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,1. 具有化合物的二元相图,在某些二元系中,可形成一个或多个化合物,化合物一般处于相图的中间位置,又称为中间相(intermediate phase)根据两组元间形成化合物的稳定性,可分为: 稳定化合物、形成稳定化合物的相图 不稳定化合物、不形成稳定化合物的相图,(1)形成稳定化合物的相图 稳定化合物是指具有固定的熔点,且在熔点以下保持固有结构而不发生分解的化合物 相图特征:形成的没有溶解度的化合物在相图上表现为一条垂线可以把它作为一个独立的组元而把相图分为两部分该类化合物成分是固定的,或在一定范围内但有确定的熔点Mg-Si合金, 就能形成稳定化合物Mg2SiMg-Si合金相图属于含有稳定化合物的相图在分析将整个Mg-Si相图可分为Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si两个相图来进行分析,(2)形成不稳定化合物的相图 不稳定化合物是指在加热到一定温度时会发生分解的化合物 相图特征:化合物线在加热到一定温度化合物会分解包晶反应所形成的中间相均属于不稳定化合物。
它们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图固相中有化合物分解和生成的二元系统相图,2. 具有偏晶转变的二元相图,偏晶转变(monotectic reaction)相图特点:在一定的成分和温度范围内,两组元在液态下也只能有限溶解,存在两种不同浓度的液相L1和L2转变特征:是在一定温度下从一个液相中同时分解出一个固相和另一成分的液相的过程,且固相的相对量总是偏多 即:L1A+L2,3.具有合晶转变的相图,合晶转变(syntectic reaction)相图(图7.41)特点:二元组在液态下有限溶解,存在不熔合线,不熔合线以下的两液相L1和L2 转变特征:在恒定温度下,两个成分不同的液相相互作用形成一个固相的转变称为合金转变即L1+ L2 具有偏晶转变的二元系如:Na-Zn,4.具有熔晶转变的相图,在某些合金结晶过程中,当达到一定温度会从一个固相分解为一个液相和另一个固相,即发生了固相的再熔现象,这种转变称为熔晶转变(metatectic reaction)即: L+,5.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. (1)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。
2) 具有共析转变的相图 共析转变(eutectoid reaction)是在一定温度下一个固相转变为另两个固相的过程,即:(+)共析反应是由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相, 此两相混合物称为共析体如:+Fe3C 共析转变与共晶转变相似,区别在于它是由一个固相在恒温下转变为另外两个固相共析转变对热处理强化意义很大钢的热处理是以共析转变为基础的 共析合金(eutectoid alloy)、亚共析合金(hypoeutectoid alloy)、过共析合金(hypereutectoid alloy),(3) 具有包析转变的相图 包析转变(peritectoid reaction)类似于包晶转变,区别在于包析转变是由两个固相反应生成另外一个固相 如:+ ,(4) 具有脱溶沉淀过程的相图 随着温度降低固溶体中溶解度下降,析出第二相的过程,称为脱溶过程5) 具有有序无序转变的相图(6) 具有固溶体形成中间相转变的相图(7) 具有磁性转变的相图,复杂二元相图的分析方法,分析复杂二元相图的步骤和方法如下: (1) 首先看相图中是否存在化合物,如有稳定化合物,则以这些稳定化合物为界(把化合物视为组元),把相图分成几个区域(基本相图)进行分析。
(2) 根据相区接触法则,认清各相区的组成相 组成二元相图的基本单元有单相区、两相区和三相水平线这些单元根据相区接触法则组合在一起 单相区:代表一种具有独特结构和性质的相的成分和温度范围,若单相为一根垂线,则表示该相成分不变 双相区:邻区原则是含有P个相的相区的邻区,只能含有P1个相违背了这条原则,无法满足相律的要求两相区中平衡相之间都有互溶度,只是互溶度大小不同而已 三相区:三相共存水平线,(3) 找出所有的三相共存水平线,分析这些恒温转变的类型,写出转变式下表列出了二元系各类三相恒温反应(转变)的类型,可借助于分析 (4) 应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规律 单相区;相成分、质量与原合金相同 双相区;在不同温度下两相成分沿相界线变化,各相的相对量可由杠杆法则求得 三相共存(平衡)时,三个相的成分固定不变,可用杠杆法则求出恒温转变前、后相组成的相对量二元相图恒温转变类型,(5)在应用相图分析实际情况时,切记相图只给出体系在平衡条件下存在的相和相对量,并不能表达出相的形状、大小和分布(这些只取决于相的本性及形成条件);相图只表示平衡状态的情况,而实际生产条件下很难达到平衡状态,因此要特别重视它们的非平衡条件下可能出现的相和组织。
(6) 相图的正确与否可用相律来判断 在分析和认识了相图中的相、相区及相变线的特点之后,就可分析具体合金随温度改变而发生的相变及组织变化注意事项:相图是在平衡条件下测定的,而实际中的很少能达到平衡状态相图不能给出相的形状、大小和分布相图可能存在误差和错误根据相图推测合金的性能,合金的性能取决于合金的组织,而合金组织与相图有关,所以可根据相图预测合金平衡状态下的一些性能 包括: 使用性能(力学性能、物理性能等) 工艺性能(合金的铸造 、压力加工 、切削加工 、热处理强化性能),1.使用性能,一般形成两相机械混合物的合金的性能是各相性能的平均值,即性能与成分呈线性关系;形成固溶体合金时性能与成分呈曲线关系;形成稳定化合物时,其性能在曲线上出现奇点 固溶强化是提高合金强度的方法之一 固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关2.工艺性能,(1) 合金铸造性能 铸造合金宜选择在接近共晶成分的合金 纯组元和共晶成分的合金的流动性最好,凝固后容易形成集中缩孔,合金较为致密,且共晶合金熔点低且是恒温转变,铸造性能好相图中液相线和固相线之间距离越小,液体合金结晶的温度范围越窄,对浇注和铸造质量越有利合金的液、固相线温度间隔大时,形成枝晶偏析的倾向性大;同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动,而降低其流动性, 增多分散缩孔。
所以,铸造合金常选共晶或接近共晶的成分2) 合金压力加工性能 合金的压力加工性能与合金的组织有关单相固溶体由于其强度低,塑性好,变形均匀,压力加工性能较好所以需压力加工的合金通常选择单相固溶体或接近单相固溶体(含第二相应尽量少) 成分的合金 单相合金的锻造性能好合金为单相组织时变形抗力小,变形均匀,不易开裂,因而变形能力大双相组织的合金变形能力差些,特别是组织中存在有较多的化合物相时,因为它们都很脆3) 合金切削加工性能 合金切削加工性能与合金的组织有关塑性好的材料进行切削加工时,切削不易断开且缠绕在刀具上,增加零件表面粗糙度,不易进行高速切削,因此单相固溶体型合金切削加工性能不够好而具有两相组织的合金的切削加工性一般比较好。