第六节二元合金相图一、匀晶相图1、相图分析匀晶相图是指两组元在液、固态均无限互溶的合金系相图如Cu-Ni,Au-Ag,Nb-Ti,Cd-Mg系等相区L,L+a,a相变线液相线：此线温度以上液相稳定固相线：此线温度以下液相稳定相变点相图上任一点，表示该成分合金在该温度时的平衡状态在极大或极小值成分，因液、固两相成分相同并不可变，增加了一个限制条件，故在此成分合金结晶时的自由度：f = (C-P+1)-1 = (2-2+1)-1 = 02、平衡结晶过程平衡结晶：无限缓慢冷却的结晶过程 给定成分合金的平衡结晶过程实际上是再将相图还原为冷却曲线进行分析1）组织形成过程以x合金为例相组成物：a组织组成物： 单相等轴a晶粒（2）成分变化与相平衡（a）形核T=T0时，固态核心成分位于温度水平线与固相线的交点a0只有液相中某局部区域成分为a0时，才符合结晶的浓度条件浓度起伏（成分起伏）：液相局部微区成分波动存在时起时伏、此起彼伏的现象固溶体结晶需要液相提供浓度起伏条件外部条件：过冷度内部条件：结构起伏、能量起伏、浓度起伏固溶体结晶必须具备两相成分变化规则在确定的温度条件下：液相成分处于温度水平线与液相线交点上；固相成分处于温度水平线与固相线交点上。
当温度下降时：液相成分沿液相线变化；固相成分沿固相线变化b) 两相平衡成分变化(c) 两相相对量变化杠杆定律:对于x0合金，温度一定及两相平衡时，设：W0为合金总重量；Wa为固相重量；WL为液相重量；xL、xa分别为合金中液相和固相中的溶质含量百分数应有：W0 x0WaxaWLxLW0WaWL合并两式：Wa（xax0）WL（x0 xL）相当于NOM杠杆平衡关系将支点由O移至N，则上式变为：Wa（xaxL）W0（x0 xL）将W0设为100，则两相相对量分数为：将支点由O移至M，得到两相相对量分数为： 杠杆定律仅适用于平衡结晶条件 3、非平衡结晶过程非平衡结晶：冷速较快的结晶过程结晶时原子来不及充分扩散，接近实际结晶情况液固界面上成分仍按各自相变线变化枝晶偏析与扩散退火（均匀化处理）不能用杠杆定律计算两相相对量二、共晶相图相区单相区：L,a,b两相区： L+a,L+ b，a+b相变线TAE及TBE：初生（初晶）a及b析出线 即La,LbTAM及TBN：初生a及b结晶终了线MF及NG：a及b溶解度变化线 即abII，baIIMEN：共晶线，即Lab1、相图分析共晶相图是指两组元有共晶反应的相图，相当于两个匀晶相图的组合。
也是最基本的相图形式之一如Pb-Sn,Al-Si,Al-Cu,Mg-Si,Fe-C,Mg-Al系等相变点TA及TB：纯组元A、B的熔点M及N：a及b的最大溶解度点F及G：a及b室温溶解度点E：共晶点，发生共晶反应的液相成分点共晶转变共晶相图中的核心转变，定义式：LE aMbN反应生成的相组成物：ab反应生成的组织组成物：（ab)共晶，称共晶体或共晶组织共晶反应时的相律：fCP12310，即恒温结晶TE2、平衡结晶过程（1）端部固溶体 B%M的合金与匀晶相图平衡凝固分析过程相似，仅当B%F时有次生相析出过程相组成物：ab组织组成物： a 0bII （a0为等轴状初晶，bII为沿晶分布的颗粒状）（2）共晶合金B%E的合金相：ab组织：（ ab）共晶，此共晶组织为片层状室温下相的相对量：(或Wb100Wa）（3） 亚共晶合金 B%ME成分之间的合金组织： a 0（ ab）共晶bII (其中bII 仅指由a0中析出的部分)组织组成物相对量计算：（4）过共晶合金B%EN成分之间的合金 组织：b 0（ab）共晶 aII (其中aII 仅指由b0中析出的部分)3、非平衡结晶组织 （1）伪共晶在非平衡结晶条件下，非共晶成分的合金形成了全部的共晶组织。
如x合金，到一定过冷度DT时开始结晶，则液相可同时结晶出a和b两相原因：在达到DT时，结晶温度已低于a0和b0的析出延长线，存在同时发生La和Lb反应的热力学条件如果两相结晶趋势相差较大时，伪共晶区偏离液相线延长所包围区域，呈非对称分布问题：假定合金分别冷却到1，2，3，4温度开始结晶，获得的组织特点有何不同？（2）晶内偏析共晶 晶内偏析共晶：端部固溶体合金非平衡结晶时出现共晶组织的现象 由于晶内偏析共晶数量较少，往往以离异共晶形式存在两种情况促使离异共晶形成：靠近极限溶解度的端部固溶体的非平衡冷却靠近极限溶解度的亚共晶合金的平衡冷却 （3）次生相 固态中原子扩散速率低，冷速较快的结晶条件下，次生相来不及析出或析出数量减少，可忽略次生相析出反应三、包晶相图1、相图分析包晶相图:两组元有包晶反应的相图相当于两个匀晶相图的组合如Al-Cu,Cu-Sn,Sn-Sb,Pt-Ag,Al-Mg系等与共晶相图的主要区别：纯组元熔点一个高于包晶反应温度，而另一个低于包晶反应温度1、相图分析（1）相区单相区：L,a,b两相区：L+a,L+b，a+b（2）相变线TAP及TBP：La,LbTAC及TBD：初生a及b结晶终了线。
CE及DF：abII，baIICDP：Lab液相线：TAPTB固相线：TACDTB（3）相变点P：包晶转变点，发生包晶反应的液相成分点LP a C bD包晶反应时的相律：fCP12310Tp2、平衡结晶过程分析（1）端部固溶体 x1合金平衡组织组成物：a0bII x4合金平衡组织组成物： b0aII （2）xD合金组织组成物：b包aII（b包为等轴晶）Lab由原子通过包覆的固态b层扩散实现，反应速率较慢也可通过消耗初晶a并在液相中直接结晶出b，b不一定包覆在初晶a上3）x2合金组织组成物：a0 b包aII bII相对量计算（4）x3合金组织组成物：（b0 b包）aII3、非平衡结晶特点四、其它类型相图1、具有化合物的相图 稳定化合物：具有固定熔点，且在熔点以下结构不变的化合物 不稳定化合物：在一定温度以上即发生分解的化合物化合物相当于一个组元（中间相），将相图分为独立两部分2、具有三相平衡转变的相图偏晶转变：LeA + Ld，一种成分的液相生成另一种成分的液相和一个固相共晶方式熔晶转变：a bL，一个固相生成一种成分的液相和另一固相共晶方式合晶转变：L2L1b，两种成分的液相同时结晶形成一个固相。
包晶方式共析转变：baB，一种成分的固相同时生成另外两个固相共晶方式五、二元相图热力学一、相的自由焓曲线系统中各相的自由焓G与温度T及相的成分x有关：G=f(T,x)二、公切线法则 两相热力学平衡状态下偏摩尔自由焓定律： 1 2 或 体系总的自由焓则位于合金成分与公切线的交点上即自由焓与成分关系曲线的斜率相等公切线法则： 当温度一定时，若体系中各相处于平衡状态，则各相成分点位于各相自由焓曲线的公切线交点上xxa时： a的自由焓低，系统在此温度下a为稳定相xxL时：液相L的自由焓低，系统在此温度下L为稳定相xa xxL时:L与a的化学位相等La，两相平衡L+a，成分各自为xL及xa温度一定时，相平衡与成分的关系三、自由焓曲线与相图的关系举例：匀晶相图的Gx关系 共晶相图的Gx关系:。