7.3.2共晶相图及其合 金的凝固17.3二元相图分析¡1.匀晶相图和固溶体凝固 ¡2.共晶相图及合金凝固 ¡3.包晶相图及合金凝固¡4.溶混间隙相图与调幅分解¡5.二元合金相图分析实例2¡1.匀晶相变：特点：液固两组元无限互溶！ 2.固溶体平衡凝固三个过程：①液相内扩散过程 ②固相的继续长大，③固相内的扩散过程3.固溶体非平衡凝固分析;¡(1) 固相、液相的平均成分线随冷却速度发生变化，液相线的偏离程度＜固相线 ¡(2) 先结晶部分富含高熔点组元，后结晶部分富低熔点组元¡(3) 非平衡凝固的终结T低于平衡凝固时的终止T 匀晶相图复习由液相直接结晶出单相固溶体的过程37.3.2 共晶相图和固溶体凝固共晶相图共晶合金的平衡凝固共晶合金的非平衡凝固4Pb－Sn共晶相图共晶转变：LE →αM +βN 57.3.2 共晶相图及合金凝固 共晶相图的概念 ¡组成共晶相图的两组元相互作用的特点：¡1）液态下两组元能无限互溶，¡2）固态下只能部分互溶(形成有限固溶体或 化合物)，甚至有时完全不溶，并具有共晶 转变67.3.2 共晶相图及合金凝固 所谓共晶转变¡所得到两固相的混合物称为共晶组织(体) 具有共晶转变的相图称为共晶相图。
¡ 属于二元共晶相图的合金有：Pb－Sn、 Pb－Sb、Al－Si、Ag－Cu等 共晶转变：LE →αM +βN7共晶合金在铸造工业中是非常重要的，①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造操作②共晶合金比纯金属有更好的流动性，无枝晶形成 ，从而改善铸造性能;③恒温转变减少了铸造缺陷，例如偏聚和缩孔;④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，可能成为 优异性能的原位复合材料1.共晶相图8Pb—Sn相图7点7线7相 区PbSnWSn(% )TL183327.5231.9BA1997.5MNG FL+L+ +61.9E9102.共晶合金的平衡凝固及其组织根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为四类：1)端部固溶体合金 2)亚共晶合金 3)共晶合金 4)过共晶合金11PbWSn(%)TL183327.5A19MFL+ +61.9EⅠLt/sT/℃端部固溶体合金结晶过程分析L α+βⅡt2t1t3122.共晶系合金的平衡凝固1) 端部固溶体合金t1~ t2温度：t3温度以下：液态 L10液相中析出 ，L Ⅱ(脱溶转变)t1温度以上：t2~ t3温度：固溶体 不变室温组织： +Ⅱ13合金Ⅰ的平衡结晶过程 14合金Ⅰ的平衡结晶过程 15PbWSn(%)TL183327.5A19MFL+ +61.9EⅠLt1t1'L + +( +)t/sT/℃共晶合金结晶过程分析 162)共晶平衡结晶过程及室温平衡组织：共晶温度以上：共晶温度：共晶温度以下：室温组织：液态L61.9共晶转变 L61.919 97.5二次结晶 Ⅱ ， Ⅱ（+）共晶 由于 Ⅱ和Ⅱ常与共晶和相连 ，显微镜下很难分辨，室温组织 为：（+）共晶 17Pb－Sn共晶相图18两相相对量计算¡两相的相对量计算：连接线+杠杆定律• ω()=• ω()=19（Pb-Sn）共晶组织（层片状）αβ20共晶合金（ Ⅱ ）的平衡结晶的显微组织21常见合金的共晶组织 层片状（Al-CuAl2,定向凝固） 灰铁 短棒状或颗粒（Cu-CuO）棒状或条状 （Sb-MnSb，横截面） 螺旋状（Zn-Mg）针状（ZL102未变质） 22铅铋树枝状共晶组织Cu-Cu3P放射状共晶组织铝硅针状共晶组织铝钍螺旋状共晶组织23PbSnWSn(%)TMENBAG F3)亚共晶和过共晶平衡结晶过程24Pb WSn(%)TL 183327.5A19MFL+ +61.9Et/sT/ ℃LL 50% Sn的亚共晶合金的结晶过程分析 + （ +)共初+ ⅡⅡt1t2t1t2t2'+ ⅡL +253)亚共晶合金平衡结晶过程为：t1温度以上：t1~ t2温度：t2温度时发生共晶反应：室温组织：t2温度以下：液态 L50液相中析出 ，LL61.9 19 97.5初 Ⅱ初 + Ⅱ + （+）共晶26Pb－Sn共晶相图• ω(+) • ω() 组织组成• ω() • ω() 相组成27组织组成和相组成相对量计算¡ω(+)= ω(L)=ω()=组 织 组 成• ω()=• ω()=相 组 成28亚共晶合金的平衡结晶过程 29亚共晶组织(50% Sn 的Pb-Sn合金)共晶 ()初生Ⅱ30WSn(%)Gt1t2t/sT/℃t1 t2 t2'L + +ⅡSnPbLBAM NFL+L+ +ET（ +Ⅱ）70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析L L +314)过共晶合金平衡结晶过程为：t1温度以上：t1~ t2温度：t2温度时发生共晶反应：室温组织：t2温度以下：液态 L70液相中析出 ，L L61.9 19 97.5初 Ⅱ初 + Ⅱ + （+）共晶32过共晶平衡组织(70% Sn 的Pb-Sn合金)共晶()初生 ⅡⅡ33组织组成物在相图上的标注LL+αL+ββαα+βⅡα初+βⅡ+(α+β)β初+αⅡ+(α+β) (α+β)β+αⅡPbSnSn,%温度，℃1961.997.5341.共晶相图353.共晶系合金的非平衡凝固-A(1) 伪共晶 ¡ 在非平衡凝固条件下，某些亚共晶和过共晶 成分的合金获得了全部的共晶组织。
这种由非 共晶成分合金所得到的共晶组织称为伪共晶（ pseudo-eutectic） 363.共晶系合金的非平衡凝固-A(1) 伪共晶 若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区一般 呈图7.27中的对称分布;若合金中两组元熔点相差很大时，伪共晶区将 偏向高熔点组元一侧，如A1-Si合金的伪共晶 区那样373839407.3.3 包晶相图及其合金 凝固417.3.3 包晶相图及其合金凝固 包晶相图概述 ¡两组元在液态下无限互溶，¡固态下只能部分互溶并具有包晶转 变的相图称为二元包晶相图¡ 具有包晶转变的二元合金有：Cu－ Sn、Fe－C、Cu－Zn、Ag－Sn、Ag－ Pt 42——已结晶的固相与剩余液相反应形成另一个固相的恒温转变如Fe-C、Cu-Zn、 Ag-Sn、 Ag-Sn、Ag-Pt等 ——具有包晶转变的相图包晶转变包晶相图7.3.3 包晶相图及其合金凝固43点：D区： 单相区L、 、 双相区L 、L + 、+ 线：液相线APB固相线ACDB包晶线CDPL P + C D 固溶度曲线CE、DF Pt-Ag合金相图EFC 10.51186BAP 66.31772962温 度PtAg一、相图分析LL L + + D 42.444二、包晶合金平衡结晶过程与室温组织T/ ℃t/s1DD'LLL + Ⅱ包晶合金的平衡结晶过程EFC 10.51186BAP 66.3温 度D 42.4L1 + Ⅱ45只有P点成分的合金才能在包晶反应后得到100％的β相，P点左侧会有α相剩余，P点右侧会有L相剩余。
Sb（锑）-16%Fe合金包晶组织 46三、不平衡结晶与包晶偏析αLβPt原子Ag原子消除办法：扩散退火47Pt－Ag包晶相图482.包晶合金的凝固及其平衡组织式中，w(L)和w(a)分别表示液相和固相在包 晶反应时的质量分数包晶转变结束后，液 相和a相反应正好全部转变为β固溶体a. ω（Ag）为42.4%的Pt - Ag合金(合金1)492.包晶合金的凝固及其平衡组织50Pt－Ag包晶相图512.包晶合金的凝固及其平衡组织b. 42.4%＜ω(Ag)＜66.3%的Pt - Ag合金(合金Ⅱ)522.包晶合金的凝固及其平衡组织c. 10.5%＜ω(Ag)＜42.4%的Pt - Ag合金(合金Ⅲ)53L+ε→η L → η +ε54557.3.4 溶混间隙相图与调幅分解 ¡ 溶混间隙:是两种L或两种固溶体不相混溶的 现象它可以出现在单相L中，也可以出现在 单一固溶体区内，成分不同，结构相同L→L1+L2 α→α1 +α2 ¡转变方式有二种： (1) 形核长大方式，需要克服形核能垒， (2) 没有形核阶段的不稳定分解，称为调 幅分解 567.3.4 溶混间隙相图与调幅分解从自由能一成分曲线可知， 在两个极小值之间为热力学不 稳定区，该任一成分的固溶体 相都会分解成为两个成分对应 于两个极小值的相，但是在拐 点迹线内外的溶混间隙区，分 解方式是不同的，拐点迹线内自发地分离自发地分离成为两 种成分不同的液相，拐点迹线外需克服新相形成的 能垒，先形核然后长大。
5758597.3.5. 其他类型的二元相图1. 具有化合物的二元相图 2. 具有偏晶转变的相图 3. 具有合晶转变的相图 4. 具有熔晶转变的相图 5. 具有固态转变的二元相图601. 具有化合物的二元相图a.形成稳定化合物的相图 在某些二元系中，可形成一个或几个化合 物，位于相图中间，故又称中间相¡稳定化合物：指有确定的熔点，可熔化成 与固态相同成分液体那类化合物;¡不稳定化合物:不能熔化成与S相同成分L， 当加热到一定T时会分解，转变为两个相¡形成稳定化合物的二元相图有：Mg－Si、 Cu－ Mg 、Fe－P、Mn－Si 、Ag－Sr、 Na2SiO3－SiO2、BeO－Al2O3、SiO2－MgO 61稳定化合物的相图36.6%62稳定化合物的相图63稳定化合物的相图64b.形成不稳定化合物的相图 值得注意的是，不稳定化合物无论是 处于一条垂线上或存在于具有一定溶解度 的相区中，均不能作为组元而将整个相图 划分为两部分具有不稳定化合物的其他二元合金相图 有K-Na,Al-Mn,Be -Ce,Mn -P等，二元陶 瓷相图有SiQ2 -MgO, ZrO2-CaO, Ba0 – TiO2等。
1. 具有化合物的二元相图65不稳定化合物的相图54.4%662. 具有偏晶转变的相图 偏晶转变是由一个液相L1分解为一个固相 和另一成分的液相L2的恒温转变图7.40是Cu-Pb二元相图，在955℃发生偏 晶转变: L36 → Cu+L87具有偏晶转变的二元系有：Cu－S、Cu－O 、Mn－Pb 67具有偏晶转变的相图683. 具有合晶转变的相图 ¡具有这类转变的合金 很少，如Na-Zn, K- Zn等¡在asb温度发生合晶 转变:L1a + L2b →β 694. 具有熔晶转变的相图 图7.42是具有熔晶转变 的Fe-B二元相图含微量 硼的Fe-B合金在1381℃时 进行即δ→ L+γ 这种转变称为熔晶转变具有熔晶转变的合金也 很少，Fe -S, Cu -Sb等 合金系具有熔晶转变705.具有固态转变的二元相图 当合金中组元具有同素(分)异构变时 ，则其固溶体会出现三种情况：固溶体 的多晶型转变，共析转变、包析转变、 偏析转变 a.具有固溶体多晶型转变的相图 固溶体的多晶型转变又称为多形性转 变具有这类转变的合金有等，如Fe－C 、Fe－Ti合金 δ→γ→ а71固溶体多晶型转变的相图 72具有共析转变的相图 γ为Cu3Snδ为Cu31Sn8ε为Cu3Snζ为Cu20Sn6η和η‘为Cu6Sn5а+εа+γа+δδ+ε731、分解型（1）共析转变共析线共析点在一定温度下，由一定成分的固相同时 析出两个成分和结构完全不同新固相。
α→ β1+β274具有三种恒温转变的相图包晶转变(HJB水平线)共晶转变(ECF水平线)共析转变(PSK水平线)垂直线(Fe3C)Fe 06.69 Fe3CTemperature (C)Temperature (C)PS K0.77727 CEC F4.3 2.111148 CH JBANGQDLC, wt%1495 C1538 C1394。