相转变而来的，计算出共晶转变开始时液相的相对量即可。因此，选择L+两相区和共晶温度作为计算条件。 解：应用杠杆定理,例题,平均含Sn量为40%的Pb-Sn合金中，共晶组织的相对量是多少?,26,过共晶合金,27,28,70%Sn-P
5、b 合金显微组织,29,铅锡合金组织分区图,30,共晶体的形成,成分互惠交替形核,片间搭桥共同生长,两相交替分布 （共晶组织）,31,层片状共晶的形成,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。,32,前沿液相中原子扩散示意图,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
6、相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。,33,共晶生长的搭桥机制,34,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
7、网状、螺旋状等。,35,层片状 （Al-CuAl2，定向凝固）,棒状或条状 （Sb-MnSb，横截面）,球状或短棒状 （Cu-CuO）,针状（Al-Si）,36,螺旋状（Zn-Mg）,Fe-C(石墨)的共晶组织,37,在非平衡凝固条件下，成分接近共晶成分的亚共晶或过共晶合金，凝固后组织却可以全部是共晶体，称为伪共晶。 伪共晶的组织形态与共晶相同，但成分不同。 两组元熔点大致相同的，一般出现对称的伪共晶区；两组元相差悬殊，伪共晶区偏向高熔点组元。,伪共晶,（2）共晶合金的不平衡凝固,38,四种伪共晶区,39,共晶系合金的不平衡凝固,合金II在不平衡凝固时，由于固相线偏离平衡位置，冷到共晶温度以下
8、，还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成不平衡共晶组织。,不平衡共晶体,40,可能产生离异共晶示意图,由于共晶体中与初生固溶体相同的一相，往往依附在初生固溶体上生长，而把另一相推向最后凝固的晶界处，因此这种共晶体失去了共晶组织的形态特征，看上去好象两相被分离开来，所以称为离异共晶。,离异共晶,41,离异共晶（Al-50%Sn合金）,共晶组织中的Al已并入先共晶Al相，只有Sn被留在晶界处。,42,本节要点,概念：共晶转变、亚共晶、过共晶、伪共晶、离异共晶 共晶合金的平衡凝固 理解伪共晶和离异共晶的形成,下节内容：包晶相图,43,1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变
9、。 A 是B 否,思考题,答案：B 成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未凝固的液相成分沿液相线变化到共晶点，而进行共晶转变。因此，并不是只有共晶合金才发生共晶反应。,44,2. 发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。 A 是B 否,思考题,答案：A 能够发生共晶反应的液相成分一定是共晶成分。,45,3. 共晶转变进行时，系统的自由度F A 为1B 为0C 为1,思考题,答案：B 二元合金发生共晶反应时是三相（L, a, b）共存，根据相律计算可以知道系统的自由度为0。任何系统的自由度最小值是0，不可能为负值。,46,4. 相图中的共晶线 A 是一条水平线直线；B 是一个三相区（
10、L, , ）；C 一般是一条斜线，水平线是特殊情况。,思考题,答案：A 因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水平线；共晶反应时三相共存，所以共晶线也是一个三相区。,47,5.根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金中相和相的相对量。,思考题,48,解： 首先选择a+二相区，选择共晶温度，合金的平均成分49%为杠杆的支点。应用杠杆定律计算如下：,49,6. 根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金的共晶组织中的相占全部合金的相对量。,思考题,50,提示：40%Sn合金由初生的相（先共晶）和共晶体组成，共晶体又由相和相组成（见示意图）。 解：首先选择a+二相区，选择共晶温度，合金的平均成分49%为杠杆的支点。应用杠杆定律计算如下：,51,思考题,7、简单总结伪共晶、不平衡共晶和离异共晶的特点。 伪共晶靠近共晶点附近的合金得到了全部共晶组织； 离异共晶共晶组织没有显示出共晶的特征； 不平衡共晶在不应该出现共晶的合金里出现了共晶组织。,
