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1、第三章 相图及应用 Phase Diagramsw为了对广泛使用的合金进行熔铸、锻压和热和理，必须首先了解 它们的熔点和固态转变温度，并弄清楚它们的凝固过程及凝固后 的相和组织结构。相图是描述系统的状态、温度、压力及成分之 间的关系的一种图解，又称为状态图或平衡图。利用相图，我们 可以了解各种成分的材料在不同温度、压力下的相组成，多种相 的成分与相对量及组织的变化规律等。因此，掌握和了解相图的 基本知识和分析方法，对制定材料热加工工艺、分析和检测材料 的性能以及研究开发新材料等都有重要作用和指导意义。 第一节 二元相图的建立 Mensuration of Binary Phase Diagra
2、ms一、二元相图的表示方法二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表 示，如图所示。二、二元相图的测定方法 w相图的建立一般采用热分析法，其基本思路是先配制一系列不同 成分的给定合金，绘制它们各自的冷却曲线，然后由冷却曲线上 的临界点绘制相图。100%Ni温 度 时间Cu 20 40 60 80 NiNi %TNiTCu80%Ni 60%Ni 40%Ni 20%Ni100%Cu（a） （b） Cu-Ni合金相图的测绘 （a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图三、相律及杠杆定律 w相律相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示在平衡条件下， 系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式
3、。在衡压条件 下，其数学表达式为f=c-p+1 式中 f自由度数c组元数p平衡相数第二节 匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams从液相中不断结晶出单相固溶体的过程 称为匀晶转变。二组元在液态、固态时均能无限互溶的 二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合 金系称为匀晶系。属于匀晶系的合金系有Cu -Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W 等。几乎所有二元合金相图都包含有匀晶转 变部分，因此掌握这一类相图是学习二元合 金相图的基础。一、相图分析 A1083B1452LL+温 度Cu Ni Ni % Cu-Ni合金相图液相线固相线二、固溶
4、体合金的平衡结晶过程 IA1083B1452L1L2L3L4432LL+温 度Cu XL X0 X Ni % Ni 时间（a） （b） 图3-4 Cu-Ni合金相图LL1t1t2t3、 3t4四、偏析与区域提纯 w偏析通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析，表明在结晶过 程中随着固相的不断形成，其成分也在不断的变化，这种变化是 通过原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散，固溶体将 发生平衡结晶；若原子不能够进行充分的扩散，固溶体将发生非 平衡结晶。由此可见，固溶体在结晶时，溶质和溶剂原子必然要 发生重新分配。固溶体不平衡结晶所形成的枝晶偏析是指一个晶 粒内部成分的不均匀现象；而固溶体的在结
5、晶时，沿一定方向结 晶过程中，在一个较大区域范围内也会出现成分差异，这称为宏 观偏析。 五、成分过冷 w长大方式长大方式取决于凝固过程中的温度分布。TCxSL(b)xTCSL(a)铸锭凝固过程中的温度分布w结晶时合金液体中的浓度分布 由于结晶时随温度不同，液固两相的成分也不同，所以会在 液固界面上形成浓度差，造成理论结晶温度Tm变化。TC0 CL 成分TmX（位置）SL液固界面浓 度 CX（位置）SL液固界面CLC0w成分过冷TX（位置）SLTmTc第三节 共晶相图Binary Eutectic Phase Diagramsw大多数二元合金在液态时相互无限溶解，而 在固态时并不能完全互溶，发生
6、共晶转变形 成有限固溶体。具有共晶转变的典型合金系 有Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等，它们的 相图都属于共晶相图。 一、相图分析 二、典型合金的平衡结晶 w固溶体合金（含Sn量小于19的Pb-Sn合金） w共晶合金（含Sn量为61.9的Pb-Sn合金） w亚共晶合金（含Sn量为大于19小于61.9的Pb-Sn合金）400A 300200100Pb 20 40 60 80 Sn WSn（%） Pb-Sn相图温 度 327.5 L 19 61.9 97.5 L+ 231.9 B183 EL+ MNFG400A 300200100温 度 327.5 L 19 61.9 97.5 L
7、+ 231.9 B183 E+MNFG1231212第四节 包晶相图Binary Peritectic Phase Diagramsw一个一定成分的液相与一个一定成分的 固相在恒温下生成另一固相的转变称为 包晶转变。两组元液态时能相互无限溶 解，固态时有限互溶，并发生包晶转变 的二元合金系相图称为包晶相图。具有 这种相图的典型合金有Pt-Ag、Sn-Sb、 Cu-Sn、Cu-Zn等合金系。 一、相图分析 二、典型合金的平衡结晶 w含Ag量为42.4的Pt-Ag合金 w含Ag量为大于42.4小于66.3的Pt-Ag合金 w含Ag量为大于10.5小于42.4的Pt-Ag合金 18001600140
8、012001000800600400温 度 Pt 20 40 60 80 Ag 图332 Pt-Ag合金相图LL+ L+B(961.93)CA(1772 )1186 D 2P 42.410.566.3EF第五节 其它类型的二元合金相图 w匀晶、共晶、包晶相图是最基本的三种 相图。除这三种相图外，还有几种其它 类型的相图。 一、组元间形成中间相的相图 w两组元形成稳定化合物的相图 Mg 20 40 60 80 SiSi% Mg-Si合金相图16001200800400温 度 /Mg2Si1087 56.5 L Mg2SiLSi946.7LMg2Si638.81.38LMgMg2SiSi MgMg2Si1414Lw两组元形成不稳定化合物的相图 Sn 20 40 60 80 Sb温 度 /Sb%700600500400300200100L630.74 50 64 425 9121.3 325 49.259 320L+-Sn(-Sn)- Sn+L+ +(Sb)+(Sb)L+(Sb)L+ 10.4 41(Sb)Sn-Sb合金相图二、具有固态转变的二元合金相图 w共析相图T1T2T3T4La b c dp q ru vA B温 度
