二元共晶相图演示文稿

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1、二元共晶相图(xin t)演示文稿1页，共61页，星期一。二元共晶(n jn)相图2页，共61页，星期一。我们我们(w men)以以Pb-Sn相图为例讨论二元相图。相图为例讨论二元相图。3页，共61页，星期一。图中有三个单相区：图中有三个单相区：L；。三个两相区：。三个两相区：L+；L+；+。一个三相区。一个三相区(线段线段MEN)：L+。共晶转变指具有共晶转变指具有E点成分的液相，当冷却至点成分的液相，当冷却至温度温度tE时，将同时时，将同时(tngsh)结晶出两个成分不同结晶出两个成分不同的固相：的固相：M点成分的点成分的相和相和N点成分的点成分的相。相。其其共晶反应式为：共晶反应式为：L

2、E tE M+N 发生共晶转变的温度称为发生共晶转变的温度称为共晶温度共晶温度。4页，共61页，星期一。凡成分在凡成分在MN范围之内的合金，冷却到温度范围之内的合金，冷却到温度tE时都会发生时都会发生(fshng)共晶反应共晶反应，称，称MN线为线为共共晶线晶线。E点称为点称为共晶点共晶点或或共晶成分共晶成分。Pb-Sn合金的合金的二元共二元共晶组织晶组织显微显微(xin wi)像片像片5页，共61页，星期一。共晶反应的产物是两个固相的共晶反应的产物是两个固相的混合物混合物，称，称为为共晶体共晶体或或共晶组织共晶组织。成分成分(chng fn)对应于共晶点的合金叫对应于共晶点的合金叫共晶合金共

3、晶合金；B成分低于成分低于E的合金叫的合金叫亚共晶合金亚共晶合金；B成分成分高于高于E的合金叫的合金叫过共晶合金过共晶合金；成分位于成分位于M点点以左和以左和N点以右的合金叫点以右的合金叫端部固熔体合金端部固熔体合金。相图中的相图中的M点和点和N点分别表示点分别表示相和相和相的相的最最大溶解度极限大溶解度极限。随着温度的降低，随着温度的降低，相和相和相的溶解度将分别沿着曲线相的溶解度将分别沿着曲线MF和和NG变化，变化，故称此两条线为故称此两条线为固熔线固熔线。6页，共61页，星期一。4.3.2 共晶系合金的平衡凝固组织共晶系合金的平衡凝固组织按相变特点和组织特征，共晶系合金的平按相变特点和组

4、织特征，共晶系合金的平衡凝固组织分为：端部固熔体，亚共晶合衡凝固组织分为：端部固熔体，亚共晶合金，共晶合金和过共晶合金四类。金，共晶合金和过共晶合金四类。4.3.2.1 端部固熔体合金端部固熔体合金：以：以Pb-Sn合金合金(wC=0.1)为例。先画出该合金的冷却曲线。为例。先画出该合金的冷却曲线。从降温过程可以看出：在温度从降温过程可以看出：在温度t1时开始结晶时开始结晶出出固熔体；在固熔体；在t2时结晶完毕，为单相时结晶完毕，为单相(dn xin)固熔体晶粒；在固熔体晶粒；在t2到到t3之间无相变，也无组之间无相变，也无组织变化。织变化。7页，共61页，星期一。8页，共61页，星期一。冷却

5、到冷却到t3遇到固熔线以后，遇到固熔线以后，Sn在在中的熔解中的熔解度将不断减少，多余的度将不断减少，多余的Sn就以就以固熔体的形固熔体的形式从式从中析出。在从中析出。在从t3冷至冷至t4时，时，和和相的相的平均成分分别沿着平均成分分别沿着MF线和线和NG线变化。这种线变化。这种由过饱和固熔体分离出另一种相的过程由过饱和固熔体分离出另一种相的过程(guchng)称为称为脱熔转变脱熔转变。脱熔相一般称为。脱熔相一般称为次生次生相相，本例的次生相为，本例的次生相为相，用相，用表示。表示。9页，共61页，星期一。本例合金的室温组织为本例合金的室温组织为+。 一般分布一般分布在原在原相晶粒的晶界上，有

6、时也在晶内析出。相晶粒的晶界上，有时也在晶内析出。次生相从固相中析出，相界圆滑，呈小颗次生相从固相中析出，相界圆滑，呈小颗粒状粒状(见图见图4-20)。第二相的出现会影响合金性能。第二相的出现会影响合金性能。若第二相若第二相硬度硬度(yngd)较高并呈弥散状分布，则会使合金较高并呈弥散状分布，则会使合金强化；若第二相沿晶界呈网状分布则会降强化；若第二相沿晶界呈网状分布则会降低合金塑性低合金塑性。第二相的形态和分布可通过热处理控制。第二相的形态和分布可通过热处理控制。10页，共61页，星期一。11页，共61页，星期一。4.3.2.2 共晶合金共晶合金(wSn=0.619)：该成分合金：该成分合金

7、从熔体冷却到共晶温度时，发生从熔体冷却到共晶温度时，发生(fshng)共晶共晶转变：转变：L0.619 183C 0.19+0.975 熔体全部凝固成共晶组织，也称共晶体，熔体全部凝固成共晶组织，也称共晶体，用用(+)共共表示。表示。共晶体中两个相的相对含量可由杠杆定律共晶体中两个相的相对含量可由杠杆定律计算计算：M=EN/MN100%=45.4%N=ME/MN100%=54.6%12页，共61页，星期一。共晶转变共晶转变(zhunbin)完成后继续冷却时，共晶体完成后继续冷却时，共晶体中的中的与与相都要发生脱熔转变，分别析出相都要发生脱熔转变，分别析出 和和。由于共晶体中的次生相常依附于共晶

8、体中由于共晶体中的次生相常依附于共晶体中的同类相析出，所以在显微镜下难以识别的同类相析出，所以在显微镜下难以识别。Pb-Sn二元共晶合金在室温下二元共晶合金在室温下的组织见图的组织见图4-18，黑，黑色部分为色部分为相，白色相，白色部分为部分为相，两相呈相，两相呈片状交替分布。片状交替分布。13页，共61页，星期一。4.3.2.3 亚共晶合金亚共晶合金(wSn=0.5)：成分位于：成分位于ME之间的之间的Pb-Sn合金都属于亚共晶合金。合金都属于亚共晶合金。凝固过程凝固过程(guchng)和组织都极为相似。和组织都极为相似。14页，共61页，星期一。当合金从液态冷却到当合金从液态冷却到t1时，

9、结晶出时，结晶出相，随相，随温度降低，温度降低，相增多，相增多，L和和的成分分别沿的成分分别沿tAE和和tAM线变化。降温线变化。降温(jing wn)至至t2时，时，相相的成分变至的成分变至M点，点，L相的成分变至相的成分变至E点。此点。此时时剩余的液相发生共晶转变剩余的液相发生共晶转变，并在冷却曲，并在冷却曲线上形成平台，直至液相全部消失为止。线上形成平台，直至液相全部消失为止。凝固后的组织为凝固后的组织为初初+(+)共共(初指从液相中初指从液相中直接结晶出来的固熔体直接结晶出来的固熔体)。15页，共61页，星期一。继续冷却，继续冷却，和和相都要发生脱熔转变。相都要发生脱熔转变。室室温下合

10、金组织为温下合金组织为初初+(+)共共。这里的这里的共共晶体晶体(jngt)中析出的次生相在显微镜下不能分中析出的次生相在显微镜下不能分辨辨。该合金的显微组织如图。该合金的显微组织如图4-22所示。图所示。图中黑色树枝晶为初生中黑色树枝晶为初生固熔体，由于直接从固熔体，由于直接从液体中结晶，故比较粗大；分布在树枝间液体中结晶，故比较粗大；分布在树枝间隙中黑白相间的组织为隙中黑白相间的组织为(+)共晶体。从相共晶体。从相图上看，图上看，该合金室温下仍处于该合金室温下仍处于+两相区内，两相区内，是由是由和和两个相所组成两个相所组成。16页，共61页，星期一。 图图4-22 黑色树枝晶为初生黑色树枝

11、晶为初生固熔体，由于直接从液固熔体，由于直接从液体中结晶，故比较粗大体中结晶，故比较粗大(cd)；分布在树枝间隙中黑；分布在树枝间隙中黑白相间的组织为白相间的组织为(+)共晶体共晶体17页，共61页，星期一。分析显微组织的时候要注意区别组织组成分析显微组织的时候要注意区别组织组成物和相组成物。物和相组成物。组织组成物组织组成物是在结晶过程中形成的，有清是在结晶过程中形成的，有清晰轮廓的独立部分晰轮廓的独立部分。如。如初初，(+)共共等都是组织组成物；等都是组织组成物；相组成物相组成物是指组成显微组织的基本是指组成显微组织的基本(jbn)相，相，有确定的成分及结构，但没有形态的概念有确定的成分及

12、结构，但没有形态的概念。如合金中的如合金中的相和相和相等等。相等等。18页，共61页，星期一。合金中组织组成物的相对量可以合金中组织组成物的相对量可以根据相平根据相平衡概念，利用杠杆定律衡概念，利用杠杆定律(dngl)间接计算间接计算。以室。以室温下温下Sn-Pb合金为例合金为例(wSn=0.5)：(+)共共=Mt2/ME100%=72.26%此式为此式为t2温度温度(183C)时的值，忽略次生相时的值，忽略次生相的影响，可近似看成是室温下的值的影响，可近似看成是室温下的值。=(t2E/ME)(FM/FG)100%=4.78%t2E/ME为未析为未析出时出时(183C)的的初初相对量相对量。初

13、初=(t2E/ME)100%- =22.87%19页，共61页，星期一。4.2.3.4 过共晶合金过共晶合金(wSn=0.7)：过共晶合金：过共晶合金也是先析出初晶，再结晶出共晶，最后也是先析出初晶，再结晶出共晶，最后(zuhu)脱熔转变。脱熔转变。20页，共61页，星期一。过共晶合金的室温组织为过共晶合金的室温组织为初初+(+)共共，如图，如图4-24所示。图中所示。图中初初呈呈白色椭圆形，有树枝晶特点；白色椭圆形，有树枝晶特点；数量很少，数量很少，呈黑色点状；呈黑色点状；(+)共共黑白黑白相间相间(xingjin)，分布于，分布于初初之间。之间。21页，共61页，星期一。共晶系合金平衡凝固

14、可得到固熔体和共晶共晶系合金平衡凝固可得到固熔体和共晶型两种合金。型两种合金。固熔体合金凝固过程主要为固熔体合金凝固过程主要为匀晶转变匀晶转变+脱熔脱熔转变转变，室温组织为，室温组织为初生固熔体初生固熔体+次生组织次生组织。位于位于MEN线范围内的合金都属于线范围内的合金都属于(shy)共晶型共晶型合金。凝固时都有共晶转变发生，形成共合金。凝固时都有共晶转变发生，形成共晶体。晶体。亚共晶和过共晶合金在共晶转变前都有亚共晶和过共晶合金在共晶转变前都有先先共晶初生相共晶初生相(初晶初晶)生成生成。22页，共61页，星期一。4.3.3 共晶组织共晶组织(zzh)及形成机理及形成机理共晶组织的基本特征

15、是两相交替排列。呈共晶组织的基本特征是两相交替排列。呈片状，针状，螺旋状和球状片状，针状，螺旋状和球状等。把共晶体等。把共晶体的形貌和两相的融化熵结合分析，可将共的形貌和两相的融化熵结合分析，可将共晶组织分为三类：粗糙晶组织分为三类：粗糙-粗糙界面粗糙界面(金属金属-金金属型属型)共晶；粗糙共晶；粗糙-平滑界面平滑界面(金属金属-非金属型非金属型)共晶；平滑共晶；平滑-平滑界面平滑界面(非金属非金属-非金属型非金属型)共共晶。晶。23页，共61页，星期一。24页，共61页，星期一。4.3.3.1 粗糙粗糙-粗糙界面共晶粗糙界面共晶：包括金属：包括金属-金金属和金属属和金属-金属间化合物共晶。往

16、往呈金属间化合物共晶。往往呈简单简单规则规则(层片状，球状层片状，球状)的组织形态。的组织形态。共晶体共晶体(jngt)形核也需要一形核也需要一定的过冷度。设液相定的过冷度。设液相过冷到过冷到t2，和和相同相同时饱和，但时饱和，但通常总有通常总有一相先析出，称为一相先析出，称为领领先相先相。25页，共61页，星期一。假设领先相为假设领先相为，则，则的成分为的成分为h，由于，由于h中中含含B组元少于原液相组元少于原液相L中中B组元的含量组元的含量(whwe)，因此形成，因此形成h时会排出时会排出B组元，使界组元，使界面附近液相中的面附近液相中的B组元增加，变为组元增加，变为Lk，这样，这样便增大了便增大了相的过饱和度，于是促进相的过饱和度，于是促进相在相在相表面上非均匀形核并长大相表面上非均匀形核并长大(chn d)。相的成分为相的成分为wi，而，而相界面处液体中的成相界面处液体中的成分变为含分变为含A组元更高的组元更高的wj。含。含A组元较高的组元较高的Lj又有利于析出又有利于析出相，因此相，因此相又在相又在相表面相表面上非均匀形核并长大。上非均匀形核并长大。26页，共61页，星期一。