華南理工大學(xué)機(jī)械工程材料第四章

1、第一節(jié)第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立第五節(jié)第五節(jié) 包晶相圖包晶相圖第四節(jié)第四節(jié) 共晶相圖共晶相圖第三節(jié)第三節(jié) 勻晶相圖勻晶相圖第七節(jié)第七節(jié) 合金的性能和相圖的關(guān)系合金的性能和相圖的關(guān)系第六節(jié)第六節(jié) 相成穩(wěn)定化合物的相圖相成穩(wěn)定化合物的相圖第四章 合金的相結(jié)構(gòu)與二元合金相圖主要內(nèi)容主要內(nèi)容 合金相結(jié)構(gòu)合金相結(jié)構(gòu) 相律和杠桿定律相律和杠桿定律 常見(jiàn)的二元合金相圖常見(jiàn)的二元合金相圖勻晶、共晶、包晶、共析勻晶、共晶、包晶、共析 根據(jù)相圖分析平衡結(jié)晶過(guò)程根據(jù)相圖分析平衡結(jié)晶過(guò)程 非平衡結(jié)晶及組織非平衡結(jié)晶及組織1、合金合金 兩種或兩種以上的金屬，或金屬

2、與非金屬元素組成的兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)具有金屬特性的物質(zhì), 如鐵碳合金等。如鐵碳合金等。 2、組元組元 組成合金最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元組成合金最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元 ，是組成合金是組成合金的元素，但也可以是化合物，有二元、三元等；的元素，但也可以是化合物，有二元、三元等；實(shí)例實(shí)例：黃銅的組元是黃銅的組元是銅銅和和鋅鋅； 碳鋼的組元鐵和碳，或者是碳鋼的組元鐵和碳，或者是鐵鐵和和金屬化合物金屬化合物FeFe3 3C C。幾個(gè)重要概念幾個(gè)重要概念3、相、相 合金組織中成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相同的部分，有相界面合金組織中成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相同的部分，有相界面

3、分開(kāi)，是合金組織最基本的組成部分。分開(kāi)，是合金組織最基本的組成部分。說(shuō)明說(shuō)明：合金的組織可以由一種或多種相組成，相與相之間：合金的組織可以由一種或多種相組成，相與相之間由界面（即由界面（即相界相界）隔開(kāi)，越過(guò)界面，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都會(huì)發(fā)生）隔開(kāi)，越過(guò)界面，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都會(huì)發(fā)生突變。突變。實(shí)例實(shí)例：鐵碳合金在固態(tài)下有：鐵碳合金在固態(tài)下有鐵素體鐵素體、奧氏體奧氏體和和滲碳體滲碳體等基等基本相。本相。幾個(gè)重要概念幾個(gè)重要概念4、合金系合金系 由給定組元配制的一系列成分不同的合金，組成一個(gè)由給定組元配制的一系列成分不同的合金，組成一個(gè)合金系統(tǒng)。合金系統(tǒng)。幾個(gè)重要概念幾個(gè)重要概念5、組織組織 金屬金屬內(nèi)部的情景

4、內(nèi)部的情景，包括晶粒大小、形狀、種類以及各晶粒，包括晶粒大小、形狀、種類以及各晶粒之間的相對(duì)數(shù)量和分布。之間的相對(duì)數(shù)量和分布。低倍組織（宏觀組織）低倍組織（宏觀組織）：用放大幾十倍的放大鏡或用肉眼所：用放大幾十倍的放大鏡或用肉眼所觀察到的組織；觀察到的組織；顯微組織顯微組織：用放大：用放大10020001002000倍的光學(xué)顯微鏡所觀察到的組織；倍的光學(xué)顯微鏡所觀察到的組織；電鏡組織（精細(xì)組織）電鏡組織（精細(xì)組織）：用放大幾千倍到幾十萬(wàn)倍的電子顯：用放大幾千倍到幾十萬(wàn)倍的電子顯微鏡觀察到的組織。微鏡觀察到的組織。幾個(gè)重要概念幾個(gè)重要概念5、組織組織組成相性質(zhì)組成相性質(zhì) 組織性質(zhì)組織性質(zhì) 合金性

5、質(zhì)合金性質(zhì) 結(jié)構(gòu)：指原子集合體中各原子的具體組合方式。原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)幾個(gè)重要概念幾個(gè)重要概念第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)為什么在固態(tài)合金中就可能出現(xiàn)不同的相結(jié)構(gòu)？為什么在固態(tài)合金中就可能出現(xiàn)不同的相結(jié)構(gòu)？從金屬的凝固過(guò)程考慮從金屬的凝固過(guò)程考慮 均勻的液體（液相）均勻的液體（液相） 凝固 固態(tài)合金固態(tài)合金各組元的晶體結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)不同、各組元相互作用不同各組元的晶體結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)不同、各組元相互作用不同 不同的相結(jié)構(gòu)不同的相結(jié)構(gòu)第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)基本相結(jié)構(gòu)基本相結(jié)構(gòu)固溶體固溶體置換固溶體置換固溶體間隙固溶體間隙固溶體正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物電子化合物電子化合物間隙相間隙相間隙相化合物間隙

6、相化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物金屬化合物金屬化合物根據(jù)組元之間的相互作用，固態(tài)合金中的根據(jù)組元之間的相互作用，固態(tài)合金中的基本相結(jié)構(gòu)基本相結(jié)構(gòu)可分為：可分為：第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)1. 固溶體的分類固溶體的分類：(1) 按溶質(zhì)原子按溶質(zhì)原子在晶格中的在晶格中的位置位置 置換固溶體置換固溶體 、間隙固溶體間隙固溶體特點(diǎn)：特點(diǎn)：保持溶劑晶格類型保持溶劑晶格類型 一、固溶體一、固溶體組元間相互溶解，溶質(zhì)原子溶入固態(tài)溶劑。組元間相互溶解，溶質(zhì)原子溶入固態(tài)溶劑。置換固溶體置換固溶體間隙固溶體間隙固溶體 (2) 按固溶度按固溶度 有限固溶體、無(wú)限固溶體有限固溶體、無(wú)限固溶體無(wú)序分布無(wú)序分布短程

7、有序分布短程有序分布偏聚分布偏聚分布(3) 按相對(duì)分布按相對(duì)分布 有序固溶體、無(wú)序固溶體有序固溶體、無(wú)序固溶體 第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)1.固溶體的分類固溶體的分類：有序固溶體本質(zhì)上就是無(wú)序固溶體與金屬化合物的過(guò)渡相有序固溶體本質(zhì)上就是無(wú)序固溶體與金屬化合物的過(guò)渡相！溶入溶質(zhì)原子形成固溶體而使金屬?gòu)?qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。 溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子%，b、HB,、k 固溶強(qiáng)化效果：間隙固溶體置換固溶體。固溶強(qiáng)化效果：間隙固溶體置換固溶體。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：1、晶格畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻、晶格畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻 2、位錯(cuò)釘扎、位錯(cuò)釘扎三種強(qiáng)化方式：三種強(qiáng)化方式：細(xì)晶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化、形

8、變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化2.2.固溶體的性能固溶體的性能固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)物理性能方面物理性能方面：隨著溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的電阻率升高，因此工業(yè)上應(yīng)用的精密電阻和電熱材料等，都廣泛應(yīng)用固溶體合金。 合金組元間按一定比例發(fā)生合金組元間按一定比例發(fā)生相互作用相互作用而形成的一種新相，而形成的一種新相，又稱中間相又稱中間相，如，如Fe3C、CuAl2等。等。 晶格類型與性能均不同于任一組元。晶格類型與性能均不同于任一組元。 一般可用分子式表示，有些成分可在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。一般可用分子式表示，有些成分可在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。 具有一定的金屬性質(zhì)，又稱金屬化合物。具有一定的金屬性質(zhì)，又稱金

9、屬化合物。 金屬化合物的性能特點(diǎn)金屬化合物的性能特點(diǎn)：三高三高 (高熔點(diǎn)高熔點(diǎn)、高硬度高硬度、高脆性高脆性) 當(dāng)合金中存在金屬化合物時(shí)，將使合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性提高，但會(huì)使塑性降低。所以，金屬化合物是結(jié)構(gòu)材料及工具材料的重要組成相。二、金屬化合物二、金屬化合物第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu) 影響金屬化合物形成及結(jié)構(gòu)的主要因素有電負(fù)性、電子電負(fù)性、電子濃度、原子尺寸濃度、原子尺寸等。每一種影響因素都對(duì)應(yīng)著一類化合物。1、正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物： 具有嚴(yán)格的化合比，符合原子價(jià)規(guī)律，成具有嚴(yán)格的化合比，符合原子價(jià)規(guī)律，成分固定，可用化學(xué)式表示。受分固定，可用化學(xué)式表示。受電負(fù)性電負(fù)性因素控制因素控制 正

10、常價(jià)化合物通常是由金屬元素與周期表中第A A、A A、A A族元素組成。如Mg2Si、Mg2Sn、MnS，其中Mg2Si是鋁合金中常見(jiàn)的強(qiáng)化相，MnS是鋼材中常見(jiàn)的夾雜物。 這類化合物一般具有較高的硬度，脆性較大。二、金屬化合物二、金屬化合物第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu) 影響金屬化合物形成及結(jié)構(gòu)的主要因素有電負(fù)性、電子電負(fù)性、電子濃度、原子尺寸濃度、原子尺寸等。每一種影響因素都對(duì)應(yīng)著一類化合物。2、電子化合物電子化合物：按照電子濃度的比值形成化合物，不遵守原：按照電子濃度的比值形成化合物，不遵守原子價(jià)規(guī)律子價(jià)規(guī)律 ，而是按照一定電子濃度的比值形成的化合物，電，而是按照一定電子濃度的比值形成的化合物，電

11、子濃度不同，所形成的化合物的晶格類型也不同。受子濃度不同，所形成的化合物的晶格類型也不同。受電子濃電子濃度度因素控制因素控制 電子化合物由第B族或過(guò)渡元素與第B、A、A族金屬元素形成的金屬化合物。 電子化合物雖然可用化學(xué)分子式表示，但其成分可以在一定范圍內(nèi)變化，因此把它看作是以化合物為基的固溶體。 電子化合物具有很高的熔點(diǎn)和硬度，但脆性很大。二、金屬化合物二、金屬化合物第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)3、間隙化合物間隙化合物：受組元的受組元的原子尺寸原子尺寸因素控制，通常是由過(guò)渡因素控制，通常是由過(guò)渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素族金屬與原子半徑很小的非金屬元素(如如H、N、C、B等等)組成。組成。 原

12、子半徑比原子半徑比rx/rm0.59：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物（：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物（ Fe3C)間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，但比間隙相要低些，而且加熱時(shí)也較易分解，是合金鋼中的重要組成相。二、金屬化合物二、金屬化合物第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu) 組元間既不溶解，也不反應(yīng)組元間既不溶解，也不反應(yīng)機(jī)械混合物機(jī)械混合物 如，珠光體：如，珠光體：FFe3C第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)珠光體為基體的灰口鑄鐵珠光體為基體的灰口鑄鐵G呈片狀呈片狀珠光珠光體體 組元間既不溶解，也不反應(yīng)組元間既不溶解，也不反應(yīng)機(jī)械混合物機(jī)械混合物 如，珠光體：如，珠光體：FFe3C第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)點(diǎn)狀和小球狀結(jié)構(gòu)珠光體點(diǎn)狀和小球狀結(jié)

13、構(gòu)珠光體組元之間相互溶解組元之間相互溶解固溶體固溶體間隙固溶體與間隙相的區(qū)別：間隙固溶體與間隙相的區(qū)別： 后者為化合物，具有與組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)，后者為化合物，具有與組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)，而前者保持溶劑組元的晶格類型。而前者保持溶劑組元的晶格類型。組元之間相互反應(yīng)組元之間相互反應(yīng)金屬化合物金屬化合物第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)第二節(jié) 二元相圖的建立相圖：相圖：合金系中合金系中 相組成相組成合金成分合金成分溫度溫度之間關(guān)系的圖解之間關(guān)系的圖解 LLL溫度溫度合金成分合金成分圖中的圖中的E點(diǎn)表示在點(diǎn)表示在500 下，下，A%=40%，B%=60%表象點(diǎn)表象點(diǎn)303050502020101070706

14、060404080809090900900800800700700600600500500400400300300200200100100AB第二節(jié)第二節(jié) 相圖的建立相圖的建立熱分析法測(cè)定相圖熱分析法測(cè)定相圖（用室溫的冷卻曲線，得到各臨界點(diǎn)）（用室溫的冷卻曲線，得到各臨界點(diǎn)） 1 1、配制合金、配制合金2 2、測(cè)出結(jié)晶開(kāi)始和終了溫度、測(cè)出結(jié)晶開(kāi)始和終了溫度相變點(diǎn)相變點(diǎn)3 3、標(biāo)出臨界點(diǎn)，分別連接凝固開(kāi)始點(diǎn)和終了點(diǎn)、標(biāo)出臨界點(diǎn)，分別連接凝固開(kāi)始點(diǎn)和終了點(diǎn) 4 4、標(biāo)出相區(qū)、標(biāo)出相區(qū)液相區(qū)液相區(qū)(L)(L)兩相區(qū)兩相區(qū)(L(L)固相區(qū)固相區(qū)()()相圖分析工具相律：相律：在平衡條件下，系統(tǒng)自由度在

15、平衡條件下，系統(tǒng)自由度f(wàn)、組元數(shù)、組元數(shù)c 和相數(shù)和相數(shù)p之間之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式：的數(shù)學(xué)表達(dá)式： f = c p + 2 或或 f = c p + 1 (常壓常壓)自由度自由度： 保持合金系的保持合金系的相相的數(shù)目不變的條件下，合金系中可以獨(dú)立改變的影的數(shù)目不變的條件下，合金系中可以獨(dú)立改變的影響合金狀態(tài)的內(nèi)部及外部因素（響合金狀態(tài)的內(nèi)部及外部因素（合金的成分、溫度和壓力等合金的成分、溫度和壓力等）的數(shù)目。）的數(shù)目。 當(dāng)壓力不變時(shí)當(dāng)壓力不變時(shí)，合金系的合金系的最大自由度數(shù)最大自由度數(shù)： 純純 金金 屬：屬：fmax=1（成分固定不變（成分固定不變0，溫度可以獨(dú)立改變，溫度可以獨(dú)立改變1） 二元合

16、金：二元合金：fmax=2（成分獨(dú)立變量（成分獨(dú)立變量1、溫度、溫度1） 三元合金：三元合金：fmax=3（成分獨(dú)立變量（成分獨(dú)立變量2、溫度、溫度1） 相律相律1 1、確定系統(tǒng)最多有幾相共存確定系統(tǒng)最多有幾相共存： f = 0， pmax= c+1 純金屬：純金屬：pmax= 2； 二元合金：二元合金：pmax= 3 2 2、說(shuō)明純金屬與合金結(jié)晶時(shí)的某些差別說(shuō)明純金屬與合金結(jié)晶時(shí)的某些差別 純金屬結(jié)晶時(shí)，純金屬結(jié)晶時(shí)，f=1-2+1= 0，恒溫進(jìn)行，恒溫進(jìn)行 二元合金結(jié)晶時(shí)，二元合金結(jié)晶時(shí)，f=2-2+1=1（溫度），在一定溫度范圍（溫度），在一定溫度范圍 進(jìn)行。進(jìn)行。相律的實(shí)際應(yīng)用相律的實(shí)

17、際應(yīng)用相圖分析工具 確定兩個(gè)平衡相的相對(duì)重量確定兩個(gè)平衡相的相對(duì)重量?jī)H適用于兩相區(qū)僅適用于兩相區(qū) 1.1.確定兩平衡相的成分：確定兩平衡相的成分：CL 、C； 2.2.確定兩平衡相的相對(duì)重量確定兩平衡相的相對(duì)重量 以成分為支點(diǎn)，遠(yuǎn)離該相的線段代表該相。整個(gè)線段為總重量。以成分為支點(diǎn)，遠(yuǎn)離該相的線段代表該相。整個(gè)線段為總重量。如如abab代表總重量，代表總重量，rara和和rbrb分別代表分別代表相和相和L L相的重量。相的重量。%100abrbwL%100abarwrbwrawrarbwwLL杠桿定律杠桿定律相圖分析工具杠桿定律的證明杠桿定律的證明杠桿定律的力學(xué)比喻杠桿定律的力學(xué)比喻C CI

18、Ia ar rb bB BA AC CL LB BNiNiCuCut ta ar rb bW WL LW W動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)第三節(jié) 勻晶相圖勻晶轉(zhuǎn)變：結(jié)晶時(shí)從液相結(jié)晶出固溶體，固態(tài)下呈單勻晶轉(zhuǎn)變：結(jié)晶時(shí)從液相結(jié)晶出固溶體，固態(tài)下呈單相固溶體的結(jié)晶過(guò)程。相固溶體的結(jié)晶過(guò)程。幾乎所有的二元相圖都包含有勻晶轉(zhuǎn)變部分。幾乎所有的二元相圖都包含有勻晶轉(zhuǎn)變部分。具有這類相圖的二元合金系，主要有具有這類相圖的二元合金系，主要有Cu-Ni，Ag-Au，Cr-Mo，Cd-Mg，F(xiàn)e-Ni，Mo-W等。等。兩組元液態(tài)、固態(tài)都無(wú)限互溶的二元合金系所形成的相圖兩組元液態(tài)、固態(tài)都無(wú)限互溶的二元合金系所形成的相圖第三節(jié) 勻晶相圖

19、線：線： 液相線、固相線液相線、固相線 液相區(qū)液相區(qū)(L)固相區(qū)固相區(qū)()固液相兩區(qū)固液相兩區(qū)(L)液相線液相線固相線固相線區(qū)：區(qū)： 液相液相(L)(L)區(qū)、固相區(qū)、固相()()區(qū)、區(qū)、液固兩相共存液固兩相共存(L+)(L+)區(qū)區(qū)一、相圖分析一、相圖分析第三節(jié) 勻晶相圖二、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶是指在極其緩慢冷卻條平衡結(jié)晶是指在極其緩慢冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶的過(guò)程。在此條件件下進(jìn)行結(jié)晶的過(guò)程。在此條件下得到的組織稱為平衡組織。下得到的組織稱為平衡組織。 1、tt1：L 2、t=t1：L (結(jié)晶需要過(guò)冷結(jié)晶需要過(guò)冷) 3、t1tt3：L、共存共存 4、t=t3：結(jié)晶完畢：結(jié)

20、晶完畢 5、tt3：固溶體固溶體(合金成分合金成分)LL3030505020201010707060604040808090901350135013001300125012501200120011501150110011001050105010001000950950NiNiCuCuL L1 1L L2 2L L3 3t t3 3a a1 1a a2 2a a3 3t t1 1t t2 2第三節(jié) 勻晶相圖二、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程固溶體合金結(jié)晶時(shí)所結(jié)晶出的固固溶體合金結(jié)晶時(shí)所結(jié)晶出的固相成分與液相的成分不同（相成分與液相的成分不同（液相液相成分沿液相線變化，固相成分沿成分沿液

21、相線變化，固相成分沿固相線變化固相線變化），這種結(jié)晶出的晶），這種結(jié)晶出的晶體與母相化學(xué)成分不同的結(jié)晶稱體與母相化學(xué)成分不同的結(jié)晶稱為為異分結(jié)晶異分結(jié)晶，或稱為，或稱為選擇結(jié)晶選擇結(jié)晶。而純金屬結(jié)晶時(shí)，所結(jié)晶出的晶而純金屬結(jié)晶時(shí)，所結(jié)晶出的晶體與母相的化學(xué)成分完全一樣，體與母相的化學(xué)成分完全一樣，稱之為稱之為同分結(jié)晶同分結(jié)晶。3030505020201010707060604040808090901350135013001300125012501200120011501150110011001050105010001000950950NiNiCuCuL L1 1L L2 2L L3 3t t3

22、 3a a1 1a a2 2a a3 3t t1 1t t2 2第三節(jié) 勻晶相圖二、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。 兩相區(qū)中兩相成分分別沿兩邊界改變。兩相區(qū)中兩相成分分別沿兩邊界改變。固溶體形核的條件：固溶體形核的條件： 結(jié)構(gòu)起伏：結(jié)構(gòu)起伏：近程有序原子集團(tuán)在液相中不斷變化。近程有序原子集團(tuán)在液相中不斷變化。 能量起伏：能量起伏：指體系中每個(gè)微小體積所實(shí)際具有的能量，指體系中每個(gè)微小體積所實(shí)際具有的能量， 會(huì)偏離體系平均能量水平而瞬時(shí)漲落的現(xiàn)象。會(huì)偏離體系平均能量水平而瞬時(shí)漲落的現(xiàn)象。 成分起伏：成分起伏：由于由于原子熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散原子熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散

23、，每一瞬間液體中某些，每一瞬間液體中某些 微小體積的成分高于或低于平均成分的現(xiàn)象。微小體積的成分高于或低于平均成分的現(xiàn)象。 第三節(jié) 勻晶相圖勻晶轉(zhuǎn)變動(dòng)畫(huà)勻晶轉(zhuǎn)變動(dòng)畫(huà)第三節(jié) 勻晶相圖 V冷卻，原子擴(kuò)散速度小于結(jié)晶速度，合金成分不能完全均勻化，固相成分偏離相圖固相線，此時(shí)發(fā)生不平衡結(jié)晶，得到不平衡組織。固溶體不平衡結(jié)晶示意圖固溶體不平衡結(jié)晶示意圖不平衡結(jié)晶及組織不平衡結(jié)晶及組織第三節(jié) 勻晶相圖消除辦法：消除辦法：擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 （均勻化退火）（均勻化退火） 固相線以下固相線以下100200不平衡結(jié)晶及組織不平衡結(jié)晶及組織晶內(nèi)偏析（或稱枝晶偏析）晶內(nèi)偏析（或稱枝晶偏析） ：一個(gè)晶粒內(nèi)部成分不均勻現(xiàn)

24、象。：一個(gè)晶粒內(nèi)部成分不均勻現(xiàn)象。偏析程度偏析程度：與相圖形狀、原子擴(kuò)散能力、冷卻速度有關(guān)：與相圖形狀、原子擴(kuò)散能力、冷卻速度有關(guān)1 1、液相線和固相線間的、液相線和固相線間的水平距離水平距離和和垂直距離垂直距離，偏析程度偏析程度2 2、偏析原子擴(kuò)散能力偏析原子擴(kuò)散能力 偏析程度偏析程度3 3、 V V冷卻冷卻，偏析程度偏析程度 第四節(jié) 共晶相圖共晶組織共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變后形成的兩個(gè)固相的混合物共晶轉(zhuǎn)變后形成的兩個(gè)固相的混合物。 共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變：恒溫下，一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出成分一定的恒溫下，一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出成分一定的 兩個(gè)固相的轉(zhuǎn)變，又稱共晶反應(yīng)。兩個(gè)固相的轉(zhuǎn)變，又稱共晶反應(yīng)。)

25、(NMtEEL （共晶體）（共晶體）共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)兩組元液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)有限溶解，并發(fā)生兩組元液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)有限溶解，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為共晶相圖。的相圖稱為共晶相圖。一、相圖分析一、相圖分析 第四節(jié) 共晶相圖L單相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)+雙相區(qū)雙相區(qū)L+雙相區(qū)雙相區(qū)L+雙相區(qū)雙相區(qū)L+三相共存區(qū)三相共存區(qū)(MEN水平線水平線)單相區(qū)單相區(qū)一個(gè)三相區(qū)一個(gè)三相區(qū)(L+,(L+,水平線水平線MEN)MEN)三個(gè)雙相區(qū)三個(gè)雙相區(qū)(L+(L+、+、L+)L+)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)區(qū)：三個(gè)單相區(qū) (L(L、) 共晶線共晶線MEN MEN 溶解度曲線溶解度曲線MFMF、NGNG 固相線固相線A

26、MENBAMENB線：液相線線：液相線AEBAEB點(diǎn)：點(diǎn)： E-E-共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)共晶相圖分析第四節(jié) 共晶相圖二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 1 1、WSn 19%的合金的合金 n所有成分位于所有成分位于MF之間的合金的平衡結(jié)晶過(guò)程類似，之間的合金的平衡結(jié)晶過(guò)程類似，它們的最終顯微組織都是它們的最終顯微組織都是 +。n 和和的相對(duì)量可通過(guò)杠桿定律求出。的相對(duì)量可通過(guò)杠桿定律求出。1 1以上以上1 12 22 23 33 3以下以下第四節(jié) 共晶相圖二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 2、共晶合金、共晶合金(WSn= 61.9%)E E以上以上E E以下以下結(jié)

27、晶開(kāi)始結(jié)晶開(kāi)始結(jié)晶終了結(jié)晶終了E E點(diǎn)點(diǎn)n發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變以后，繼續(xù)冷卻時(shí)，共晶組織中的發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變以后，繼續(xù)冷卻時(shí)，共晶組織中的 和和相都要發(fā)生溶解度的變化，相都要發(fā)生溶解度的變化， 相成分沿相成分沿MF線變化，線變化，相相的成分沿的成分沿NG線變化，分別析出次生相線變化，分別析出次生相和和 。n 這些次生相常與共晶組織中的同類相混在一起，難以這些次生相常與共晶組織中的同類相混在一起，難以在顯微鏡下分辨。在顯微鏡下分辨。第四節(jié) 共晶相圖二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 3 3、亞共晶合金（、亞共晶合金（19%WSn61.9%）共晶轉(zhuǎn)變前形成的固溶體叫做初晶或先共晶相。亞共晶合

28、金在共晶轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束之后的組織是由先共晶相和共晶組織(+)所組成，其中共晶組織的量即為溫度tE時(shí)液相的量。 第四節(jié) 共晶相圖二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 3 3、亞共晶合金（、亞共晶合金（19%WSn61.9%）n在2點(diǎn)以下繼續(xù)冷卻時(shí)，將從相（包括先共晶相和共晶組織中的相）和相分別析出次生相和。n在顯微鏡下，只有從先共晶中析出的可能觀察到，共晶組織中的和一般難以分辨。所以室溫下的顯微組織為+(+)。第四節(jié) 共晶相圖二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程二、典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 4 4、過(guò)共晶合金（、過(guò)共晶合金（WSn 61.9% ） 最終顯微組織：最終顯微組織：+(+)、及及(+

29、)在顯微組織中均能清楚地區(qū)分開(kāi)來(lái)，在顯微組織中均能清楚地區(qū)分開(kāi)來(lái)，是組成顯微組織的獨(dú)立部分，稱之為是組成顯微組織的獨(dú)立部分，稱之為組織組成物組織組成物。成分位于成分位于F與與G之間的合金，盡管結(jié)晶后的顯微組織有所不之間的合金，盡管結(jié)晶后的顯微組織有所不同，但均由同，但均由和和兩種基本相組成，把兩種基本相組成，把、稱為稱為相組成物相組成物。第四節(jié) 共晶相圖相組成物相組成物：組成顯微組織的基本相：組成顯微組織的基本相L單相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)+雙相區(qū)雙相區(qū)L+雙相區(qū)雙相區(qū)L+雙相區(qū)雙相區(qū)L+三相共存區(qū)三相共存區(qū)(MEN水平線水平線)單相區(qū)單相區(qū)相組成物標(biāo)注的相圖相組成物標(biāo)注的相圖第四節(jié) 共晶相圖組

30、織組成物組織組成物：顯微組織中能清楚區(qū)分，組成顯微組織的獨(dú)立部分顯微組織中能清楚區(qū)分，組成顯微組織的獨(dú)立部分固溶體固溶體LL+固溶體固溶體L+固溶體固溶體固溶體固溶體+(+)+(+)+ 組織組成物標(biāo)注的相圖組織組成物標(biāo)注的相圖第四節(jié) 共晶相圖偽偽 共共 晶晶 ：在共晶點(diǎn)附近的在共晶點(diǎn)附近的非共晶成非共晶成分（分（亞共晶或過(guò)共晶亞共晶或過(guò)共晶）的合金在不平）的合金在不平衡結(jié)晶條件下所得到的共晶組織。衡結(jié)晶條件下所得到的共晶組織。不平衡結(jié)晶不平衡結(jié)晶偽共晶偽共晶在不平衡結(jié)晶條件下，由于冷卻速度大，將會(huì)產(chǎn)生較大過(guò)冷，亞共晶合金過(guò)冷至，此時(shí)液相對(duì)于相和相都是過(guò)飽和的，可同時(shí)結(jié)晶出和，從而形成共晶組織(

31、+)。易產(chǎn)生偽共晶區(qū)域易產(chǎn)生偽共晶區(qū)域第四節(jié) 共晶相圖離異共晶離異共晶：(特征：共晶組織兩相分離的共晶特征：共晶組織兩相分離的共晶) 在先共晶相數(shù)量較多而共晶組織甚少的情況下，共晶組織中與先共晶相相同的那一相，會(huì)依附于先共晶相上生長(zhǎng)，剩下的另一相則單獨(dú)存在于晶界處，從而使共晶組織的特征消失，這種兩相分離的共晶稱為離異共晶。 可以在平衡條件下獲得(如合金) 也可以在不平衡條件下獲得(如合金) 易產(chǎn)生離異共晶區(qū)域易產(chǎn)生離異共晶區(qū)域不平衡結(jié)晶不平衡結(jié)晶離異共晶離異共晶wCu=4%的的Al-Cu鑄造合金中的離鑄造合金中的離異共晶組織異共晶組織第五節(jié) 包晶相圖DtPCDL包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變：恒溫下，一定成

32、分的固相和一定成分的液相作恒溫下，一定成分的固相和一定成分的液相作用，生成另一個(gè)一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。用，生成另一個(gè)一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)第五節(jié) 包晶相圖兩組元在兩組元在液態(tài)下液態(tài)下相互無(wú)限溶解相互無(wú)限溶解，在在固態(tài)下固態(tài)下只能有限溶解只能有限溶解，并，并發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金相圖，稱為發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金相圖，稱為包晶相圖。包晶相圖。L單相區(qū)單相區(qū)雙雙相區(qū)相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)L雙相區(qū)雙相區(qū)L雙相區(qū)雙相區(qū)L+三相區(qū)三相區(qū)(PDC水平線水平線)一、相圖分析一、相圖分析一個(gè)三相區(qū)一個(gè)三相區(qū) 三個(gè)雙相區(qū)三個(gè)雙相區(qū)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)區(qū)：三個(gè)單相區(qū)包晶轉(zhuǎn)變線包晶轉(zhuǎn)變線PDCPDC溶

33、解度曲線溶解度曲線PEPE、DFDF固相線固相線APDBAPDB線：液相線線：液相線ACBACB點(diǎn)：包晶點(diǎn)點(diǎn)：包晶點(diǎn)D D二、平衡結(jié)晶過(guò)程二、平衡結(jié)晶過(guò)程 1、WAg=42.4%的合金：的合金：D點(diǎn)點(diǎn)(包晶合金包晶合金) 包晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，固溶體包圍著固溶體，不斷地消耗液相及而進(jìn)行，這一轉(zhuǎn)變直到和L剛好全部消耗完畢，全部轉(zhuǎn)變?yōu)椤ｋS著溫度的繼續(xù)下降，由于鉑(Pt)在中的溶解度隨溫度的下降而減少，不斷析出，所以D點(diǎn)成分合金的室溫組織為+ 。第五節(jié) 包晶相圖112二、平衡結(jié)晶過(guò)程二、平衡結(jié)晶過(guò)程 2、WAg 42.4%的合金：的合金：D點(diǎn)以右點(diǎn)以右 三、不平衡結(jié)晶與包晶偏析三、不平衡結(jié)晶與包晶偏析 包

34、晶偏析包晶偏析：包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻 的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。( (原因：原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行而形成的原因：原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行而形成的) ) 減少或消除辦法減少或消除辦法：擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火第五節(jié) 包晶相圖第六節(jié) 形成穩(wěn)定化合物的相圖 相圖中有一條代表相圖中有一條代表穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物的的垂直線垂直線（垂線的垂足代（垂線的垂足代表化合物的成分，頂點(diǎn)代表它的熔點(diǎn)）表化合物的成分，頂點(diǎn)代表它的熔點(diǎn)），可視為一個(gè)組元，可視為一個(gè)組元，把相圖分成幾部分來(lái)分析。把相圖分成幾部分來(lái)分析。垂直線垂直線(Mg(Mg2 2Si)Si)1600160012

35、001200 400 400 800 800 649 649L+MgL+MgL+ MgL+ Mg2Si iL+MgL+Mg2Si iMgMg2Si i+ +Si iL+L+Si i1414 C1.381.38638.8 638.8 C56.5946.7 CL1087 CMgMg2Si iMgMgSi i303050502020101070706060404080809090 穩(wěn)定化合物是具有一定熔點(diǎn)，而且在熔點(diǎn)以下都能保持其穩(wěn)定化合物是具有一定熔點(diǎn)，而且在熔點(diǎn)以下都能保持其本身結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解的金屬化合物。本身結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解的金屬化合物。第六節(jié) 形成穩(wěn)定化合物的相圖(1) 首先看相圖中是否存

36、在穩(wěn)定化合物首先看相圖中是否存在穩(wěn)定化合物，如存在的話，則以穩(wěn)定化合物為獨(dú)立組元，把相圖分成幾部分進(jìn)行分析。(2) 根據(jù)相區(qū)接觸法則區(qū)別各相區(qū)根據(jù)相區(qū)接觸法則區(qū)別各相區(qū)。相區(qū)接觸法則相區(qū)接觸法則是指相鄰相區(qū)的相數(shù)相差一個(gè)（點(diǎn)接觸情況除外），即兩個(gè)單相區(qū)之間必定有一個(gè)由這兩個(gè)相組成的兩相區(qū)，兩個(gè)兩相區(qū)之間必須以單相區(qū)或三相共存水平線隔開(kāi)。二元相圖分析方法：二元相圖分析方法：第六節(jié) 形成穩(wěn)定化合物的相圖(3) 找出三相共存水平線，分析這些恒溫轉(zhuǎn)變的類型。找出三相共存水平線，分析這些恒溫轉(zhuǎn)變的類型。 二元相圖的三相區(qū)是一條水平線，這條水平線必定與三個(gè)單相區(qū)以點(diǎn)接觸，三個(gè)點(diǎn)分別代表三個(gè)平衡相的成分。

37、三相平衡必然兩兩平衡，故三相平衡水平線必定與三個(gè)兩相區(qū)以線接觸。 如果在水平線上方有兩個(gè)兩相區(qū)，下方有一個(gè)兩相區(qū)，則屬共晶轉(zhuǎn)變，即由上方兩個(gè)兩相區(qū)的共有相生成下方兩相區(qū)的兩個(gè)相。 如果在水平線的上方有一個(gè)兩相區(qū)，下方有兩個(gè)兩相區(qū)，則屬包晶轉(zhuǎn)變，即由上方兩個(gè)相反應(yīng)生成下方兩個(gè)兩相區(qū)的共有相。二元相圖分析方法：二元相圖分析方法：幾種恒溫轉(zhuǎn)變的對(duì)比1、共晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變 + 分解反應(yīng)分解反應(yīng)L2、包晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變 合成反應(yīng)合成反應(yīng)L 3、共析轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變+ 分解反應(yīng)分解反應(yīng)共析轉(zhuǎn)變：具有一定成分的固相共析轉(zhuǎn)變：具有一定成分的固相()在一定溫度下分解為在一定溫度下分解為兩個(gè)成分一定的固相兩個(gè)成分一定的固相(、)具有三種恒溫轉(zhuǎn)變的相圖包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變(HJB水平線水平線)共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變(ECF水平線水平線)共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變(PSK水平線水平線)垂直線垂直線(Fe3C)Fe 06.69 Fe3CTemperature ( C)Temperature ( C)PSK0.77727 CECF4.32.111148 CHJBANGQD LC, wt%1495 C1538 C1394 C912 C第七節(jié) 合金