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1、 6.3 二元系统相图二元系统相图 （简称二元相图）（简称二元相图）一、二元系统相图的表示方法一、二元系统相图的表示方法 二、杠杆规则二、杠杆规则 成分为成分为x%Ni的合金在的合金在t温度下由两相温度下由两相La+b组成。组成。设：液相含量为设：液相含量为WL，对应的成分在，对应的成分在a点，为点，为xL；固相含量为固相含量为W，对应的成分在，对应的成分在b点，为点，为x；则有：则有：WL|ar|=W|rb|WL(xxL)=W(xx)杠杆定律的表达式杠杆定律的表达式 对上述方程进行转换：对上述方程进行转换：即：两个相的相对含量可以通过成分计算出来。即：两个相的相对含量可以通过成分计算出来。说
2、明：说明：1、杠杆定律的使用步骤、杠杆定律的使用步骤 找出三个成分点位置。找出三个成分点位置。分别求得合金、液相分别求得合金、液相L、固相、固相的成分的成分。按公式计算含量（成反比）。按公式计算含量（成反比）。2、杠杆定律的使用条件、杠杆定律的使用条件 平衡条件。平衡条件。两相区。两相区。三、二元系统相图的基本类型三、二元系统相图的基本类型 1、形成连续固溶体的二元系统相图、形成连续固溶体的二元系统相图 （匀晶相图）（匀晶相图）由液相结晶出单相固溶体的过程称为由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶匀晶转变转变。如果两个组元在液态无限互溶，在固态也如果两个组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶（即形
3、成单一的固溶体），此时将只无限互溶（即形成单一的固溶体），此时将只存在匀晶转变。这种只有匀晶转变的合金所形存在匀晶转变。这种只有匀晶转变的合金所形成的相图，就称为成的相图，就称为匀晶相图匀晶相图。（1）相图分析）相图分析 特性点特性点 a点：点：A组元的熔点；组元的熔点；b点：点：B组元的熔点。组元的熔点。相界线相界线 液相线：冷却时，由液相结晶出固相的起始线；液相线：冷却时，由液相结晶出固相的起始线；加热时，由固相转变为液相的终了线。加热时，由固相转变为液相的终了线。固相线：冷却时，液相转变为固相的终了线；固相线：冷却时，液相转变为固相的终了线；加热时，固相转变为液相的起始线。加热时，固相转
4、变为液相的起始线。相区相区 液相线以上为液相区：液相线以上为液相区：L；固相线以下为固相区：固相线以下为固相区：S；中间为两相并存区：中间为两相并存区：L+S。（2）固溶体的平衡凝固）固溶体的平衡凝固 T2温度温度：温度温度 相平衡相平衡 液相成分液相成分 固相成分固相成分 T1 L1S1 L1S1T2 L2S2 L2S2T3 L3S3 L3S3固溶体凝固的特点：固溶体凝固的特点：异分结晶异分结晶 异分结晶异分结晶指的是结晶出的固相与母相化学指的是结晶出的固相与母相化学成分不同的结晶过程，也称为成分不同的结晶过程，也称为选择结晶选择结晶。通常，固相中含有较多的高熔点组元，而通常，固相中含有较多
5、的高熔点组元，而液相中含有较多的低熔点组元。液相中含有较多的低熔点组元。而纯物质结晶时，所结晶出的晶体与母相而纯物质结晶时，所结晶出的晶体与母相的化学成分完全一样，所以称为的化学成分完全一样，所以称为同分结晶同分结晶。在冷却过程中，液相的成分一直沿液相线变化，在冷却过程中，液相的成分一直沿液相线变化，而固相的成分沿固相线变化而固相的成分沿固相线变化 平衡凝固的一个重要特征平衡凝固的一个重要特征 固溶体合金的凝固，需要一定的温度范围固溶体合金的凝固，需要一定的温度范围 在这个温度范围内，每一温度下只能结晶在这个温度范围内，每一温度下只能结晶出一定数量的固相。随着温度的降低，固相的出一定数量的固相
6、。随着温度的降低，固相的数量增加。数量增加。（3）固溶体的不平衡凝固）固溶体的不平衡凝固 不平衡凝固时，固相的成分不是沿固相不平衡凝固时，固相的成分不是沿固相线变化，而是要偏离固相线。线变化，而是要偏离固相线。而且，冷却速度越大，偏离固相线而且，冷却速度越大，偏离固相线的程度越大。的程度越大。凝固后，固相内部的成分不均匀。这种凝固后，固相内部的成分不均匀。这种现象称为偏析。现象称为偏析。而偏析的程度，可以用分布系数而偏析的程度，可以用分布系数K0来描述。来描述。分布系数分布系数是指溶质在固相中的是指溶质在固相中的浓度与在液相中的浓度的比值浓度与在液相中的浓度的比值 。式中：式中：k0分布系数，
7、也称为平衡分布系数，也称为平衡分配系数；分配系数；CS固相的平衡浓度，即某温度下固相的平衡浓度，即某温度下相平衡时固相的溶质浓度；相平衡时固相的溶质浓度；CL液相的平衡浓度，即某温度下液相的平衡浓度，即某温度下相平衡时液相的溶质浓度。相平衡时液相的溶质浓度。两种情况：两种情况：（a）、）、1 此时，此时，k0越小，则液固相线之间的越小，则液固相线之间的水平距离越大，说明偏析越严重。水平距离越大，说明偏析越严重。（b）、）、1 此时，此时，k0越大，液固相线之间的水越大，液固相线之间的水平距离越大，则偏析越严重。平距离越大，则偏析越严重。2、形成不连续固溶体的二元系统相图、形成不连续固溶体的二元
8、系统相图 大多数二元系统的组元之间在液态下可以无大多数二元系统的组元之间在液态下可以无限互溶，而在固态下只能有限溶解，限互溶，而在固态下只能有限溶解，从而形成从而形成更加复杂的二元相图。更加复杂的二元相图。（1）具有低共熔点并形成有限固溶体的二元相图）具有低共熔点并形成有限固溶体的二元相图 （共晶相图）（共晶相图）、相图分析、相图分析 特性点特性点：a：纯：纯A的熔点的熔点b：纯：纯B的熔点的熔点C：B组元在组元在A组元中的最大溶解度点组元中的最大溶解度点 B在在A中形成的固溶体，以符号中形成的固溶体，以符号SA(B)表表D：A在在B中的最大溶解度点中的最大溶解度点 A在在B中的固溶体以符号中
9、的固溶体以符号SB(A)表示表示E：称为低共熔点，或共晶点，其对应温度称为共：称为低共熔点，或共晶点，其对应温度称为共晶温度晶温度，或低共熔温度，或低共熔温度 成分对应于共晶点（成分对应于共晶点（E点）的合金，称为共点）的合金，称为共晶合金；晶合金；成分位于共晶点以左，成分位于共晶点以左，C点以右的合金，称点以右的合金，称为亚共晶合晶；为亚共晶合晶；成分位于共晶点以右，成分位于共晶点以右，D点以左的合金，称点以左的合金，称为过共晶合金；为过共晶合金；若成分位于若成分位于C点以左，或点以左，或D点以右，则合点以右，则合金只有固溶体转变，故称为固溶体合金。金只有固溶体转变，故称为固溶体合金。F：室
10、温下，：室温下，B在在SA(B)固溶体中的溶解度点固溶体中的溶解度点G：室温下，：室温下，A在在SB(A)固溶体中的溶解度点。固溶体中的溶解度点。特性线特性线：aE、bE为液相线：为液相线：aE：冷却时，：冷却时，LSA(B)的起始线；的起始线；加热时，加热时，SA(B)L的终了线的终了线 bE：冷却时，：冷却时，LSB(A)的起始线；的起始线；加热时，加热时，SB(A)L的终了线的终了线 aCDb为固相线：为固相线：aC：冷却时，：冷却时，LSA(B)的终了线；的终了线；加热时，加热时，SA(B)L的起始线的起始线 bD：冷却时，：冷却时，LSB(A)的终了线；的终了线；加热时，加热时，SB
11、(A)L的起始线的起始线 CED：称为共晶线，它是一根水平线，即恒温：称为共晶线，它是一根水平线，即恒温 线，共晶线的特征如图所示：线，共晶线的特征如图所示：共晶线上发生的转变是：共晶线上发生的转变是：L(E)SA(B)(C)+SB(A)(D)，这种在恒温下，由一定成分的液相同，这种在恒温下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程，就是时结晶出两个成分一定的固相的转变过程，就是共晶转变共晶转变，或，或共晶反应共晶反应。CF、DG为溶解度曲线或称为固溶度曲线，简称为溶解度曲线或称为固溶度曲线，简称为固溶线。为固溶线。CFB在在SA(B)固溶体中的溶解度曲线，其含义为：固溶体中的溶
12、解度曲线，其含义为：冷却时，随温度冷却时，随温度，溶解度，溶解度，则从，则从SA(B)相中析相中析出多余的出多余的B来，一般是析出来，一般是析出SB(A)相来。相来。DGA在在SB(A)固溶体中的溶解度曲线，随温度下固溶体中的溶解度曲线，随温度下降，将从降，将从SB(A)固溶体中析出固溶体中析出SA(B)相来。相来。相区相区：三个单相区：三个单相区：L：液相：液相 SA(B)：B在在A中的固溶体中的固溶体 SB(A)：A在在B中的固溶体。中的固溶体。三个两相区：三个两相区：L+SA(B)L+SB(A)SA(B)+SB(A)一个三相区（一个三相区（CED线）：线）：LSA(B)SB(A)相接触法
13、则相接触法则：相邻相区的相数相差一个。：相邻相区的相数相差一个。、典型合金的平衡结晶过程、典型合金的平衡结晶过程 合金合金M的结晶过程：的结晶过程：L1点点H点之间点之间 ：匀晶转变：匀晶转变 温度刚到温度刚到H点时点时 ：SB(A)%=100%L(E)%=100%H点点：剩余液相发生共晶转变：剩余液相发生共晶转变 L(E)SA(B)(C)+SB(A)(D)使所有液相全部消耗完使所有液相全部消耗完 SA(B)%=100%SB(A)%=100%H点以后点以后：固态下的脱溶转变。：固态下的脱溶转变。通常，将脱溶转变析出的相称为次生相通常，将脱溶转变析出的相称为次生相（次生相也可以用下标（次生相也可
14、以用下标表示）。表示）。SA(B)（C）SB(A)SB(A)（D）SA(B)直到室温，转变结束。直到室温，转变结束。SA(B)%=100%SB(A)%=100%路径图：路径图：练习：练习：分析合金分析合金O1、O2的平衡凝固过程的平衡凝固过程 （用路径图表示）（用路径图表示）（2）具有转熔点并形成有限固溶体的二元相图）具有转熔点并形成有限固溶体的二元相图 （包晶相图）（包晶相图）相图分析相图分析特性点特性点：a，纯，纯A的熔点的熔点b，纯，纯B的熔点的熔点P，包晶转变液相成分点，也称为转熔点，包晶转变液相成分点，也称为转熔点C，B在在A中（或中（或SA(B)固溶体中）的最大溶解度点固溶体中）的
15、最大溶解度点D，A在在B中（即中（即SB(A)固溶体中）的最大溶解度点固溶体中）的最大溶解度点 F，室温下，室温下B在在A中的最大溶解度中的最大溶解度G，室温下，室温下A在在B中的最大溶解度中的最大溶解度 特性线特性线：aPb为液相线：为液相线：aP线：冷却时线：冷却时LSA(B)的起始线，的起始线，加热时加热时SA(B)L的终了线的终了线 Pb线：冷却时线：冷却时LSB(A)的起始线，的起始线，加热时加热时SB(A)L的终了线的终了线 aCDb线为固相线：线为固相线：aC线：冷却时线：冷却时LSA(B)的终了线，的终了线，加热时加热时SA(B)L的起始线的起始线 Db线：冷却时线：冷却时LS
16、B(A)的终了线，的终了线，加热时加热时SB(A)L的起始线的起始线 PCD称为转熔转变线，或包晶转变线：称为转熔转变线，或包晶转变线：这种在一定温度下，由一定成分的液相与这种在一定温度下，由一定成分的液相与一定成分的固相作用，形成另外一个一定成分一定成分的固相作用，形成另外一个一定成分的固相的转变过程，称为的固相的转变过程，称为转熔转变转熔转变，或，或包晶转包晶转变变或或包晶反应包晶反应。CF、DG线是两条溶解度曲线：线是两条溶解度曲线：CF线：是线：是B在在SA(B)固溶体中的溶解度曲线固溶体中的溶解度曲线 SA(B)SB(A)DG线：线：A在在SB(A)固溶体中的溶解度曲线固溶体中的溶解度曲线 SB(A)SA(B)相区相区：三个单相区：三个单相区：L：液相：液相 SA(B)：B在在A中的固溶体中的固溶体 SB(A)：A在在B中的固溶体。中的固溶体。三个两相区：三个两相区：L+SA(B)L+SB(A)SA(B)+SB(A)一个三相区（一个三相区（PCD线）：线）：LSA(B)SB(A)典型合金的平衡结晶过程典型合金的平衡结晶过程 合金合金O1的平衡结晶过程：的平衡结晶过程：冷却结晶
