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文檔簡介
1、包晶相圖概述包晶相圖概述 有些合金當(dāng)凝固到一定溫度時,已結(jié)晶有些合金當(dāng)凝固到一定溫度時,已結(jié)晶出來的一定成分的出來的一定成分的固相固相與與剩余液相剩余液相(有確有確定成分定成分)發(fā)生反應(yīng)生成另一種固相的恒溫發(fā)生反應(yīng)生成另一種固相的恒溫轉(zhuǎn) 變 過 程 稱 為轉(zhuǎn) 變 過 程 稱 為 包 晶 轉(zhuǎn) 變 (包 晶 轉(zhuǎn) 變 ( pe r i t e c t i c reaction)。 兩組元在液態(tài)下無限互溶,固態(tài)下只能兩組元在液態(tài)下無限互溶,固態(tài)下只能部分互溶并具有包晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為部分互溶并具有包晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為二元二元包 晶 相 圖 (包 晶 相 圖 ( t h e p e r i t e c t
2、i c p h a s e diagram)。 具有包晶轉(zhuǎn)變的二元合金有:具有包晶轉(zhuǎn)變的二元合金有:CuSn、FeC、CuZn、AgSn、AgPt 。第1頁/共80頁P(yáng)t-Ag包晶相圖包晶相圖LLDP42.4第2頁/共80頁1. 1. 包晶相圖分析包晶相圖分析 相區(qū):相區(qū):三個單相區(qū)三個單相區(qū):L相區(qū)、相區(qū)、相區(qū)和相區(qū)和相區(qū);相區(qū);三個雙相區(qū)三個雙相區(qū):L+相區(qū)、相區(qū)、L+相區(qū)、相區(qū)、+相區(qū);相區(qū);一個三相區(qū):一個三相區(qū):三相共存于三相共存于DPC線線 L+線:線:固相線、液相線、水平線固相線、液相線、水平線(DPC)為為包晶轉(zhuǎn)變線,包晶轉(zhuǎn)變線, 包晶轉(zhuǎn)變線上的合金在該溫度下發(fā)生包包晶轉(zhuǎn)變線上
3、的合金在該溫度下發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變:晶轉(zhuǎn)變: LC+D =P第3頁/共80頁P(yáng)點(diǎn)為包晶反應(yīng)點(diǎn),在點(diǎn)為包晶反應(yīng)點(diǎn),在P點(diǎn)成分的合點(diǎn)成分的合金,可全部發(fā)生包晶反應(yīng),由液、固金,可全部發(fā)生包晶反應(yīng),由液、固兩相形成兩相形成相單相。相單相。所有的成分在所有的成分在DC范圍內(nèi)的合金在此范圍內(nèi)的合金在此溫度都將發(fā)生三相平衡的包晶轉(zhuǎn)變。溫度都將發(fā)生三相平衡的包晶轉(zhuǎn)變。 除除P點(diǎn)以外,在水平線上其他成分的點(diǎn)以外,在水平線上其他成分的合金包晶反應(yīng)不完全,除生成合金包晶反應(yīng)不完全,除生成相以相以外,外,P點(diǎn)以右合金有液相過剩,點(diǎn)以右合金有液相過剩,P點(diǎn)以點(diǎn)以左合金有左合金有相過剩。相過剩。 第4頁/共80頁LLDP12
4、42.42.包晶系合金的平衡凝固包晶系合金的平衡凝固(1) 包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)合金合金第5頁/共80頁在在01點(diǎn)溫度范圍,合金為液相。點(diǎn)溫度范圍,合金為液相。在在1點(diǎn)溫度,合金開始結(jié)晶出固相點(diǎn)溫度,合金開始結(jié)晶出固相。在在12點(diǎn)溫度范圍,合金發(fā)生勻晶點(diǎn)溫度范圍,合金發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變,L。在略高于在略高于2點(diǎn)溫度,合金處于液相點(diǎn)溫度,合金處于液相和和相的兩相平衡,液相的平衡成分相的兩相平衡,液相的平衡成分為為C點(diǎn)成分,點(diǎn)成分,相的成分為相的成分為D點(diǎn)成分。點(diǎn)成分。 第6頁/共80頁wLDPDC100% 42.4 10.566.310.5100% 57.3%wPCDC100% 66.3 4
5、2.466.310.5100% 42.7%兩平衡相的重量分別為:兩平衡相的重量分別為:在在2點(diǎn)溫度時,合金發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變,點(diǎn)溫度時,合金發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變,LC+DP,處于三相平衡。,處于三相平衡。第7頁/共80頁當(dāng)溫度略低于當(dāng)溫度略低于2點(diǎn)時,結(jié)晶終了。點(diǎn)時,結(jié)晶終了。液相和固相液相和固相全部消失全部消失,合金處于單,合金處于單相相狀態(tài)。狀態(tài)。 包晶轉(zhuǎn)變時,包晶轉(zhuǎn)變時,相一般是在相一般是在相相上形成一層外殼,把上形成一層外殼,把相包圍起來,相包圍起來,與與L相隔絕,然后通過原子向兩邊擴(kuò)相隔絕,然后通過原子向兩邊擴(kuò)散,消耗散,消耗相和相和L相而長大。相而長大。第8頁/共80頁第9頁/共80頁在低于在低
6、于2點(diǎn)溫度,從點(diǎn)溫度,從相中將析出次相中將析出次生相生相,。合金處于。合金處于和和兩相兩相平衡。隨著溫度下降,平衡。隨著溫度下降,相成分沿相成分沿PF線變化,線變化,相成分沿相成分沿DE線變化。兩線變化。兩平衡相的重量也隨之而變。平衡相的重量也隨之而變。 第10頁/共80頁發(fā)生包晶反應(yīng):發(fā)生包晶反應(yīng):LC+D =P為恒溫為恒溫反應(yīng)反應(yīng)結(jié)晶過程:結(jié)晶過程: LL+ 勻晶反應(yīng)包晶反應(yīng)脫溶轉(zhuǎn)勻晶反應(yīng)包晶反應(yīng)脫溶轉(zhuǎn)變變室溫組織:室溫組織:+ 包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)( (P)P)合金合金的平衡凝固的平衡凝固第11頁/共80頁包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)合金的室溫組織合金的室溫組織第12頁/共80頁(2) 包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)
7、(P)(P)以右合金以右合金I I的平衡凝固的平衡凝固LLDP12G123442.4第13頁/共80頁在在01點(diǎn)溫度范圍,合金為液相。點(diǎn)溫度范圍,合金為液相。在在1點(diǎn)溫度時,合金開始結(jié)晶,從點(diǎn)溫度時,合金開始結(jié)晶,從液相中結(jié)晶出固相液相中結(jié)晶出固相。在在12點(diǎn)溫度范圍,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,點(diǎn)溫度范圍,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,合金處于固液兩相平衡。合金處于固液兩相平衡。在略高于包晶轉(zhuǎn)變溫度時,合金處在略高于包晶轉(zhuǎn)變溫度時,合金處于于和液相兩相平衡。和液相兩相平衡。第14頁/共80頁兩平衡相的重量分別為:兩平衡相的重量分別為: %.%DCDP%DCDGwL357100100%.%DCPC%DCGCw7421001
8、00 顯然,包晶反應(yīng)中液相的相對顯然,包晶反應(yīng)中液相的相對量超出包晶反應(yīng)所需比例,量超出包晶反應(yīng)所需比例,包晶反包晶反應(yīng)后有液相剩余。應(yīng)后有液相剩余。第15頁/共80頁 因此,包晶轉(zhuǎn)變后,合金處于因此,包晶轉(zhuǎn)變后,合金處于L和和兩相平衡兩相平衡。繼續(xù)冷卻,在繼續(xù)冷卻,在23點(diǎn)溫度范圍,從點(diǎn)溫度范圍,從液相中結(jié)晶出液相中結(jié)晶出相,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,相,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,直至直至3點(diǎn)溫度時,液相全部消失。此點(diǎn)溫度時,液相全部消失。此時,合金處于單相時,合金處于單相狀態(tài)。狀態(tài)。 第16頁/共80頁以后,隨著溫度繼續(xù)下降,在以后,隨著溫度繼續(xù)下降,在4點(diǎn)點(diǎn)以下溫度范圍,從以下溫度范圍,從相中析出次生相相中析出
9、次生相,。此時,合金處于。此時,合金處于和和兩兩相平衡,直至室溫。相平衡,直至室溫。合金在室溫處于合金在室溫處于和和兩相平衡,兩相平衡,室溫組織為室溫組織為+。第17頁/共80頁(3) 包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)以右合金以右合金IIII的平衡凝固的平衡凝固LLDP1212342.4第18頁/共80頁在在01點(diǎn)溫度范圍,合金為液相。點(diǎn)溫度范圍,合金為液相。在在1點(diǎn)溫度時,合金開始結(jié)晶,從點(diǎn)溫度時,合金開始結(jié)晶,從液相中結(jié)晶出固相液相中結(jié)晶出固相 。在在12點(diǎn)溫度范圍,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,點(diǎn)溫度范圍,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,合金處于固液兩相平衡。合金處于固液兩相平衡。溫度達(dá)到溫度達(dá)到2點(diǎn),液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn),液相全部
10、轉(zhuǎn)變?yōu)?相,相,此時的組織為此時的組織為 單相組織。單相組織。第19頁/共80頁23點(diǎn)范圍內(nèi)合金不發(fā)生任何組織點(diǎn)范圍內(nèi)合金不發(fā)生任何組織轉(zhuǎn)變,仍為轉(zhuǎn)變,仍為 單相組織。單相組織。當(dāng)溫度達(dá)到當(dāng)溫度達(dá)到3點(diǎn)時,由點(diǎn)時,由 相開始脫溶相開始脫溶出出相相因此,室溫組織為:因此,室溫組織為: 第20頁/共80頁(4)包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)以右合金以右合金IIIIII的平衡凝固的平衡凝固LLDP121231242.4第21頁/共80頁室溫組織為:室溫組織為: 單相組織單相組織第22頁/共80頁(5) 包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)以左合金以左合金I I的平衡凝固的平衡凝固LLDP1212H42.4第23頁/共
11、80頁液態(tài)合金冷卻到液態(tài)合金冷卻到12點(diǎn)時,發(fā)生勻點(diǎn)時,發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變,液相中先結(jié)晶出初晶晶轉(zhuǎn)變,液相中先結(jié)晶出初晶相。相。 相成分沿相成分沿AD變化,液相成分沿變化,液相成分沿AC變化。變化。當(dāng)溫度達(dá)到當(dāng)溫度達(dá)到2點(diǎn)時,液相成分相當(dāng)點(diǎn)時,液相成分相當(dāng)于于C點(diǎn)成分,點(diǎn)成分, 相成分相當(dāng)于相成分相當(dāng)于D點(diǎn)成點(diǎn)成分,合金處于分,合金處于LC+D兩相平衡狀態(tài)。兩相平衡狀態(tài)。第24頁/共80頁兩平衡相的重量分別為:兩平衡相的重量分別為:%.%DCDP%DCDHwL357100100%.%DCPC%DCHCw742100100 顯然,包晶反應(yīng)中顯然,包晶反應(yīng)中相的相對量相的相對量超出包晶反應(yīng)所需比例,超出
12、包晶反應(yīng)所需比例,包晶反應(yīng)包晶反應(yīng)后有后有相剩余。相剩余。第25頁/共80頁因此,包晶轉(zhuǎn)變后,合金處于因此,包晶轉(zhuǎn)變后,合金處于和和兩相兩相平衡。平衡。溫度低于溫度低于2點(diǎn)時,開始分別從點(diǎn)時,開始分別從、兩相中兩相中脫溶出脫溶出 和和結(jié)晶過程:結(jié)晶過程:LL+L+ 勻晶反應(yīng)包晶反應(yīng)脫溶轉(zhuǎn)變勻晶反應(yīng)包晶反應(yīng)脫溶轉(zhuǎn)變 室溫組織:室溫組織:+ + 第26頁/共80頁(6)包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)以左其它合金以左其它合金的平衡凝固的平衡凝固LLDP1242.4第27頁/共80頁LLDP1242.4(6)包晶點(diǎn)包晶點(diǎn)(P)(P)以左其它合金以左其它合金的平衡凝固的平衡凝固第28頁/共80頁 在包晶轉(zhuǎn)變過
13、程中,在包晶轉(zhuǎn)變過程中,相是包圍在相是包圍在相的外面,通過消耗液相和相的外面,通過消耗液相和相而生相而生長。在這過程中,液相和長。在這過程中,液相和相的原子是相的原子是不能直接交換的,而必須通過在不能直接交換的,而必須通過在相中相中的擴(kuò)散來傳遞。的擴(kuò)散來傳遞。 原子在固相中的擴(kuò)散速度是很慢原子在固相中的擴(kuò)散速度是很慢的,所以,只有在平衡冷卻條件下,的,所以,只有在平衡冷卻條件下,也就是冷卻速度很慢的情況下,包晶也就是冷卻速度很慢的情況下,包晶轉(zhuǎn)變才能充分進(jìn)行。轉(zhuǎn)變才能充分進(jìn)行。3. 3. 包晶系合金的非平衡凝固包晶系合金的非平衡凝固第29頁/共80頁 在實(shí)際生產(chǎn)的條件下,由于冷卻速在實(shí)際生產(chǎn)的
14、條件下,由于冷卻速度較快,包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行,因而度較快,包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行,因而通常達(dá)不到平衡狀態(tài)。通常達(dá)不到平衡狀態(tài)。 對于成分為對于成分為PC范圍的合金,在平范圍的合金,在平衡冷卻條件下,包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中不存在衡冷卻條件下,包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中不存在相。相。 但是,在非平衡冷卻條件下,由于但是,在非平衡冷卻條件下,由于包晶轉(zhuǎn)變不完全,使得包圍在包晶轉(zhuǎn)變不完全,使得包圍在相中的相中的相在包晶轉(zhuǎn)變后仍有殘留,通常把這相在包晶轉(zhuǎn)變后仍有殘留,通常把這種組織稱為種組織稱為核心(或包心)組織核心(或包心)組織。 第30頁/共80頁LLDP1242.4第31頁/共80頁 另外,在含另外,在含Ag低于低于
15、D點(diǎn)的合金,在平衡點(diǎn)的合金,在平衡冷卻條件下不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。冷卻條件下不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。 但在非平衡條件下,由于擴(kuò)散受抑制,但在非平衡條件下,由于擴(kuò)散受抑制,初晶初晶相出現(xiàn)枝晶偏析,固相線平均成分發(fā)相出現(xiàn)枝晶偏析,固相線平均成分發(fā)生偏移(如圖中的虛線所示)。生偏移(如圖中的虛線所示)。 這樣,在包晶轉(zhuǎn)變溫度時,仍有液相存這樣,在包晶轉(zhuǎn)變溫度時,仍有液相存在,從而發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變,形成在,從而發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變,形成相。相。 包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的非平衡組織可以通過擴(kuò)包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的非平衡組織可以通過擴(kuò)散退火來消除。散退火來消除。第32頁/共80頁第33頁/共80頁4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 包晶
16、轉(zhuǎn)變有兩個顯著特點(diǎn):包晶轉(zhuǎn)變有兩個顯著特點(diǎn):一是一是包晶轉(zhuǎn)變的形成相依附在初晶包晶轉(zhuǎn)變的形成相依附在初晶相上形成;相上形成;二是二是包晶轉(zhuǎn)變的不完全性。包晶轉(zhuǎn)變的不完全性。 根據(jù)這兩個特點(diǎn),在工業(yè)上可根據(jù)這兩個特點(diǎn),在工業(yè)上可有下述應(yīng)用。有下述應(yīng)用。(1). 在軸承合金中的應(yīng)用在軸承合金中的應(yīng)用 (2). 包晶轉(zhuǎn)變的細(xì)化晶粒作用包晶轉(zhuǎn)變的細(xì)化晶粒作用 第34頁/共80頁4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 (1). 在軸承合金中的應(yīng)用在軸承合金中的應(yīng)用 滑動軸承是一種重要的機(jī)器零件?;瑒虞S承是一種重要的機(jī)器零件。由于價格昂貴,更換困難,所以希望由于價格昂貴,更換困難,所以希望軸在工作
17、中所受的磨損最小。軸在工作中所受的磨損最小。為此,希望軸承材料的組織由具有為此,希望軸承材料的組織由具有足夠塑性和韌性的基體及均勻分布的足夠塑性和韌性的基體及均勻分布的硬質(zhì)點(diǎn)所組成。硬質(zhì)點(diǎn)所組成。第35頁/共80頁4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 這些硬質(zhì)點(diǎn)一般是金屬化合物,這些硬質(zhì)點(diǎn)一般是金屬化合物,所占的重量為所占的重量為5%50%。 軟的基體使軸承具有良好的磨合軟的基體使軸承具有良好的磨合性,不會因受沖擊而開裂。性,不會因受沖擊而開裂。 硬的質(zhì)點(diǎn)使軸承具有小的摩擦系硬的質(zhì)點(diǎn)使軸承具有小的摩擦系數(shù)和抗咬合性能。數(shù)和抗咬合性能。 第36頁/共80頁4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、包
18、晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 第37頁/共80頁4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 這些合金先結(jié)晶出硬的化合物這些合金先結(jié)晶出硬的化合物,然,然后通過包晶反應(yīng)形成軟的固溶體后通過包晶反應(yīng)形成軟的固溶體,并把,并把硬的化合物質(zhì)點(diǎn)包圍起來,從而得到在硬的化合物質(zhì)點(diǎn)包圍起來,從而得到在軟的基體上分布著硬的化合物質(zhì)點(diǎn)的組軟的基體上分布著硬的化合物質(zhì)點(diǎn)的組織。織。 在軸運(yùn)轉(zhuǎn)時,軟的基體很快被磨損在軸運(yùn)轉(zhuǎn)時,軟的基體很快被磨損而凹下去,貯存潤滑油,硬的質(zhì)點(diǎn)比較而凹下去,貯存潤滑油,硬的質(zhì)點(diǎn)比較抗磨便凸起來,支承軸所施加的壓力,抗磨便凸起來,支承軸所施加的壓力,這樣就可保證了理想的磨擦條件和極低這樣就可保證
19、了理想的磨擦條件和極低的磨擦系數(shù)。的磨擦系數(shù)。 Sn-Sb系軸承合金就屬此系軸承合金就屬此例例。 第38頁/共80頁Sn-Sb軸承合金平衡組織其中,其中,相呈黑色,相呈黑色,是包晶反應(yīng)的產(chǎn)物。是包晶反應(yīng)的產(chǎn)物。呈白色的點(diǎn)狀,呈白色的點(diǎn)狀,由由相產(chǎn)生相產(chǎn)生如圖是如圖是Sn-Sb(Sb20%)合金的平衡組)合金的平衡組織。圖中的白色塊狀組織是初生織。圖中的白色塊狀組織是初生相,相,相是以相是以Sn-Sb化合物為基的固溶體?;衔餅榛墓倘荏w?;w組織是基體組織是+ 。第39頁/共80頁(2). 包晶轉(zhuǎn)變的細(xì)化晶粒作用包晶轉(zhuǎn)變的細(xì)化晶粒作用4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 在鋁及鋁合金
20、中添加少量的鈦,可獲得顯著在鋁及鋁合金中添加少量的鈦,可獲得顯著的細(xì)化晶粒效果。的細(xì)化晶粒效果。當(dāng)含鈦量超過當(dāng)含鈦量超過0.15% 以后,合金首先從液體以后,合金首先從液體中結(jié)晶出初晶中結(jié)晶出初晶TiAl3,然后在,然后在665發(fā)生包晶轉(zhuǎn)發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變:變:L+TiAl3。TiAl3對對相起非均勻形核作相起非均勻形核作用,用,相依附于相依附于TiAl3上形核并長大。由于從液上形核并長大。由于從液體中結(jié)晶出的體中結(jié)晶出的TiAl3細(xì)小而彌散,其非均勻形細(xì)小而彌散,其非均勻形核作用的效果很好,細(xì)化晶粒作用顯著。核作用的效果很好,細(xì)化晶粒作用顯著。第40頁/共80頁 TiAl3對對相起非均勻形核作用,
21、相起非均勻形核作用,相依附于相依附于TiAl3上形上形核并長大。由于從液體中結(jié)晶出的核并長大。由于從液體中結(jié)晶出的TiAl3細(xì)小而彌散,其非細(xì)小而彌散,其非均勻形核作用的效果很好,細(xì)化晶粒作用顯著均勻形核作用的效果很好,細(xì)化晶粒作用顯著.第41頁/共80頁 同樣,在銅及銅合金中加入少量的同樣,在銅及銅合金中加入少量的鐵與鎂。鐵與鎂。 在鎂合金中加入少量的鋯或鋯的鹽在鎂合金中加入少量的鋯或鋯的鹽類,均因在包晶轉(zhuǎn)變前形成大量細(xì)小的類,均因在包晶轉(zhuǎn)變前形成大量細(xì)小的化合物,起非均勻形核作用,從而具有化合物,起非均勻形核作用,從而具有良好的細(xì)化晶粒效果。良好的細(xì)化晶粒效果。4 4、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用、
22、包晶轉(zhuǎn)變的實(shí)際應(yīng)用 第42頁/共80頁溶混間隙相圖與調(diào)幅分解溶混間隙相圖與調(diào)幅分解 溶混間隙(溶混間隙(miscibility gapmiscibility gap)是兩種液相或兩種固溶體不相混溶的現(xiàn)象。它可以出是兩種液相或兩種固溶體不相混溶的現(xiàn)象。它可以出現(xiàn)在單相的液相中,也可以出現(xiàn)在單一固溶體區(qū)內(nèi)?,F(xiàn)在單相的液相中,也可以出現(xiàn)在單一固溶體區(qū)內(nèi)。 LL LL1 1+L+L2 2 1 1 + +2 2 轉(zhuǎn)變方式有二種:轉(zhuǎn)變方式有二種: (1) (1) 形核長大方式,需要克服形核能壘,形核長大方式,需要克服形核能壘, (2) (2) 沒有形核階段的不穩(wěn)定分解,稱為沒有形核階段的不穩(wěn)定分解,稱為調(diào)
23、幅分解調(diào)幅分解。 第43頁/共80頁. . 其他類型的二元相圖其他類型的二元相圖 1. 1. 具有化合物的二元相圖具有化合物的二元相圖 2. 2. 具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖 3. 3. 具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖 4. 4. 具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖 5. 5. 具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元相圖具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元相圖第44頁/共80頁1. 1. 具有化合物的二元相圖具有化合物的二元相圖 在某些二元系中,可形成一個或多個化合物,化合物在某些二元系中,可形成一個或多個化合物,化合物一 般 處 于 相 圖 的 中 間 位 置 , 又 稱 為一 般 處 于 相 圖 的 中 間
24、位 置 , 又 稱 為 中 間 相中 間 相(intermediate phase)。根據(jù)兩組元間形成化合物。根據(jù)兩組元間形成化合物的穩(wěn)定性,可分為穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物。的穩(wěn)定性,可分為穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物。(1). 形成穩(wěn)定化合物的相圖形成穩(wěn)定化合物的相圖 穩(wěn)定化合物是指具有固定的熔點(diǎn),且在熔點(diǎn)以下保穩(wěn)定化合物是指具有固定的熔點(diǎn),且在熔點(diǎn)以下保持固有結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解的化合物。持固有結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解的化合物。 相圖特征:相圖特征:a.沒有溶解度的化合物在相圖上表現(xiàn)為沒有溶解度的化合物在相圖上表現(xiàn)為一條垂線,可以把它作為一個獨(dú)立的組元而把相圖分一條垂線,可以把它作為一個獨(dú)立的組元而把相圖
25、分為兩部分,該類化合物成分是固定的。為兩部分,該類化合物成分是固定的。b.有一定的溶有一定的溶解度,化合物有一定的成分范圍解度,化合物有一定的成分范圍 形成穩(wěn)定化合物的二元相圖有:形成穩(wěn)定化合物的二元相圖有:MgSi、CuTi、FeP、MgCu、AgSr、Na2SiO3SiO2、BeOAl2O3、SiO2MgO 第45頁/共80頁形成穩(wěn)定化合物的相圖形成穩(wěn)定化合物的相圖第46頁/共80頁Mg-Si相圖相圖第47頁/共80頁CdSb相圖第48頁/共80頁(2). (2). 形成不穩(wěn)定化合物的相圖形成不穩(wěn)定化合物的相圖 不穩(wěn)定化合物是指在加熱到一定不穩(wěn)定化合物是指在加熱到一定溫度時會發(fā)生分解的化合
26、物。溫度時會發(fā)生分解的化合物。 相圖特征:化合物線在加熱到一相圖特征:化合物線在加熱到一定溫度化合物會分解。定溫度化合物會分解。 包晶反應(yīng)所形成的中間相均屬于包晶反應(yīng)所形成的中間相均屬于不穩(wěn)定化合物。它們不能視為獨(dú)立不穩(wěn)定化合物。它們不能視為獨(dú)立組元而把相圖劃分為簡單相圖。組元而把相圖劃分為簡單相圖。 例如:例如:K KNaNa相圖相圖 第49頁/共80頁形成不穩(wěn)定化合物的相圖形成不穩(wěn)定化合物的相圖第50頁/共80頁K-Na相圖相圖第51頁/共80頁2. 2. 具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖 偏晶轉(zhuǎn)變偏晶轉(zhuǎn)變相圖特點(diǎn):在一定的成分和溫相圖特點(diǎn):在一定的成分和溫度范圍內(nèi),兩組元在液態(tài)下也只
27、能有限溶度范圍內(nèi),兩組元在液態(tài)下也只能有限溶解,存在兩種不同濃度的液相解,存在兩種不同濃度的液相L1和和L2。 其轉(zhuǎn)變:是在一定溫度下從一個液相中其轉(zhuǎn)變:是在一定溫度下從一個液相中同時分解出一個固相和另一成分的液相的同時分解出一個固相和另一成分的液相的過程,且固相的相對量總是偏多。過程,且固相的相對量總是偏多。 即:即:L1 A+L2 具有偏晶轉(zhuǎn)變的二元系有:具有偏晶轉(zhuǎn)變的二元系有:CuS、CuO、MnP 第52頁/共80頁具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖第53頁/共80頁3. 3. 具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖 合晶轉(zhuǎn)變(合晶轉(zhuǎn)變(syntectic reaction)相相圖特點(diǎn)
28、:二元組在液態(tài)下有限溶解,圖特點(diǎn):二元組在液態(tài)下有限溶解,存在不熔合線,不熔合線以下的兩液存在不熔合線,不熔合線以下的兩液相相L1和和L2。 其轉(zhuǎn)變:在恒定溫度下,兩個成分其轉(zhuǎn)變:在恒定溫度下,兩個成分不同的液相和相互作用形成一個固相不同的液相和相互作用形成一個固相的轉(zhuǎn)變稱為合金轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變稱為合金轉(zhuǎn)變。 即即 L1+L2 具有偏晶轉(zhuǎn)變的二元系如:具有偏晶轉(zhuǎn)變的二元系如:NaZn第54頁/共80頁具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖第55頁/共80頁4. 4. 具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖 在某些合金結(jié)晶過程中,當(dāng)達(dá)到一定在某些合金結(jié)晶過程中,當(dāng)達(dá)到一定溫度會從一個固相分解為一個液相和
29、溫度會從一個固相分解為一個液相和另一個固相,即發(fā)生了固相的再熔現(xiàn)另一個固相,即發(fā)生了固相的再熔現(xiàn)象 , 這 種 轉(zhuǎn) 變 稱 為象 , 這 種 轉(zhuǎn) 變 稱 為 熔 晶 轉(zhuǎn) 變?nèi)?晶 轉(zhuǎn) 變(metatectic reactionmetatectic reaction)。即:。即: L+L+ 具有熔晶轉(zhuǎn)變的合金很少,如具有熔晶轉(zhuǎn)變的合金很少,如FeFeS S、CuCuSb Sb 第56頁/共80頁具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖第57頁/共80頁5.5.具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元相圖具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元相圖 當(dāng)合金中組元具有同素當(dāng)合金中組元具有同素( (分分) )異構(gòu)變時,則異構(gòu)變時,則其固溶體會出現(xiàn)三
30、種情況:固溶體的多晶型其固溶體會出現(xiàn)三種情況:固溶體的多晶型轉(zhuǎn) 變 , 共 析 轉(zhuǎn) 變 、 包 析 轉(zhuǎn) 變 、轉(zhuǎn) 變 , 共 析 轉(zhuǎn) 變 、 包 析 轉(zhuǎn) 變 、 偏 析 轉(zhuǎn) 變偏 析 轉(zhuǎn) 變(monotectoid reactionmonotectoid reaction)。(1) (1) 具有固溶體多晶型轉(zhuǎn)變的相圖具有固溶體多晶型轉(zhuǎn)變的相圖 固溶體的多晶型轉(zhuǎn)變又稱為多形性轉(zhuǎn)變。固溶體的多晶型轉(zhuǎn)變又稱為多形性轉(zhuǎn)變。具有這類轉(zhuǎn)變的合金有等,如具有這類轉(zhuǎn)變的合金有等,如FeFeC C、FeFeTiTi合金合金第58頁/共80頁具有固溶體多晶型轉(zhuǎn)變的相圖具有固溶體多晶型轉(zhuǎn)變的相圖第59頁/共80頁(
31、2) (2) 具有共析轉(zhuǎn)變的相圖具有共析轉(zhuǎn)變的相圖 共析轉(zhuǎn)變(共析轉(zhuǎn)變(eutectoid reactioneutectoid reaction)是在是在一定溫度下一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)榱韮蓚€固相的過一定溫度下一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)榱韮蓚€固相的過程。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變相似,區(qū)別在于它程。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變相似,區(qū)別在于它是由一個固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨蓚€固相。是由一個固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨蓚€固相。共析轉(zhuǎn)變對熱處理強(qiáng)化意義很大。鋼的熱處共析轉(zhuǎn)變對熱處理強(qiáng)化意義很大。鋼的熱處理是以共析轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的。理是以共析轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的。 共析合金(共析合金(eutectoid alloyeutectoid alloy)、亞共
32、)、亞共析合金(析合金(hypoeutectoid alloyhypoeutectoid alloy)、過共析)、過共析合金(合金(hypereutectoid alloyhypereutectoid alloy)第60頁/共80頁具有共析轉(zhuǎn)變的相圖具有共析轉(zhuǎn)變的相圖第61頁/共80頁(3)(3)具有包析轉(zhuǎn)變的相圖具有包析轉(zhuǎn)變的相圖 包析轉(zhuǎn)變(包析轉(zhuǎn)變(peritectoid reactionperitectoid reaction)類似類似于包晶轉(zhuǎn)變,區(qū)別在于包析轉(zhuǎn)變是由兩個固于包晶轉(zhuǎn)變,區(qū)別在于包析轉(zhuǎn)變是由兩個固相反應(yīng)生成另外一個固相。相反應(yīng)生成另外一個固相。(4)(4)具有脫溶沉淀過程的
33、相圖具有脫溶沉淀過程的相圖 隨著溫度降低固溶體中溶解度下降,析出隨著溫度降低固溶體中溶解度下降,析出第二相的過程,稱為脫溶過程。第二相的過程,稱為脫溶過程。(5)(5)具有有序具有有序無序轉(zhuǎn)變的相圖無序轉(zhuǎn)變的相圖(6)(6)具有固溶體形成中間相轉(zhuǎn)變的相圖具有固溶體形成中間相轉(zhuǎn)變的相圖(7)(7)具有磁性轉(zhuǎn)變的相圖具有磁性轉(zhuǎn)變的相圖第62頁/共80頁包析轉(zhuǎn)變的相圖包析轉(zhuǎn)變的相圖第63頁/共80頁具有單析反應(yīng)的相圖具有單析反應(yīng)的相圖第64頁/共80頁復(fù)雜二元相圖的分析方法復(fù)雜二元相圖的分析方法 步驟和方法如下:步驟和方法如下: (1) (1) 首先看相圖中是否存在化合物,如有穩(wěn)定化合物,首先看相圖
34、中是否存在化合物,如有穩(wěn)定化合物,則以這些穩(wěn)定化合物為界則以這些穩(wěn)定化合物為界( (把化合物視為組元把化合物視為組元) ),把相,把相圖分成幾個區(qū)域圖分成幾個區(qū)域( (基本相圖基本相圖) )進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。(2) (2) 根據(jù)相區(qū)接觸法則,認(rèn)清各相區(qū)的組成相。根據(jù)相區(qū)接觸法則,認(rèn)清各相區(qū)的組成相。單相區(qū)和單相區(qū)只能有一個點(diǎn)接觸,而不應(yīng)有一條邊界線。單相區(qū)和單相區(qū)只能有一個點(diǎn)接觸,而不應(yīng)有一條邊界線。相鄰相區(qū)的相數(shù)相差為相鄰相區(qū)的相數(shù)相差為1(1(點(diǎn)接觸除外點(diǎn)接觸除外) ),單相區(qū)與兩相區(qū)相鄰,單相區(qū)與兩相區(qū)相鄰,因而鄰近的兩個單相區(qū)被一個兩相區(qū)隔開,兩相區(qū)與三相相因而鄰近的兩個單相區(qū)被一個
35、兩相區(qū)隔開,兩相區(qū)與三相相鄰。鄰。一個三相反應(yīng)的水平線和三個兩相區(qū)相遇,共有一個三相反應(yīng)的水平線和三個兩相區(qū)相遇,共有6 6條邊界線。條邊界線。 如兩個三相反應(yīng)中有兩個共同的相,則此兩個共同的相組成如兩個三相反應(yīng)中有兩個共同的相,則此兩個共同的相組成兩個三相水平線之間的兩相區(qū)。兩個三相水平線之間的兩相區(qū)。根據(jù)熱力學(xué),所有兩相區(qū)的邊界線不應(yīng)延伸到單相區(qū),而應(yīng)根據(jù)熱力學(xué),所有兩相區(qū)的邊界線不應(yīng)延伸到單相區(qū),而應(yīng)伸向兩相區(qū)。伸向兩相區(qū)。 第65頁/共80頁 (3)(3)找出所有的三相共存水平線,分析這些恒溫轉(zhuǎn)變的類型,寫出轉(zhuǎn)變式。找出所有的三相共存水平線,分析這些恒溫轉(zhuǎn)變的類型,寫出轉(zhuǎn)變式。表表7.
36、17.1(或講義(或講義P4P44141)列出了二元系各類三相恒溫反應(yīng))列出了二元系各類三相恒溫反應(yīng)( (轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變) )的類型,可借助于分析。的類型,可借助于分析。 (4) (4)應(yīng)用相圖分析典型合金的組晶過程和組織變化規(guī)律。應(yīng)用相圖分析典型合金的組晶過程和組織變化規(guī)律。 單相區(qū);相成分、質(zhì)量與原合金相同。單相區(qū);相成分、質(zhì)量與原合金相同。 雙相區(qū);在不同溫度下兩相成分沿相界線變化,各相的相對量可由杠桿法則求得。雙相區(qū);在不同溫度下兩相成分沿相界線變化,各相的相對量可由杠桿法則求得。 三相共存三相共存( (平衡平衡) )時,三個相的成分固定不變,可用杠桿法則求出恒溫轉(zhuǎn)變前、后相組成時,三個相的
37、成分固定不變,可用杠桿法則求出恒溫轉(zhuǎn)變前、后相組成的相對量。的相對量。第66頁/共80頁 (5)(5)在應(yīng)用相圖分析實(shí)際情況時,切記相圖只給出體系在平衡條件下存在的相和相在應(yīng)用相圖分析實(shí)際情況時,切記相圖只給出體系在平衡條件下存在的相和相對量,并不能表達(dá)出相的形狀、大小和分布(這些只取決于相的本性及形成條件);相圖對量,并不能表達(dá)出相的形狀、大小和分布(這些只取決于相的本性及形成條件);相圖只表示平衡狀態(tài)的情況,而實(shí)際生產(chǎn)條件下很難達(dá)到平衡狀態(tài),因此要特別重視它們的非只表示平衡狀態(tài)的情況,而實(shí)際生產(chǎn)條件下很難達(dá)到平衡狀態(tài),因此要特別重視它們的非平衡條件下可能出現(xiàn)的相和組織。平衡條件下可能出現(xiàn)的
38、相和組織。 (6)(6)相圖的正確與否可用相律來判斷。相圖的正確與否可用相律來判斷。 在分析和認(rèn)識了相圖中的相、相區(qū)及相變線的特點(diǎn)之后,就可分析具體合金隨溫度改變在分析和認(rèn)識了相圖中的相、相區(qū)及相變線的特點(diǎn)之后,就可分析具體合金隨溫度改變而發(fā)生的相變及組織變化而發(fā)生的相變及組織變化。第67頁/共80頁根據(jù)相圖推測合金的性能根據(jù)相圖推測合金的性能 合金的性能取決于合金的組織,而合金的性能取決于合金的組織,而合金組織與相圖有關(guān),所以可根據(jù)相合金組織與相圖有關(guān),所以可根據(jù)相圖預(yù)測合金平衡狀態(tài)下的一些性能。圖預(yù)測合金平衡狀態(tài)下的一些性能。 包括:包括:使用性能(力學(xué)性能、物理性能等)使用性能(力學(xué)性能
39、、物理性能等)工藝性能(合金的鑄造工藝性能(合金的鑄造 、壓力加、壓力加工工 、切削加工、切削加工 、熱處理強(qiáng)化性能)、熱處理強(qiáng)化性能)第68頁/共80頁1.1.使用性能使用性能( (力學(xué)、物理性能力學(xué)、物理性能) ) 一般形成兩相機(jī)械混合物的合金,其性一般形成兩相機(jī)械混合物的合金,其性能是各相性能的平均值,即性能與成分呈能是各相性能的平均值,即性能與成分呈線性關(guān)系;形成固溶體合金時,其性能與線性關(guān)系;形成固溶體合金時,其性能與成分呈曲線關(guān)系;形成穩(wěn)定化合物時,其成分呈曲線關(guān)系;形成穩(wěn)定化合物時,其性能在曲線上出現(xiàn)奇點(diǎn)。性能在曲線上出現(xiàn)奇點(diǎn)。 固溶體合金中溶質(zhì)原子溶使使溶劑晶固溶體合金中溶質(zhì)原
40、子溶使使溶劑晶格發(fā)生變化格發(fā)生變化( (畸變畸變) ),使固溶體強(qiáng)度、硬度,使固溶體強(qiáng)度、硬度升高,而塑性降低,這一現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)升高,而塑性降低,這一現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是提高合金強(qiáng)度的方法之一,化。固溶強(qiáng)化是提高合金強(qiáng)度的方法之一,在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。 第69頁/共80頁共晶相圖與硬度和強(qiáng)度的關(guān)系固溶體合金與強(qiáng)度和硬度的關(guān)系第70頁/共80頁相圖與使用性能的關(guān)系相圖與使用性能的關(guān)系第71頁/共80頁相圖與工藝性能的關(guān)系相圖與工藝性能的關(guān)系第72頁/共80頁2.2.判斷合金的工藝性能判斷合金的工藝性能 合金的工藝性能與相圖也有一定的關(guān)系。合金的工藝性能與相圖也有一定的關(guān)系。(1)(1) 合金鑄造性能:合金鑄造性能:由于共晶合金熔點(diǎn)低,并且是恒溫由于共晶合金熔點(diǎn)低,并且是恒溫轉(zhuǎn)變,溶液流動性好,凝固后容易形成集中縮孔,轉(zhuǎn)變,溶液流動性好,凝固后容易形成集中縮孔,合金較為致密。因此鑄造合金宜選擇在接近共晶成合金較為致密。因此鑄造合金宜選擇在接近共晶成分的合金
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