04第四章二元相图.ppt

第四章二元合金相图与合金凝固
本章主要内容:合金相与组织形成的规律,特别是成分、温度对相与组织的影响规律。合金相图是重要研究工具。
相图:合金结晶过程的简明图解,反映不同成分合金在不同温度下所存在的相及其相平衡关系,以了解合金在温度变化时的相变过程及组织形成的规律。是分析合金组织、确定热加工工艺、预测材料性能的依据。
§ 概述
一、二元合金相图的表示方法
二元合金相图通常用温度、成分两个坐标表示。纵坐标表示温度,横坐标表示成分。
合金成分一般用重量百分数(wt%)和原子百分数(at%)表示
表象点
二、二元合金相图的建立
用热分析法建立Cu-Ni二元合金相图为例:
配制不同成分的合金;测定其冷却曲线,确定临界点;将各临界点标注在温度-成分坐标系中,并将意义相同的点用曲线连接。
注意:冷速要慢;纯金属冷却曲线出现平台;临界点连线为相界线,分割区域为相区;由成分、温度可确定相状态
三、相律
相律:合金系在平衡状态下,系统的自由度(f)与组元数(C)和平衡相数(P)之间关系的定律。 f =C-P+2
自由度:保持合金系相的数目不变条件下,可独立改变的影响合金状态的内部及外界因素的数目。
在恒压下,f =C-P+1,对二元系,C=2,则f =3-P,可知: f =0,P=3,平衡相最大为3;P=3,f=0,温度、相成分一定;P=2,f=1,温度或相的成分可变,但只有一个独立变量;P=1;f=2,温度和相成分均可独立改变。
四、杠杆定律
杠杆定律:用来确定二相平衡时,两平衡相的成分和相对量。

:
WL• a r = Wa • r b 或
WL/ Wa= r b/ a r
注意:杠杆定律只适用于两相区
§及固溶体合金结晶
匀晶相图:两组元在液态和固态下均无限互溶合金所形成的相图。
匀晶转变:由液相结晶出均一固相过程。
一、相图分析
以Cu-Ni合金相图为例:
相线:液相线、固相线
相区:单相区、两相区
二、结晶过程及其组织(1)
结晶过程:
0-1, 1,L相, 降温过程;
1-2,L相变过程;
2, 相,成分为合金成分;
2-3,相,降温过程;
3, 相,室温组织
二、结晶过程及其组织(2)
相变过程:
t1: 液相开始析出, 成分由固相线确定,
为1,液相成分L1;
t2: L+ , 成分分别由液相线和固相线确
定,为 L2、2,1 2, L1  L2,,
两相的相对量用杠杆定律确定;
继续降温,成分分别沿固、液相线变
化,W , WL;
t3:结晶结束,固溶体成分3=合金成分
总之,结晶过程是一动态过程。
二、结晶过程及其组织(3)
选份结晶(选择结晶):从液相结晶出的固溶体成分与液相成分不同,含有较多的高熔点组元。
固溶体结晶与纯金属结晶的异同:
相同点:一定过冷度,形核与长大过程
不同点: 纯金属:恒温结晶;结构起伏与能量起伏;结晶时无成分变化;
固溶体:变温结晶;结构起伏、能量起伏和成分起伏;结晶过程总存在原子扩散,以进行溶质在液固两相中的再分配。
三、非平衡结晶及其组织(1)
非平衡结晶:在实际冷却条件下合金以较大速度冷却,偏离平衡条件的结晶过程。
非平衡结晶的特点:冷速快,原子扩散不充分,合金成分均匀化来不及进行,导致液相和固相内部存在浓度剃度,固溶体中出现偏析。