金屬學(xué)第四章 二元合金相圖

1、1.合金的相結(jié)構(gòu) 2.二元合金相圖的建立3.幾種典型二元合金相圖4.相圖與合金性能之間的關(guān)系第第4 4章章 合金的相結(jié)構(gòu)和相圖合金的相結(jié)構(gòu)和相圖在相圖中，任意一點(diǎn)在相圖中，任意一點(diǎn)都叫都叫“表象點(diǎn)表象點(diǎn)”。一個(gè)表象點(diǎn)的坐標(biāo)值一個(gè)表象點(diǎn)的坐標(biāo)值反映一個(gè)給定合金的反映一個(gè)給定合金的成分和溫度。成分和溫度。在相圖中，由表象點(diǎn)所在的相區(qū)可以判定在該溫在相圖中，由表象點(diǎn)所在的相區(qū)可以判定在該溫度下合金由哪些相組成。度下合金由哪些相組成。二元合金在兩相共存時(shí)，兩個(gè)相的成分可由過(guò)表二元合金在兩相共存時(shí)，兩個(gè)相的成分可由過(guò)表象點(diǎn)的水平線與相界線的交點(diǎn)確定。象點(diǎn)的水平線與相界線的交點(diǎn)確定。建立相圖的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確

2、地測(cè)出各成分合金的相建立相圖的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確地測(cè)出各成分合金的相變臨界點(diǎn)（臨界溫度）。變臨界點(diǎn)（臨界溫度）。臨界點(diǎn)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點(diǎn)。臨界點(diǎn)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點(diǎn)。測(cè)臨界點(diǎn)的方法通常有熱分析法、硬度法、金相測(cè)臨界點(diǎn)的方法通常有熱分析法、硬度法、金相分析、分析、X射線結(jié)構(gòu)分析、磁性法、膨脹法、電阻射線結(jié)構(gòu)分析、磁性法、膨脹法、電阻法等。法等。由于合金凝固時(shí)的結(jié)晶潛熱較大，結(jié)晶時(shí)冷卻曲由于合金凝固時(shí)的結(jié)晶潛熱較大，結(jié)晶時(shí)冷卻曲線上的轉(zhuǎn)折比較明顯，因此常用熱分析法來(lái)測(cè)合線上的轉(zhuǎn)折比較明顯，因此常用熱分析法來(lái)測(cè)合金的結(jié)晶溫度，即測(cè)液相線、固相線。金的結(jié)晶溫度，即測(cè)液相線、固相

3、線。相圖的建立熱分析法 利用合金在轉(zhuǎn)變時(shí)伴有熱學(xué)性能變化的特性，通利用合金在轉(zhuǎn)變時(shí)伴有熱學(xué)性能變化的特性，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)溫度的變化來(lái)得到臨界溫度，從而建立起過(guò)測(cè)量系統(tǒng)溫度的變化來(lái)得到臨界溫度，從而建立起相圖。相圖。熱分析法建立二元合金相圖的步驟將給定兩組元配制成一系列不同成分的合金；將給定兩組元配制成一系列不同成分的合金；將它們分別熔化后在緩慢冷卻的條件下，分別測(cè)出它將它們分別熔化后在緩慢冷卻的條件下，分別測(cè)出它們的冷卻曲線；們的冷卻曲線；找出各冷卻曲線上的相變臨界點(diǎn)（曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）找出各冷卻曲線上的相變臨界點(diǎn)（曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)）；將各臨界點(diǎn)注在溫度將各臨界點(diǎn)注在溫度成分坐標(biāo)中相應(yīng)的合金成分成分

4、坐標(biāo)中相應(yīng)的合金成分線上；線上；連接具有相同意義的各臨界點(diǎn)，并作出相應(yīng)的曲線；連接具有相同意義的各臨界點(diǎn)，并作出相應(yīng)的曲線；用相分析法測(cè)出相圖中各相區(qū)（由上述曲線所圍成的用相分析法測(cè)出相圖中各相區(qū)（由上述曲線所圍成的區(qū)間）所含的相，將它們的名稱填入相應(yīng)的相區(qū)內(nèi)，區(qū)間）所含的相，將它們的名稱填入相應(yīng)的相區(qū)內(nèi)，即得到一張完整的相圖。即得到一張完整的相圖。 由液相結(jié)晶出單相固由液相結(jié)晶出單相固溶體的過(guò)程稱為勻晶溶體的過(guò)程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 兩組元在液態(tài)無(wú)限溶兩組元在液態(tài)無(wú)限溶解，在固態(tài)無(wú)限固溶解，在固態(tài)無(wú)限固溶，并且發(fā)生勻晶反應(yīng)，并且發(fā)生勻晶反應(yīng)的相圖，稱為勻晶相的相圖，稱為勻晶相圖。圖。L相圖分

5、析TbTa4.3.14.3.1勻晶相圖勻晶相圖相圖相圖（平衡圖、狀態(tài)圖）（平衡圖、狀態(tài)圖）平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。 CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 銅-鎳合金勻晶相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 純銅純銅熔點(diǎn)熔點(diǎn)純鎳純鎳熔點(diǎn)熔點(diǎn)液相線液相線固相線固相線液相區(qū)液相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)勻晶合金的結(jié)晶過(guò)程勻晶合金的結(jié)晶過(guò)程abcdT,CtL L

6、 L勻晶轉(zhuǎn)變 L 冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 勻晶合金與純金屬不同，它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，勻晶合金與純金屬不同，它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。杠桿定律杠桿定律CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 12acba1b1c1T1T21. 1. 在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度，應(yīng)每一確定的溫度，兩相的成分是確定的。兩相的成分是確定的。2. 2. 隨著

7、溫度的降低，隨著溫度的降低，兩相的成分分別沿液兩相的成分分別沿液相線和固相線變化。相線和固相線變化。杠桿定律杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠桿定律推論：杠桿定律推論：在兩在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度T1T1時(shí)兩相在合金時(shí)兩相在合金b b中的相中的相對(duì)質(zhì)量各為對(duì)質(zhì)量各為Q QL L/Q/QH H=b=b1 1c c1 1/a/a1 1c c1 1Q Q /Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1- =1- Q QL L/Q/QH H例：求例：求30%30%NiNi合金在合金在1280 128

8、0 時(shí)時(shí) 相的相對(duì)量相的相對(duì)量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分線和溫度線如圖。6618根據(jù)杠桿定律推論， Q Q / / Q QH H = = a a1 1b b1 1 /a/a1 1c c1 1 =12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 時(shí)相的相對(duì)質(zhì)量為1/4。4.3.224.3.22共晶相圖共晶相圖PbSnSn%T, C鉛-錫合金共晶相圖液相線液相線L固相線固相線 + L + L + 固溶線固溶線 固溶線固溶線共晶轉(zhuǎn)變分析共晶轉(zhuǎn)變分析PbSnT

9、, CL + L + L + 共晶反應(yīng)線共晶反應(yīng)線表示從表示從c點(diǎn)到點(diǎn)到e點(diǎn)點(diǎn)范圍的合金，在范圍的合金，在該溫度上都要發(fā)該溫度上都要發(fā)生不同程度上的生不同程度上的共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)表示表示d點(diǎn)成分的合點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。晶轉(zhuǎn)變。dLd c + e共晶反應(yīng)要點(diǎn)共晶反應(yīng)要點(diǎn)PbSnT, CL + L + L + 183ced 共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。 轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相。轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相。 存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)。在該點(diǎn)凝固溫度最低。存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)。在該

10、點(diǎn)凝固溫度最低。 成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。X1合金結(jié)晶過(guò)程分析合金結(jié)晶過(guò)程分析cefgX1T, CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183cedX1合金結(jié)晶特點(diǎn)合金結(jié)晶特點(diǎn)T, CtL L LL+ 冷卻曲線冷卻曲線 + 1.沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程，沒(méi)有共晶反應(yīng)過(guò)程，而是經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)形成而是經(jīng)過(guò)勻晶反應(yīng)形成單相單相 固相。固相。2.要經(jīng)過(guò)脫溶反應(yīng)，要經(jīng)過(guò)脫溶反應(yīng)，室溫室溫 組織組成物組織組成物為為 + 組織組成物組織組成物組織中，由一定的相構(gòu)成的，具有一定形態(tài)特征的組成部分。X2合金結(jié)晶過(guò)程分

11、析合金結(jié)晶過(guò)程分析（共晶合金共晶合金）X2T, CtL( + )L( + )LL( + ) 共晶體共晶體冷卻曲線冷卻曲線( + )PbSnT, CL + L + L + 183cedX3合金結(jié)晶過(guò)程分析合金結(jié)晶過(guò)程分析（亞共晶合金亞共晶合金）X3T, CtLL+ ( + )+ + 12( + )+ PbSnT, CL + L + L + 183cedL+( + )+ 標(biāo)注了組織組成物的相圖標(biāo)注了組織組成物的相圖4.3.34.3.3包晶相圖包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變： Ld + c ePtAgAg%T, C鉑-銀合金包晶相圖L + L + L + cedfgT, CtLL + L + + 4.3.4. 4.3.4. 共析相圖共析相圖共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變： ( + ) 共析體共析體ABT, C + + + cedL + L4.4 相圖與性能的關(guān)系1.合金的使用性能與相圖的關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系 固溶體中溶質(zhì)濃度固溶體中溶質(zhì)濃度 強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度 組織組成物的形態(tài)對(duì)強(qiáng)度影響很大。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。組織組成物的形態(tài)對(duì)強(qiáng)度影響很大。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。4.4.2 合金的工藝