第七章-二元系相图PPT优秀课件

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1、第七章第七章 二元系相图二元系相图及其合金凝固及其合金凝固 2021/5/251本章要求本章要求1. 1. 几种基本相图：几种基本相图： 匀晶相图（匀晶相图（Cu-NiCu-Ni合金相图）、合金相图）、 共共晶相图（晶相图（Pb-SnPb-Sn合金相图）、包晶相图（合金相图）、包晶相图（Pt-AgPt-Ag合金相合金相图）。图）。 2. 2. 相律，杠杆定律及其应用。相律，杠杆定律及其应用。 3. 3. 二元合金相图中的几种平衡反应：二元合金相图中的几种平衡反应： 共晶反应、共析共晶反应、共析反应、包晶反应、包析反应反应、包晶反应、包析反应 、偏晶反应、熔晶反应、偏晶反应、熔晶反应、合晶反应。

2、合晶反应。 4. 4. 二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。 5. 5. 熟练掌握熟练掌握Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。熟悉相图。熟悉Fe-CFe-C合金中各相与组织的合金中各相与组织的结构。会几种典型结构。会几种典型Fe-CFe-C合金的冷却过程分析合金的冷却过程分析 。熟练杠。熟练杠杆定律在杆定律在Fe-CFe-C合金的应用合金的应用。 2021/5/2527.1 7.1 相图的表示和测定方法相图的表示和测定方法7.1.1 7.1.1 二元相图的表示法二元相图的表示法 二二 元元 系系 （ binary binary system

3、system） 由由 于于 合合 金金 有有 成成 分分（compositioncomposition）变变化化，所所以以其其相相图图（phase phase diagramdiagram）需需用纵、横两个坐标轴表示，纵轴表示温度，横轴表示成分。用纵、横两个坐标轴表示，纵轴表示温度，横轴表示成分。 v如如果果合合金金系系由由A A、B B两两组组元元组组成成，横横坐坐标标一一端端为为组组元元A A，而而另另一一端端为为组组元元B B，那那么么体体系系中中任任一一成成分分合合金金都都可可以以在在横横坐坐标上找到相应的点。标上找到相应的点。 v根根据据国国标标，二二元元合合金金成成分分可可以以有有

4、两两种种表表示示方方法法：质质量量分分数数(W)(W)和和摩摩尔尔分分数数(x)(x)。但但通通常常多多数数用用质质量量百百分分数数表表示示，在在没没有有特特别别注注明明，合合金金成成分分都都是是指指质质量量百百分分数数。若若A A、B B为为单单质质，质质量量百百分分数数和和摩摩尔尔分分数数之之间间换换算算 如如7.17.1式式和和7.27.2式式（P253P253）。）。 2021/5/2537.1.2 7.1.2 二元相图的测定方法二元相图的测定方法 二二元元相相图图的的测测定定是是根根据据各各种种成成分分材材料料的的临临界界点点（critical critical pointpoint

5、）绘绘制制。临临界界点点是是表表示示物物质质结结构构状状态态发发生生本本质质变变化化的的临临界界相相变变点点。测测定定材材料料临临界界点点有两种方法类型：有两种方法类型： (1)(1)动动 态态 法法 ： 热热 分分 析析 法法 （ thermal thermal analisis analisis methodmethod）、膨胀法、电阻法、膨胀法、电阻法 (2) (2) 静态法：金相法、静态法：金相法、X Xrayray衍射分析法衍射分析法 这些方法主要是利用合金在相结构变化时，引起这些方法主要是利用合金在相结构变化时，引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。物理性能、力学性能及

6、金相组织变化的特点来测定。 2021/5/254热分析装置示意图热分析装置示意图 2021/5/255CuNi CuNi 相图测定相图测定 下面以热分析法为例说明如何测绘下面以热分析法为例说明如何测绘CuNiCuNi相图，其步骤如下：相图，其步骤如下： 1. 1.按质量分数先配制一系列具有代表性成分不同的按质量分数先配制一系列具有代表性成分不同的CuNiCuNi合金。合金。 2. 2.测出上述所配合金及纯测出上述所配合金及纯CuCu、纯、纯NiNi的冷却曲线。的冷却曲线。 3. 3.求出各冷却曲线上的临界点。求出各冷却曲线上的临界点。 纯纯CuCu、纯、纯NiNi的冷却曲线上有的冷却曲线上有一

7、一 平台，表示其在恒温下凝固。合金的冷却曲线上没有平台，平台，表示其在恒温下凝固。合金的冷却曲线上没有平台， 而为二次转折，温度较高的折点表示凝固的开始温度，而温而为二次转折，温度较高的折点表示凝固的开始温度，而温 度低的转折点对应凝固的终结温度。度低的转折点对应凝固的终结温度。 4. 4. 将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中，每个临将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中，每个临 界点在二元相图中对应一个点。界点在二元相图中对应一个点。 5. 5. 连接各相同意义的临界点连接各相同意义的临界点( (开始点或终了点开始点或终了点) )就得到了就得到了CuNi CuNi 合金的二元

8、相图。合金的二元相图。 2021/5/256热分析法测绘热分析法测绘CuNiCuNi相图相图 2021/5/2577.1.3 7.1.3 二元相图的线、区二元相图的线、区v 由由凝凝固固开开始始温温度度连连接接起起来来的的线线成成为为液液相相线线（liquidus liquidus lineline）。 v 由由凝凝固固终终了了温温度度连连接接起起来来的的线线成成为为固固相相线线（solidus solidus lineline）。 v 相相图图中中由由相相界界线线划划分分出出来来的的区区域域称称为为相相区区（phase phase regionsregions），表明在此范围内存在的平衡相类

9、型和数目。，表明在此范围内存在的平衡相类型和数目。 在二元合金系中有在二元合金系中有单相区（单相区（single phase regionsingle phase region）、两）、两相区（相区（two phase regiontwo phase region）、三相区（）、三相区（three phase three phase regionregion）。单相区内、。单相区内、f=2 f=2 ，T T和成分都可变。双相区内、和成分都可变。双相区内、f=1f=1，T T和成分只有一个可以独立变化。若三相共存、和成分只有一个可以独立变化。若三相共存、f=0f=0，T T和成分都不变，属恒温转

10、变。和成分都不变，属恒温转变。 2021/5/2587.1.4 7.1.4 杠杆法则杠杆法则 ABCoCLCTATBt1LL+bo2021/5/2597.2 7.2 相图热力学的基本要点相图热力学的基本要点7.2.1 7.2.1 固溶体的自由能（固溶体的自由能（G G）成分（成分（% %）曲线）曲线（a）EAB（EAA+EBB）/2 （b）EAB=（EAA+EBB）/2 （c）EAB（EAA+EBB）/2三种自由能三种自由能成分曲线成分曲线2021/5/25107.2.2 7.2.2 多相平衡的公切线原理多相平衡的公切线原理 二二元元合合金金系系中中当当两两相相平平衡衡时时，两两组组元元分分别

11、别在在两两相相中中化化学学势势相相等等。两两相相平平衡衡时时的的成成分分由由两两相相自自由由能能成成分分曲曲线线的的公公切切线线所所确确定定，两两相相曲曲线线的的切切线线斜斜率率相等，即它们的公切线相等，即它们的公切线 。 两相平衡的自由能曲线两相平衡的自由能曲线 2021/5/2511v二二元元合合金金系系在在特特定定温温度度条条件件下下三三相相平平衡衡，其其热热力力学学（thermodynamicsthermodynamics）条条件件为为两两组组元元分分别别在在三三相相中中的的化化学学势势相相等等，三三相相的的切切线线斜斜率率相相等等，并并且且为为它它们们的的公公切切线线 ，其其切切点点

12、成成分分分分别别为为三三相相平平衡衡时时的的成成分分，切切线线与与两两组组元元自自由由能能轴轴G G的的交交点点就就是是两两组组元元在该条件化学位。在该条件化学位。二元系中三相平衡时的自由能二元系中三相平衡时的自由能成分曲线成分曲线 2021/5/25127.2.3 7.2.3 混合物的自由能混合物的自由能 混混合合物物的的摩摩尔尔吉吉布布斯斯自自由由能能GmGm应应与与两两组组成成相相和和的的摩摩尔尔吉吉布布斯斯自自由由能能G Gm1m1和和G Gm2m2在在同同一一直直线线上上，且且位位于于x x1 1和和x x2 2之之间间，其其值值为为式式7.67.6，该该直直线线即即为为相相和和平衡

13、时的公切线。平衡时的公切线。 2021/5/25137.2.4 7.2.4 从从GG成分曲线推测相图成分曲线推测相图 根据公切线原理可求出体系中在某一温度下平根据公切线原理可求出体系中在某一温度下平衡相的成分，因此可根据二元系的不同温度下的衡相的成分，因此可根据二元系的不同温度下的自由能自由能GG成分曲线推出二元系相图。公切线的位成分曲线推出二元系相图。公切线的位置代表二平衡相成分或三平衡相成分。置代表二平衡相成分或三平衡相成分。 2021/5/2514由一系列自由能曲线求得两组元由一系列自由能曲线求得两组元组成匀晶系的相图组成匀晶系的相图2021/5/2515由一系列自由能曲线求得两组元组成

14、共晶系的相图由一系列自由能曲线求得两组元组成共晶系的相图2021/5/25167.2.5 7.2.5 二元相图的几何规律二元相图的几何规律二元相图应遵循如下规律二元相图应遵循如下规律: : v (1) (1) 相相图图中中所所有有的的线线条条都都代代表表发发生生相相转转变变的的温温度度和和平平衡衡相相的的成成分分，所所以以相相界界线线是是相相平平衡衡的的体体现现，平平衡衡相相的的成成分分必必须须沿沿着相界线随温度而变化。着相界线随温度而变化。 v (2) (2) 两两个个单单相相区区之之间间必必定定有有一一个个由由该该两两相相组组成成的的两两相相区区分分开开，而而不不能能以以一一条条线线接接界

15、界( (即即两两个个单单相相区区只只能能交交于于一一点点而而不不能能交交于于一一条条线线) )。两两个个两两相相区区必必须须以以单单相相区区或或三三相相水水平平线线分分开开。即即: :在在二二元元相相图图中中，相相邻邻相相区区的的相相数数差差为为1 1，这这个个规规则则为为相区接触法则。相区接触法则。 v (3) (3) 二二元元相相图图中中的的三三相相平平衡衡必必为为一一条条水水平平线线，表表示示恒恒温温反反应应。在在这这条条水水平平线线上上存存在在3 3个个表表示示平平衡衡相相的的成成分分点点，其其中中两两点点在在水水平平线线两两端端，另另一一点点在在端端点点之之间间，水水平平线线的的上上

16、下下方方分分别别与与3 3个两相区相接。个两相区相接。 v (4) (4) 当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区。 2021/5/25177.2.5 7.2.5 二元相图的几何规律二元相图的几何规律二元相图应遵循如下规律二元相图应遵循如下规律: : v (1) (1) 相相图图中中所所有有的的线线条条都都代代表表发发生生相相转转变变的的温温度度和和平平衡衡相相的的成成分分，所所以以相相界界线线是是相相平平衡衡的的体体现现，平平衡衡相相的的成成分分必

17、必须须沿沿着相界线随温度而变化。着相界线随温度而变化。 v (2) (2) 两两个个单单相相区区之之间间必必定定有有一一个个由由该该两两相相组组成成的的两两相相区区分分开开，而而不不能能以以一一条条线线接接界界( (即即两两个个单单相相区区只只能能交交于于一一点点而而不不能能交交于于一一条条线线) )。两两个个两两相相区区必必须须以以单单相相区区或或三三相相水水平平线线分分开开。即即: :在在二二元元相相图图中中，相相邻邻相相区区的的相相数数差差为为1 1，这这个个规规则则为为相区接触法则。相区接触法则。 v (3) (3) 二二元元相相图图中中的的三三相相平平衡衡必必为为一一条条水水平平线线

18、，表表示示恒恒温温反反应应。在在这这条条水水平平线线上上存存在在3 3个个表表示示平平衡衡相相的的成成分分点点，其其中中两两点点在在水水平平线线两两端端，另另一一点点在在端端点点之之间间，水水平平线线的的上上下下方方分分别别与与3 3个两相区相接。个两相区相接。 v (4) (4) 当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区。 2021/5/25187.3二元相图分析7.3.1 7.3.1 匀晶相图和固溶体凝固匀晶相图和固溶体凝固 匀晶相图概念匀晶相图概

19、念 v由液相直接结晶出单相固溶体的过程称为匀晶相变。由液相直接结晶出单相固溶体的过程称为匀晶相变。 v 完完全全具具有有匀匀晶晶转转变变的的相相图图称称为为匀匀晶晶相相图图。它它是是两两组组元元在在液态和固态都能无限相互溶解的二元合金系相图。液态和固态都能无限相互溶解的二元合金系相图。 v 属于二元匀晶相图的二元合金有属于二元匀晶相图的二元合金有CuCuNiNi、AuAuAgAg等；等； 属于二元匀晶相图的二元陶瓷有属于二元匀晶相图的二元陶瓷有NiONiOCoOCoO、CoOCoOMgOMgO等等 v 当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其条件为：两当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其条件为

20、：两者的晶体结构相同，原子尺寸接近，者的晶体结构相同，原子尺寸接近，r 15%r 15%，两者具有，两者具有相同的原子价的电负性。对于以离子晶体化合物为组元的相同的原子价的电负性。对于以离子晶体化合物为组元的固溶体（固溶体（solid solutionsolid solution），要形成无限固溶体，上述规，要形成无限固溶体，上述规则也基本适用，只是上述规则中以离子半径代替原子半径。则也基本适用，只是上述规则中以离子半径代替原子半径。 2021/5/2519CuNiCuNi相图相图匀晶相图的分析匀晶相图的分析 1、点：、点：2、线：、线：3、相区：、相区：4、匀晶转变：一般用、匀晶转变：一般用

21、L表示。表示。2021/5/25202. 2. 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固A Av 平平衡衡凝凝固固（equilibrium equilibrium solidificationsolidification）是是指指凝凝固固过过程程是是在在无无限限缓缓慢慢地地冷冷却却，原原子子( (组组元元) )扩扩散散能能够够充充分分进进行行以以达达到到相相平平衡衡的的成成分分。这这种种凝凝固固方方式式所所得得到到的的组组织织称称为为平平衡衡组组织织（equilibrium microstructureequilibrium microstructure）。 v CuNiCuNi合合金金冷冷却却曲曲线

22、线（cooling cooling curve curve ）及结晶过程示意图。及结晶过程示意图。 v 图图7.157.15是是该该合合金金平平衡衡结结晶晶时时的的组组织织变变化化示示意图。意图。 v 固固溶溶体体的的凝凝固固过过程程也也是是一一个个形形核核和和长长大大的的过过程程。形形核核方方式式可可以以是是均均匀匀形形核核，也也可可以以依依靠靠外来质点非均匀形核。外来质点非均匀形核。2021/5/25212. 2. 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固B B 固固溶溶体体的的凝凝固固与与纯纯金金属属的的凝凝固固相相比比有有两两个个显著特点：显著特点： .固固溶溶体体合合金金凝凝固固时时结结晶晶

23、出出来来的的固固相相成成分分与与原原液液相相成成分分不不同同。上上述述结结晶晶出出的的晶晶体体与与母母相相化化学学成成分分不不同同的的结结晶晶称称为为异异分分结结晶晶( (又又称称选选择择结结晶晶) )；纯纯金金属属凝凝固固结结晶晶时时结结晶晶出出的的晶晶体体与与母母相化学成分完全一样称为同分结晶相化学成分完全一样称为同分结晶 .固溶体凝固需要一定的温度范围，固溶体凝固需要一定的温度范围，在此在此温度范围内，只能结晶出一定数量的固相。温度范围内，只能结晶出一定数量的固相。 2021/5/25222. 2. 固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固C C 把把在在某某一一温温度度下下，固固溶溶体体平平衡

24、衡凝凝固固过过程程分分为为三三个个过过程程： 1.1.液相内的扩散过程。液相内的扩散过程。 2. 2.固相的继续长大。固相的继续长大。 3. 3.固相内的扩散过程。固相内的扩散过程。 固溶体的平衡冷却结晶过程可归纳为：冷却时遇到液相线固溶体的平衡冷却结晶过程可归纳为：冷却时遇到液相线开始结晶，遇到固相线结晶终止，形成单相均匀固溶体。在开始结晶，遇到固相线结晶终止，形成单相均匀固溶体。在结晶过程中每一温度，其液相、固相成分和相对量可由该温结晶过程中每一温度，其液相、固相成分和相对量可由该温度下作水平线与液相线、固相线的交点及杠杆定理得出。随度下作水平线与液相线、固相线的交点及杠杆定理得出。随温度

25、下降，温度下降，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化，且液相成分减少，固相成分增加，直至结晶完毕。且液相成分减少，固相成分增加，直至结晶完毕。2021/5/25233. 3. 固溶体的不平衡结晶固溶体的不平衡结晶A A 工业生产中合金溶液浇铸后的冷却速度较快，在工业生产中合金溶液浇铸后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离平衡条件，称为偏离平衡条件，称为非平衡凝固非平衡凝固( (结晶结晶) ) （non-non-equilibrium solidificationequil

26、ibrium solidification）。非平衡凝固。非平衡凝固( (结晶结晶) )得到的组织称为得到的组织称为不平衡组织（不平衡组织（nonnonequilibrium equilibrium microstructuremicrostructure）。 2021/5/2524匀晶转变过程中原子扩散示意图匀晶转变过程中原子扩散示意图 匀晶系合金的不平衡凝固匀晶系合金的不平衡凝固 2021/5/25253. 3. 固溶体的不平衡结晶固溶体的不平衡结晶B B 通过对非平衡凝固分析得到如下结论：通过对非平衡凝固分析得到如下结论： v (1)(1)固固相相、液液相相的的平平均均成成分分分分别别与

27、与固固相相线线、液液相相线线不不同同，有有一一定定的的偏偏离离。其其偏偏离离程程度度与与冷冷却却速速度度有有关关。冷冷却却速速度度越越大大，其其偏偏离离程程度度越越严严重重；冷冷却却速速度度越越小小，偏偏离离程程度度越越小小，越接近于平衡条件。液相线的偏离程度较固相线小。越接近于平衡条件。液相线的偏离程度较固相线小。 v (2)(2)先先结结晶晶部部分分含含有有较较多多的的高高熔熔点点组组元元(Ni)(Ni)，后后结结晶晶部部分含有较多的低熔点组元分含有较多的低熔点组元(Cu)(Cu)。 v (3)(3)非非平平衡衡结结晶晶条条件件下下，凝凝固固的的终终结结温温度度低低于于平平衡衡结结晶晶时的

28、终止温度。时的终止温度。 2021/5/25263. 3. 固溶体的不平衡结晶固溶体的不平衡结晶Cv 固固溶溶体体非非平平衡衡结结晶晶时时，由由于于从从液液体体中中先先后后结结晶晶出出来来的的固固相相成成分分不不同同，结结果果使使得得一一个个晶晶粒粒内内部部化化学学成成分分不不均均匀匀，这这种现象称为晶内偏析。种现象称为晶内偏析。 v 由由于于固固溶溶体体一一般般都都以以枝枝晶晶状状方方式式结结晶晶，枝枝晶晶轴轴（干干）含含有有高高熔熔点点组组元元多多，而而枝枝晶晶间间含含有有低低熔熔点点的的组组元元多多，导导致致先先结结晶晶的的枝枝干干和和后后结结晶晶的的枝枝间间成成分分不不同同，故故称称为

29、为枝枝晶晶偏偏析析（dendritic dendritic segregationsegregation）。枝枝晶晶偏偏析析属属于于晶晶内内偏偏析析。枝枝晶晶偏偏析析的的合合金金对对合合金金的的力力学学性性能能（mechanical mechanical propertyproperty）影影响响较较大大。容容易易导导致致合合金金塑塑性性（plasticityplasticity），韧韧性性（toughnesstoughness）下下降降；易易引引起起晶晶间间腐腐蚀蚀（corrosioncorrosion），降降低合金的抗蚀性能。低合金的抗蚀性能。 2021/5/25273. 3. 固溶体的不

30、平衡结晶固溶体的不平衡结晶D D 枝枝晶晶偏偏析析程程度度大大小小与与铸铸造造时时冷冷却却条条件件、原原子子的的扩扩散散能力，相图形状有密切关系能力，相图形状有密切关系: : (1) (1) 在在其其它它条条件件不不变变时时，V V冷冷越越大大，晶晶内内偏偏析析程程度度严严重重，但但得得到到枝枝晶晶较较小小。如如果果冷冷速速极极大大，致致使使偏偏析析来来不及发生，反而又能够得到成分均匀的铸态组织。不及发生，反而又能够得到成分均匀的铸态组织。 (2) (2) 偏偏析析元元素素在在固固溶溶体体中中扩扩散散能能力力越越小小，相相图图上上液液、固固相相线线间间距距离离的的间间隔隔愈愈大大，形形成成树树

31、枝枝晶晶状状偏偏析析的的倾倾向向愈大。愈大。 v 要消除枝晶偏析采用要消除枝晶偏析采用均匀化退火均匀化退火( (扩散退火扩散退火) )（diffusion annealingdiffusion annealing）。 2021/5/2528固溶体合金不平衡结晶固溶体合金不平衡结晶 2021/5/25294. 4. 匀晶相图的其它类型匀晶相图的其它类型 v 有些合金的匀晶相图还有极点：有些合金的匀晶相图还有极点： v 在在AuAuCuCu、FeFeCoCo、TiTiZrZr等合金的相图上有极小点；等合金的相图上有极小点； v 在在PbPbTlTl、AlAlMnMn等合金的相图上有极大点。等合金的

32、相图上有极大点。 2021/5/2530 7.3.2 7.3.2 共晶相图及合金凝固共晶相图及合金凝固 共晶相图的概念共晶相图的概念 v 组组成成共共晶晶相相图图（the the eutectic eutectic phase phase diagramdiagram）的的两两组组元元，其其相相互互作作用用的的特特点点是是: :液液态态下下两两组组元元能能无无限限互互溶溶，固固态态下下只只能能部部分分互互溶溶( (形形成成有有限限固固溶溶体体或或化化合合物物) )，甚甚至至有有时时完完全全不不溶溶，并具有共并具有共晶转变（晶转变（the eutectic reactionthe eutecti

33、c reaction）。 v 所所谓谓共共晶晶转转变变是是在在一一条条条条件件下下( (温温度度、成成分分) )，由由均均匀匀液液体体中中同同时时结结晶晶出出两两种种不不同同固固相相的的转转变变。所所得得到到两两固固相相的的混混合合物称为共晶组织物称为共晶组织( (体体) )。具有共晶转变的相图称为共晶相图。具有共晶转变的相图称为共晶相图。 v 属属于于二二元元共共晶晶相相图图的的合合金金有有：PbPbSnSn、PbPbSbSb、AlAlSiSi、AlAlCuCu、MgMgSiSi、AlAlMgMg等。等。 2021/5/25311.1.共晶相图分析共晶相图分析v 相图中有三个基本相：液相（相

34、图中有三个基本相：液相（L L）、固相）、固相和和 v 相相图图中中有有相相线线：液液相相线线、固固相相线线和和共共晶晶转转变变线线。共共晶晶转转变变线线是是一一条条水水平平线线，是是L L、和和三三相相共共存存的的温温度度和和各各相相的的成成分分。成成分分为为E E的的液液相相在在该该温温度度下下发发生生共共晶晶反反应应： L LE E M M + +N N v 共共晶晶组组织织（eutectic eutectic structurestructure）的的特特点点是是两两相相细细弥弥混混合合。发发生生共共晶晶转转变变的的温温度度称称为为共共晶晶温温度度（the the eutectic e

35、utectic temperaturetemperature）。发发生生共共晶晶转转变变的的液液相相成成分分点点E E称为称为共晶点（共晶点（the eutectic pointthe eutectic point）或共晶成分。或共晶成分。 v 相相图图中中相相区区：三三个个单单相相区区 L L相相区区、相相区区和和相相区区；三三个个双双相相区区 L+L+相相区区、L+L+相相区区、+相相区区；三三相相共共存于存于MENMEN线线 L+ L+ 2021/5/2532PbPbSnSn共晶相图共晶相图2021/5/25332.2.共晶系合金的平衡凝固共晶系合金的平衡凝固A A 根根据据相相变变特特

36、点点和和组组织织特特征征将将共共晶晶系系合合金金分分为为了了四四类类：端端部部固固溶溶体体合合金金、亚亚共共晶晶合合金金（hypoeutectic hypoeutectic alloysalloys）、过过共共晶晶合合金金（hypereutectic hypereutectic alloysalloys）、共晶合金（共晶合金（eutectic alloyeutectic alloy）。 (1)(1)端部固溶体合金端部固溶体合金 v 这类合金的冷却曲线为：这类合金的冷却曲线为： （10%Sn-Pb10%Sn-Pb合金）合金） v 结晶过程：结晶过程：L L+L L+ 匀晶反应脱溶转变匀晶反应脱溶

37、转变 v 室温组织：室温组织： + 2021/5/2534合金合金的平衡结晶过程的平衡结晶过程 2021/5/2535合金合金的平衡结晶的显微组织的平衡结晶的显微组织 500 500注：图中黑色基体为注：图中黑色基体为相，白色颗粒为相，白色颗粒为相相 2021/5/25362.2.共晶系合金的平衡凝固共晶系合金的平衡凝固B B(2)(2)共晶合金共晶合金 v 该合金的冷却曲线为：（该合金的冷却曲线为：（61.9%Sn-Pb61.9%Sn-Pb）v 该合金发生共晶反应：该合金发生共晶反应： L LE E M M + +N N 这这一一过过程程在在恒恒温温下下进进行行，直直至至凝凝固固结结束束。形

38、形成成共共晶晶体体（+）。两两个个相相的的相相对对量量可可用用杠杠杆杆法法则则求求得得： M M = EN/MN = EN/MN N N = ME/MN = ME/MN v 其组织特征如图其组织特征如图7.22 7.22 v 结晶过程：结晶过程：LL+LL+（ M M + +N N ）( +) ( +) 共共 共晶反应脱溶转变共晶反应脱溶转变v 室温组织：室温组织： ( +) ( +) 共共 2021/5/2537共晶合金（共晶合金（ ）的平衡结晶过程）的平衡结晶过程 2021/5/2538共晶合金（共晶合金（ ）的平衡结晶的显微组织）的平衡结晶的显微组织它是由黑色的它是由黑色的相和白色的相和

39、白色的相呈层片状交替分布相呈层片状交替分布 2021/5/25392.2.共晶系合金的平衡凝固共晶系合金的平衡凝固C C（3 3）亚共晶合金）亚共晶合金 v 这类合金的冷却曲线为：这类合金的冷却曲线为： （50%Sn-Pb50%Sn-Pb合金）合金）v 其组织变化示意图如图：其组织变化示意图如图： v 其其结结晶晶过过程程：LL+L+LL+L+（+）共共初初+ + ( ( +) +) 共共 初初+ (+)+ (+) 共共 匀晶反应共晶反应脱溶转变匀晶反应共晶反应脱溶转变 室温组织：室温组织： + (+)+ (+) 共共 在共晶转变之前，从液态中先结晶出在共晶转变之前，从液态中先结晶出相。先结晶

40、出的相叫相。先结晶出的相叫先共先共晶相（晶相（pro-eutectic phasepro-eutectic phase）。先共晶相和液相比例可用杠杆法。先共晶相和液相比例可用杠杆法则求出则求出 2021/5/2540亚共晶合金的平衡结晶过程亚共晶合金的平衡结晶过程 2021/5/2541亚共晶合金的平衡结晶的显微组织亚共晶合金的平衡结晶的显微组织暗黑色块状部分为暗黑色块状部分为初，在其上的白色颗粒为初，在其上的白色颗粒为 ，而黑白相间的部分为共晶体，而黑白相间的部分为共晶体(+) 共共 2021/5/25422.2.共晶系合金的平衡凝固共晶系合金的平衡凝固D D(4) 4) 过共晶合金过共晶合

41、金 v 过过共共晶晶合合金金的的凝凝固固过过程程和和组组织织特特征征与与亚亚共共晶晶合合金金相相类类似，只是初生相似，只是初生相( (先共晶相先共晶相) )为为固溶体而不是固溶体而不是固溶体。固溶体。 v 这类合金的冷却曲线为：（这类合金的冷却曲线为：（70%Sn-Pb70%Sn-Pb合金）合金） v 其结晶过程组织变化示意图如图其结晶过程组织变化示意图如图v 结结晶晶过过程程：LL+L+LL+L+（+）共共+ + ( ( +) +) 共共+ ( +)+ ( +) 共共 匀晶反应共晶反应脱溶转变匀晶反应共晶反应脱溶转变 v 室温组织：室温组织： + ( +)+ ( +) 共共2021/5/25

42、43过共晶合金的平衡结晶的显微组织过共晶合金的平衡结晶的显微组织70%Sn-Pb 合金显微组织合金显微组织 200 铅锡合金组织分区图铅锡合金组织分区图2021/5/25442.2.共晶系合金的平衡凝固共晶系合金的平衡凝固E Ev 通通过过以以上上分分析析共共晶晶系系合合金金的的平平衡衡凝凝固固可可分分为为两两类类：固固溶溶体体合合金金和和共共晶晶型型合合金金。前前者者的的结结晶晶过过程程主主要要为为匀匀晶晶相相变变脱脱溶溶转转变变，组组织织为为初初生生固固溶溶体体和和次次生生组组织织；后后者者的的结结晶晶过过程程主主要要为为匀匀晶晶相相变变、共共晶晶相相变变和和脱脱溶溶相相变变，组组织织为为

43、初初生生固固溶溶体体、共共晶晶体体和和次次生生组组织织。在在室室温温，FGFG范范围围内内的的合合金金组组织织是是由由和和两个基本相构成。两个基本相构成。 v 需需要要指指出出的的是是在在分分析析显显微微组组织织时时，应应注注意意组组织织组组成成物物和和相相组组成成的的区区别别。组组织织组组成成物物是是在在结结晶晶过过程程中中形形成成的的，有有清清晰晰轮轮廓廓的的独独立立组组成成部部分分，如如上上述述组组织织中中、( ( +) +) 共共 都都是是组组织织组组成成物物。而而相相组组成成物物是是指指组组成成显显微微组组织织的的基基本本相相，它它有有确确定定的的成成分分及及结结构构但但没没有有形形

44、态态上上的的概概念念，上上述述各各类类合合金金在在室室温温的的相相组组成成物物都都是是相相和和相相。所所以以共共晶晶合合金金都都是是由由相相和和相相组组成成的的机机械械混混合合物物（mechanical mechanical mixturemixture）。 2021/5/25453.3.共晶系合金的非平衡凝固共晶系合金的非平衡凝固-A-A(1) (1) 伪共晶伪共晶 v 在在非非平平衡衡凝凝固固条条件件下下，某某些些亚亚共共晶晶和和过过共共晶晶成成分分的的合合金金获获得得了了全全部部的的共共晶晶组组织织。这这种种由由非非共共晶晶成成分分合合金金所所得得到到的的共共晶晶组织称为组织称为伪共晶（

45、伪共晶（pseudo-eutecticpseudo-eutectic）。 v 将两液相线延长形成影线区。对于那些具有非共晶型转变将两液相线延长形成影线区。对于那些具有非共晶型转变的合金，当合金熔液快冷至由两液相线延长线所包围的区域，的合金，当合金熔液快冷至由两液相线延长线所包围的区域，形成初生相的过程被抑制，发生同时结晶出形成初生相的过程被抑制，发生同时结晶出相和相和相的共相的共晶转变，形成类似于共晶组织晶转变，形成类似于共晶组织( (伪共晶伪共晶) )。伪共晶区随过冷度。伪共晶区随过冷度增加而增大。若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区呈对增加而增大。若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区呈对称

46、分布，即图称分布，即图7.277.27所示情况；若合金中两组元熔点相差很大所示情况；若合金中两组元熔点相差很大时，伪共晶将偏向高熔点组元一側，如图时，伪共晶将偏向高熔点组元一側，如图7.287.28。 2021/5/25463.3.共晶系合金的非平衡凝固共晶系合金的非平衡凝固-B-B(2) (2) 非平衡共晶组织非平衡共晶组织 v 若若某某些些合合金金在在平平衡衡结结晶晶时时获获得得单单相相固固溶溶体体而而不不出出现现共共晶晶组组称称为为不不( (非非) )平衡共晶组织。非平衡共晶组织分布在平衡共晶组织。非平衡共晶组织分布在相晶界和枝晶间。相晶界和枝晶间。 v 由由于于非非平平衡衡共共晶晶体体

47、数数量量较较少少，通通常常共共晶晶体体中中相相依依附附于于初初生生相相生生长长，将将共共晶晶体体中中另另一一相相推推到到最最后后凝凝固固的的晶晶界界处处从从而而使使共共晶晶体体两两组组成成相相间间的的组组织织特特征征消消失失，这这种种两两相相分分离离的的共共晶晶体体称称为为离离异异共晶（共晶（divorced eutecticdivorced eutectic）。 可能产生离异共晶示意图可能产生离异共晶示意图 4%Cu-Al 铸造合金中的离异共晶，铸造合金中的离异共晶， 晶界上的相为晶界上的相为Al2Cu 2002021/5/2547 7.3.3 7.3.3 包晶相图及其合金凝固包晶相图及其合

48、金凝固 包晶相图概述包晶相图概述 v 有有些些合合金金当当凝凝固固到到一一定定温温度度时时，已已结结晶晶出出来来的的一一定定成成分分的的固固相相与与剩剩余余液液相相( (有有确确定定成成分分) )发发生生反反应应生生成成另另一一种种固固相相的的恒恒温温转转变变过过程程称称为为包包晶转变（晶转变（peritectic reactionperitectic reaction）。 v 两两组组元元在在液液态态下下无无限限互互溶溶，固固态态下下只只能能部部分分互互溶溶并并具具有有包包晶晶转转变变的的相相图图称称为为二二元元包包晶晶相相图图（the peritectic phase diagramthe

49、 peritectic phase diagram）。 v 具具有有包包晶晶转转变变的的二二元元合合金金有有：CuCuSnSn、FeFeC C、CuCuZnZn、AgAgSnSn、AgAgPt Pt 2021/5/2548PtPtAgAg包晶相图包晶相图 2021/5/25491. 1. 包晶相图分析包晶相图分析1 1、点、点 A A点：纯组元铂的熔点和凝固点，为点：纯组元铂的熔点和凝固点，为17721772 B B点：纯组元银的熔点和凝固点，为点：纯组元银的熔点和凝固点，为961.9961.9 C C点：是包晶转变时，液相的平衡成分点。点：是包晶转变时，液相的平衡成分点。 P P点：是包晶点

50、，具有该点成分的合金在恒温下发生包晶转变，点：是包晶点，具有该点成分的合金在恒温下发生包晶转变， Lc+ Lc+D D = =P P ，得到，得到100%100%包晶产物。另外，包晶产物。另外， P P点也是点也是PtPt在在 Ag Ag 中的最大溶解度点。中的最大溶解度点。 D D点：是点：是AgAg在在PtPt中的最大溶解度点，也是包晶转变时中的最大溶解度点，也是包晶转变时相的平衡相的平衡 成分点。成分点。 E E点：是室温时点：是室温时AgAg在在PtPt中的溶解度，中的溶解度，F F点：是室温时点：是室温时PtPt在在AgAg的溶的溶 解度。解度。2 2、线、线 ACB ACB线为液相

51、线，其中线为液相线，其中ACAC线为冷却时线为冷却时LL的开始温度线，的开始温度线，CBCB线线为冷却时为冷却时LL的开始温度线。的开始温度线。 ADPB ADPB线为固相线，其中线为固相线，其中ADAD线为冷却时线为冷却时L L 的终止温度线，的终止温度线，PBPB线为冷却时线为冷却时L L 的终止温度线。的终止温度线。2021/5/25501. 1. 包晶相图分析包晶相图分析 CPDCPD线线是是包包晶晶转转变变线线，成成分分在在D-PD-P之之间间的的合合金金在在恒恒温温t tD D下下都都发发生生包包晶晶转转变变Lc+Lc+D D =P P ，形形成成单单相相固固溶溶体体，可可用用相相

52、律律证证明明在在三相平衡时三相平衡时f = 0f = 0，该线是水平线。，该线是水平线。DEDE线为线为AgAg在在PtPt中的固溶度曲线，冷却时中的固溶度曲线，冷却时IIII，PFPF线为线为PtPt在在AgAg中的固溶度曲线，冷却时中的固溶度曲线，冷却时IIII。3 3、 相区相区单相区：有三个单相区：有三个L L、，在，在ACBACB液相线以上为单相的液相区，液相线以上为单相的液相区，在在ADEADE线以左为单相的固溶体区线以左为单相的固溶体区 （是（是AgAg在在PtPt中的置换固溶中的置换固溶体），在体），在BPFBPF线右下方为单相的固溶体区线右下方为单相的固溶体区 （是（是PtP

53、t在在AgAg中的中的置换固溶体）。置换固溶体）。两相区：有三个两相区：有三个L+L+、L+L+、+，在，在ACDAACDA区为区为L+L+相区，在相区，在BCPBBCPB区为区为L+L+相区，在相区，在EDPFEEDPFE区为区为+相区。相区。三相线：三相线：CPDCPD线为线为L+L+三相平衡共存线三相平衡共存线 2021/5/25512.2.包晶系合金的平衡凝固包晶系合金的平衡凝固A A 包晶点（包晶点（P P）合金）合金 v冷却曲线如：冷却曲线如：I （42.4%Ag-Pt合金）合金） v发生包晶反应：发生包晶反应：Lc+Lc+D D = =P P为恒温反应为恒温反应 v结晶过程：结晶

54、过程： LL+L+ LL+L+ + + 匀晶反应包晶反应脱溶转变匀晶反应包晶反应脱溶转变 v室温组织：室温组织：+ + v包晶转变机理：包晶转变机理：( (教材教材P241 P241 了解了解) )2021/5/25522.2.包晶系合金的平衡凝固包晶系合金的平衡凝固B B 包晶点（包晶点（P P）以右合金）以右合金 v 冷却曲线：冷却曲线： II （42.4%Ag66.3%的的Pt-Ag合金）合金） v 碰到碰到DCDC发生包晶反应发生包晶反应 ：Lc+D=P Lc+D=P 为恒温反应为恒温反应 v 结结晶晶过过程程：LL+L+L+ LL+L+L+ + + 匀晶反应包晶反应匀晶反应脱溶转变匀

55、晶反应包晶反应匀晶反应脱溶转变 v 室温组织：室温组织：+ + 2021/5/25532.2.包晶系合金的平衡凝固包晶系合金的平衡凝固C C 包晶点（包晶点（P P）以左合金）以左合金 v 冷却曲线：冷却曲线：（10.5%Ag42.4%的的Pt-Ag合金）合金） v 碰到碰到DPDP发生包晶反应：发生包晶反应：Lc+Lc+D D = =P P 为恒温反应为恒温反应 v 结结 晶晶 过过 程程 ： LL+L+ LL+L+ 匀晶反应包晶反应脱溶转变匀晶反应包晶反应脱溶转变 v 室温组织：室温组织：+ + + + 2021/5/25543. 3. 包晶系合金的非平衡凝固包晶系合金的非平衡凝固 包晶转

56、变一般不易进行完全，即最终组包晶转变一般不易进行完全，即最终组织不易达到平衡状态，且包晶反应速度较慢，织不易达到平衡状态，且包晶反应速度较慢，形成非平衡组织。形成非平衡组织。 2021/5/25557.3.4 7.3.4 溶混间隙相图与调幅分解溶混间隙相图与调幅分解 v 溶溶混混间间隙隙（miscibility miscibility gapgap）是是两两种种液液相相或或两两种种固固溶溶体体不不相相混混溶溶的的现现象象。它它可可以以出出现现在在单单相相的的液液相相中，也可以出现在单一固溶体区内。中，也可以出现在单一固溶体区内。 LLLL1 1+L+L2 2 1 1 + +2 2 v转变方式有

57、二种：转变方式有二种： (1) (1) 形核长大方式，需要克服形核能垒，形核长大方式，需要克服形核能垒， (2) (2) 没有形核阶段的不稳定分解，称为没有形核阶段的不稳定分解，称为调幅分解调幅分解（spinodal decompotionspinodal decompotion）。 2021/5/25567.3.57.3.5. . 其他类型的二元相图其他类型的二元相图 1. 1. 具有化合物的二元相图具有化合物的二元相图 2. 2. 具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图 3. 3. 具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图 4. 4. 具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图 5. 5. 具有固态转

58、变的二元相图具有固态转变的二元相图2021/5/25571. 1. 具有化合物的二元相图具有化合物的二元相图v 在在某某些些二二元元系系中中，可可形形成成一一个个或或多多个个化化合合物物，化化合合物物一一般般处处于于相相图图的的中中间间位位置置，又又称称为为中中间间相相（intermediate intermediate phasephase）。根根据据两两组组元元间间形形成成化化合合物物的的稳稳定定性性，可可分分为为稳稳定定化化合合物物和和不不稳稳定化合物。定化合物。 (1). (1). 形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图 v 稳稳定定化化合合物物是是指指具具有有固固定定的的熔熔点点，

59、且且在在熔熔点点以以下下保保持持固固有有结结构而不发生分解的化合物。构而不发生分解的化合物。 v 相相图图特特征征：形形成成的的没没有有溶溶解解度度的的化化合合物物在在相相图图上上表表现现为为一一条条垂垂线线。可可以以把把它它作作为为一一个个独独立立的的组组元元而而把把相相图图分分为为两两部部分分。该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。类化合物成分是固定的，或在一定范围内但有确定的熔点。 v 形形成成稳稳定定化化合合物物的的二二元元相相图图有有：MgMgSiSi、CuCuTiTi、FeFeP P、MgMgCuCu、AgAgSrSr、Na2SiO3Na2SiO3SiO2SiO2

60、、BeOBeOAl2O3Al2O3、SiO2SiO2MgO MgO 2021/5/2558(2). (2). 形成不稳定化合物的相图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。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相图特征：化合物线在加热到一定温度化合物会分解。合物会分解。 包晶反应所形成的中间相均属于不稳定化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合物。它们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图。为简单相图。 例如：例如：K KNaNa相图相图 2021/5/25592.

61、 2. 具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图 v 偏偏晶晶转转变变（monotectic monotectic reactionreaction）相相图图特特点点：在在一一定定的的成成分分和和温温度度范范围围内内，两两组组元元在在液液态态下下也也只只能能有有限溶解，存在两种不同浓度的液相限溶解，存在两种不同浓度的液相L L1 1和和L L2 2。 v 其其转转变变：是是在在一一定定温温度度下下从从一一个个液液相相中中同同时时分分解解出出一一个个固固相相和和另另一一成成分分的的液液相相的的过过程程，且且固固相相的的相相对对量量总是偏多。总是偏多。 即：即：L L1 1 A+L A+L2 2 v

62、具有偏晶转变的二元系有：具有偏晶转变的二元系有：CuCuS S、CuCuO O、MnMnP P 2021/5/25603. 3. 具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图 v 合合晶晶转转变变（syntectic syntectic reactionreaction）相相图图特特点点：二二元元组组在在液液态态下下有有限限溶溶解解，存存在在不不熔熔合合线线，不不熔熔合合线线以以下的两液相下的两液相L L1 1和和L L2 2。 v 其其转转变变：在在恒恒定定温温度度下下，两两个个成成分分不不同同的的液液相相和和相互作用形成一个固相的转变称为合金转变。相互作用形成一个固相的转变称为合金转变。 即即 L

63、 L1 1 + L + L2 2 具有偏晶转变的二元系如：具有偏晶转变的二元系如：NaNaZnZn2021/5/25614. 4. 具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图 v 在在某某些些合合金金结结晶晶过过程程中中，当当达达到到一一定定温温度度会会从从一一个个固固相相分分解解为为一一个个液液相相和和另另一一个个固固相相，即即发发生生了了固固相相 的的 再再 熔熔 现现 象象 ， 这这 种种 转转 变变 称称 为为 熔熔 晶晶 转转 变变（metatectic reactionmetatectic reaction）。即：。即： L+ L+ v 具有熔晶转变的合金很少，如具有熔晶转变的合金很少，

64、如FeFeS S、CuCuSb Sb 2021/5/25625.5.具有固态转变的二元相图具有固态转变的二元相图 当当合合金金中中组组元元具具有有同同素素( (分分) )异异构构变变时时，则则其其固固溶溶体体会会出出现现三三种种情情况况：固固溶溶体体的的多多晶晶型型转转变变，共共析析转转变变、包析转变、包析转变、偏析转变（偏析转变（monotectoid reactionmonotectoid reaction）。 (1) (1) 具有固溶体多晶型转变的相图具有固溶体多晶型转变的相图 固固溶溶体体的的多多晶晶型型转转变变又又称称为为多多形形性性转转变变。具具有有这这类类转变的合金有等，如转变的

65、合金有等，如FeFeC C、FeFeTiTi合金合金2021/5/2563(2) (2) 具有共析转变的相图具有共析转变的相图 共析转变（共析转变（eutectoid reactioneutectoid reaction）是在一定）是在一定温度下一个固相转变为另两个固相的过程。共析温度下一个固相转变为另两个固相的过程。共析转变与共晶转变相似，区别在于它是由一个固相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理强化意义很大。钢的热处理是以共析转变为基础的。础的。 共析合金（

66、共析合金（eutectoid alloyeutectoid alloy）、）、 亚共析合金（亚共析合金（hypoeutectoid alloyhypoeutectoid alloy）、）、 过共析合金（过共析合金（hypereutectoid alloyhypereutectoid alloy）2021/5/2564(3)(3)具有包析转变的相图具有包析转变的相图 包析转变（包析转变（peritectoid reaction）类似于包晶转变，区别）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。在于包析转变是由两个固相反应生成另外一个固相。 (4)(4)具有脱溶沉淀过程的相图

67、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。为脱溶过程。 (5)(5)具有有序具有有序无序转变的相图无序转变的相图 (6)(6)具有固溶体形成中间相转变的相图具有固溶体形成中间相转变的相图 (7)(7)具有磁性转变的相图具有磁性转变的相图2021/5/25657.3.67.3.6复杂二元相图的分析方法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：分析复杂二元相图的步骤和方法如下： (1) (1) 首首先先看看相相图图中中是是否否存存在在化化合合物物，如如有有稳稳定定化化合合物物，则则以以

68、这这些些稳稳定定化化合合物物为为界界( (把把化化合合物物视视为为组组元元) )，把把相相图图分分成成几几个区域个区域( (基本相图基本相图) )进行分析。进行分析。 (2) (2) 根据相区接触法则，认清各相区的组成相。根据相区接触法则，认清各相区的组成相。 v单单相相区区：代代表表一一种种具具有有独独特特结结构构和和性性质质的的相相的的成成分分和和温温度度范范围，若单相为一根垂线，则表示该相成分不变。围，若单相为一根垂线，则表示该相成分不变。 v双双相相区区：邻邻区区原原则则是是含含有有P P个个相相的的相相区区的的邻邻区区，只只能能含含有有P_P_( (或或+)1+)1个个相相。违违背背

69、了了这这条条原原则则，无无法法满满足足相相律律的的要要求求。两两相相区中平衡相之间都有互溶度，只是互溶度大小不同而已。区中平衡相之间都有互溶度，只是互溶度大小不同而已。2021/5/2566 (3)(3)找出所有的三相共存水平线，分析这些恒温转变的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。表类型，写出转变式。表7.17.1列出了二元系各类三相恒温列出了二元系各类三相恒温反应反应( (转变转变) )的类型，可借助于分析。的类型，可借助于分析。 (4) (4) 应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规应用相图分析典型合金的组晶过程和组织变化规律。律。 单相区；相成分、质量与原

70、合金相同。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。相的相对量可由杠杆法则求得。 三相共存三相共存( (平衡平衡) )时，三个相的成分固定不变，可用时，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。杠杆法则求出恒温转变前、后相组成的相对量。2021/5/2567(5)(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、大小和分条件下存在的相和相对量，并不能表达出相的

71、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重视它们的非平衡条件下可能出现的相和组织非平衡条件下可能出现的相和组织。 (6) (6) 相图的正确与否可用相律来判断。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。分析具体合金随温度改变而发生的相变及组织变化。2021

72、/5/25687.3.7. 7.3.7. 根据相图推测合金的性能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图有关，所以可根据相图预测合金平衡状态下的一些性能。些性能。 包括：包括： v 使用性能（力学性能、物理性能等）使用性能（力学性能、物理性能等） v 工艺性能（合金的铸造工艺性能（合金的铸造 、压力加工、压力加工 、切削加工、切削加工 、热处理强化性能）、热处理强化性能）2021/5/25691.1.使用性能使用性能( (力学、物理性能力学、物理性能) v 一一般般形形成成两两相相

73、机机械械混混合合物物的的合合金金，其其性性能能是是各各相相性性能能的的平平均均值值，即即性性能能与与成成分分呈呈线线性性关关系系；形形成成固固溶溶体体合合金金时时，其其性性能能与与成成分分呈呈曲曲线线关关系系；形形成成稳稳定定化化合合物物时，其性能在曲线上时，其性能在曲线上出现奇点出现奇点。 v 固固溶溶体体合合金金中中溶溶质质原原子子溶溶使使使使溶溶剂剂晶晶格格发发生生变变化化( (畸畸变变) )，使使固固溶溶体体强强度度、硬硬度度升升高高，而而塑塑性性降降低低，这这一一现现象象称称为为固固溶溶强强化化。固固溶溶强强化化是是提提高高合合金金强强度度的的方方法之一，在工业生产上得到广泛应用。法

74、之一，在工业生产上得到广泛应用。 2021/5/25702.2.判断合金的工艺性能判断合金的工艺性能 合金的工艺性能与相图也有一定的关系。合金的工艺性能与相图也有一定的关系。 (1) (1) 合合金金铸铸造造性性能能：由由于于共共晶晶合合金金熔熔点点低低，并并且且是是恒恒温温转转变变，溶溶液液流流动动性性好好，凝凝固固后后容容易易形形成成集集中中缩缩孔孔，合合金金较较为为致致密密。因因此铸造合金宜选择在接近共晶成分的合金。此铸造合金宜选择在接近共晶成分的合金。 (2) (2) 合合金金压压力力加加工工性性能能：合合金金的的压压力力加加工工性性能能与与合合金金的的组组织织有有关关。单单相相固固溶

75、溶体体由由于于其其强强度度低低，塑塑性性好好，变变形形均均匀匀，压压力力加加工工性性能能较较好好。所所以以需需压压力力加加工工的的合合金金通通常常选选择择单单相相固固溶溶体体或或接接近单相固溶体近单相固溶体( (含第二相应尽量少含第二相应尽量少) ) 成分的合金。成分的合金。 (3) (3) 合合金金切切削削加加工工性性能能：合合金金切切削削加加工工性性能能与与合合金金的的组组织织有有关关。塑塑性性好好的的材材料料进进行行切切削削加加工工时时，切切削削不不易易断断开开且且缠缠绕绕在在刀刀具具上上，增增加加零零件件表表面面粗粗糙糙度度，不不易易进进行行高高速速切切削削，因因此此单单相相固固溶溶体

76、体型型合合金金切切削削加加工工性性能能不不够够好好。而而具具有有两两相相组组织织的的合合金金的的切切削加工性一般比较好。削加工性一般比较好。2021/5/2571相图与工艺性能的关系相图与工艺性能的关系2021/5/2572 (4) 热处理工艺性能热处理工艺性能:可借助于相图判断合金能否通过热处理强化，可借助于相图判断合金能否通过热处理强化，并能为热处理提供数据。并能为热处理提供数据。 相图中无固态相变的合金不能进行热处理强化，但能进行消除相图中无固态相变的合金不能进行热处理强化，但能进行消除枝晶偏析的扩散退火。枝晶偏析的扩散退火。 具有多晶型转变的合金，可通过再结晶退火和正火处理使合金具有多

77、晶型转变的合金，可通过再结晶退火和正火处理使合金晶粒细化，以提高强度、硬度，称为细晶强化。晶粒细化，以提高强度、硬度，称为细晶强化。 具有溶解度具有溶解度(固溶度固溶度)变化的合金，可通过固溶处理以及后来进变化的合金，可通过固溶处理以及后来进行的时效处理来提高合金的硬度、强度。行的时效处理来提高合金的硬度、强度。 具有共析转变的合金，原则上可进行淬火处理。具有共析转变的合金，原则上可进行淬火处理。 合金进行化学热处理时，渗入元素必须在被渗金属中具有一定合金进行化学热处理时，渗入元素必须在被渗金属中具有一定的溶解度或者能形成化合物。的溶解度或者能形成化合物。2021/5/25737.3.8 二元

78、合金相图分析实例二元合金相图分析实例重点：铁碳相图重点：铁碳相图一一. FeCFeC合金的组织和性能合金的组织和性能 钢钢(Steels)(Steels)和铸铁和铸铁(Cast irons)(Cast irons)是应用最广的金属材料，是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁是铁(Fe)(Fe)和碳和碳(C)(C)两种元素，故统称为两种元素，故统称为铁碳合金铁碳合金（alloys alloys of the ironof the ironcarbon systemcarbon system）。）。因此，学习铁

79、碳相图、因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 铁碳相图铁碳相图( (如图如图7.50)7.50)是一个较复杂的二元合金相图，它是一个较复杂的二元合金相图，它概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。在铁碳概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。在铁碳合金中，合金中，FeFe与与C C可以形成一系列化合物：可以形成一系列化合物：FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC。所以，所以，Fe-CFe-C相图可以划分成相图可以划分成Fe-FeFe-Fe3 3C, FeC, Fe3 3C-FeC-Fe2

80、2C, FeC, Fe2 2C-FeCC-FeC和和FeC-CFeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过过5 5），因此，通常所说的铁碳相图就是），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-FeFe-Fe3 3C C部分。部分。 2021/5/25741. Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图 2021/5/25752.典型铁碳合金的平衡组织铁碳合金按其含碳量的不同，大致可以将它分为三类：铁碳合金按其含碳量的不同，大致可以将它分为三类： 1

81、1）工业纯铁）工业纯铁C%C%0.0218%C0.0218%C的铁碳合金常称为工业纯铁，它的室温组织为单相铁的铁碳合金常称为工业纯铁，它的室温组织为单相铁素体或铁素体素体或铁素体+ +三次渗碳体。三次渗碳体。 2 2）钢）钢0.0218%0.0218%C%C%2.11%2.11%的铁碳合金称为钢，钢在高温时的组织为单相的铁碳合金称为钢，钢在高温时的组织为单相的奥氏体，具有良好的塑性，可进行热锻，根据钢在室温时的组的奥氏体，具有良好的塑性，可进行热锻，根据钢在室温时的组织又可将它分为以下三类：织又可将它分为以下三类： 亚共析钢亚共析钢0.0218%0.0218%0.77%0.77%的铁碳合金称为

82、亚共析钢，其室温组织为先共析铁的铁碳合金称为亚共析钢，其室温组织为先共析铁素体素体+ +珠光体（珠光体（F+PF+P）。）。 共析钢共析钢C%=0.77%C%=0.77%的铁碳合金称为共析钢，其室温组织为的铁碳合金称为共析钢，其室温组织为100%100%的珠光体的珠光体（P P）。）。 过共析钢过共析钢0.770.77% %2.11%2.11%的铁碳合金称为过共析钢，其室温组织为珠光体的铁碳合金称为过共析钢，其室温组织为珠光体+ +二次渗碳体（二次渗碳体（P+Fe3CP+Fe3C）。）。 2021/5/25762.典型铁碳合金的平衡组织3 3）白口铸铁）白口铸铁2.11%2.11%c%c%6.

83、69%6.69%的铁碳合金称为铸铁，由于的铁碳合金称为铸铁，由于C C以以Fe3CFe3C的形式存在的形式存在时其断口呈白亮色，故称为白口铸铁，它们在凝固时发生共晶转时其断口呈白亮色，故称为白口铸铁，它们在凝固时发生共晶转变，具有较好的铸造性能，但共晶转变后得到的以变，具有较好的铸造性能，但共晶转变后得到的以Fe3CFe3C为基的莱为基的莱氏体脆性很大，（按氏体脆性很大，（按Fe-CFe-C石墨石墨 相图凝固的铸铁，断口为灰色，相图凝固的铸铁，断口为灰色，称为灰口铸铁，因为碳大部分以石墨形式存在）。称为灰口铸铁，因为碳大部分以石墨形式存在）。白口铸铁根据其室温组织又可分为三类：白口铸铁根据其室

84、温组织又可分为三类： 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11%2.11%C%C%4.3%4.3%的铁碳合金称为亚共晶铸铁，其室温组织为珠光的铁碳合金称为亚共晶铸铁，其室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体（体、二次渗碳体和变态莱氏体（P+ Fe3C+LdP+ Fe3C+Ld）。）。共晶白口铸铁共晶白口铸铁C%=4.3%C%=4.3%铁碳合金称为共晶铸铁，其室温组织为铁碳合金称为共晶铸铁，其室温组织为100%100%变态莱氏体变态莱氏体（LdLd）。）。过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁4.3%4.3%C%C%6.69%6.69%的铁碳合金称为过共晶铸铁，其室温组织为一次的铁碳合金称为过共晶铸铁，其室温组织为一次渗碳体和变态莱氏体（渗碳体和变态莱氏体（Fe3C+LdFe3C+Ld）。）。2021/5/25773.碳量对铁碳合金的组织和性能的影响 2021/5/2578