第三章5 共晶相圖

1、r 二元共晶相圖:兩組元在液態(tài)時(shí)相互無(wú)限互溶，在固態(tài)時(shí)相互有限互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的二元系相圖。 如Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Bi等合金系。r共晶轉(zhuǎn)變(共晶反應(yīng)):在一定的溫度下，由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)變過(guò)程.r共晶組織:共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物(兩固相混合物)一、相圖分析一、相圖分析 線（液、固、溶解度）、相區(qū)（單、兩、三相）、線（液、固、溶解度）、相區(qū)（單、兩、三相）、點(diǎn)、反應(yīng)點(diǎn)、反應(yīng)r特點(diǎn)特點(diǎn):液相線:AE、BE,固相線:AMNB溶解度曲線:MF、NG三個(gè)單相區(qū):L,三個(gè)兩相區(qū):L+, L+,+三相共存區(qū): MEN水平線（共晶轉(zhuǎn)變線） 在共晶線上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)

2、變: E為共晶點(diǎn), tE為共晶溫度,成分在共晶點(diǎn)的合金為共晶合金，成分在共晶點(diǎn)以左，M點(diǎn)以右的合金稱亞共晶合金，成分位于共晶點(diǎn)以右，N點(diǎn)以左的合金稱過(guò)共晶合金. NMtEEL 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 含錫量含錫量wSn19%的合金的合金（wSn=10% ）r緩冷到1點(diǎn)時(shí),開始從液相結(jié)晶出固溶體.隨溫度降低, 數(shù)量不斷增多,L相數(shù)量不斷減少.其成分分別沿固相線AM和液相線AE變化. r冷卻到2點(diǎn),結(jié)晶完畢,全部變?yōu)楣倘荏w,成分與原始液相相同(勻晶轉(zhuǎn)變)r2-3點(diǎn),保持 固溶體不變.r3點(diǎn)以下,Sn在固溶體中呈過(guò)飽和狀態(tài),多余Sn以固溶體形式從固溶體中析出.隨溫度的

3、繼續(xù)降低, 固溶體的溶解度逐漸減少,析出不斷進(jìn)行. 相和相的成分分別沿MF和NG線變化.r合金結(jié)晶結(jié)束后室溫組織:+如圖,黑色基體為相，白色顆粒為 ， 分布在的晶界上，或在晶粒內(nèi)析出。r 合金合金的顯微組織的顯微組織wSn=10%合金的顯微組織合金的顯微組織r合金合金的平衡結(jié)晶過(guò)程示意圖的平衡結(jié)晶過(guò)程示意圖 、兩相的含量可用杠桿定律求出,如合金的、相的含量分別為：%1004%1004FGGwFGFw成分位于F和M之間的合金, 平衡結(jié)晶過(guò)程均與以上相似, 顯微組織為+ ,只是兩相相對(duì)含量不同.Pb-Sn合金相圖r緩冷到溫度tE=183時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：r繼續(xù)冷卻,共晶組織中和相都要發(fā)生溶解度變化:

4、 相成分沿MF線變化, 相成分沿NG線變化,分別析出次生相和 r結(jié)晶結(jié)束后組織為:(+)+ +(極少,忽略) NMtEEL 2 含錫量含錫量wSn=61.9%的合金的合金(共晶合金共晶合金) M和N相的含量可用杠桿定律求出：%6 .54%100195 .97199 .61%100%4 .45%100195 .979 .615 .97%100MNMEwMNENwNMr共晶組織中共晶組織中M和和N相的含量相的含量如圖, 和呈層片狀交替分布,其中黑色為相,白色為相,次生相在顯微鏡下難以分辨.r 合金合金的顯微組織的顯微組織r共晶合金的平衡結(jié)晶過(guò)程示意圖共晶合金的平衡結(jié)晶過(guò)程示意圖按兩相的分布形態(tài)，可

5、分為：層片狀、棒狀（條狀或纖維狀）、球狀（短棒狀）、針片狀、螺旋狀等。原因原因:共晶組織中兩個(gè)組成相的本質(zhì)決定了其形態(tài).r 共晶組織的形態(tài)共晶組織的形態(tài)3 合金合金的結(jié)晶過(guò)程的結(jié)晶過(guò)程( (亞共晶合金亞共晶合金 1919wSn61.9%） 過(guò)共晶合金:成分位于共晶點(diǎn)E以右,N點(diǎn)以左r過(guò)共晶合金的顯微組織過(guò)共晶合金的顯微組織白亮色卵形部分為先共晶固溶體,其余為共晶組織綜合以上幾種不同成分合金的分析,可以看出:rF-M成分范圍內(nèi),合金組織為+r亞共晶合金的組織為:+共晶組織(+)r共晶合金完全為:共晶組織(+)r過(guò)共晶合金的組織為:+共晶組織(+)rN-G成分范圍內(nèi),合金組織為+ 其中,、及(+)

6、在顯微組織中能清楚區(qū)分,是組成顯微組織的獨(dú)立部分,稱組織組成物。 從相的本質(zhì)看，它們都由和兩相組成，和兩相是組成合金的基本相，稱為合金的相組成物。r為分析組織方便,了解合金系中任一合金在任何溫度下的組織形態(tài),常把合金平衡結(jié)晶后的組織直接填寫在合金相圖上，如圖r 合金的組織組成物和相組成物的相對(duì)含量都可以用杠桿定律計(jì)算。例如,WSn=30%的合金共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，相和（）共晶組織的含量分別為:%4 .74%100199 .61309 .61%100MEPEW%6 .25%100199 .611930%100)(MEPMW22 相組成物和相的含量分別為：%14%100195 .971930%100%

7、86%100195 .97305 .97%100MNMpWMNpNW 三、不平衡結(jié)晶及組織三、不平衡結(jié)晶及組織1 偽共晶偽共晶在不平衡結(jié)晶條件下,成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過(guò)共晶合金也可得到全部共晶組織,這種非共晶成分的合金得到的共晶組織稱偽共晶.原因原因:此時(shí)液相對(duì)相和相都是過(guò)飽和的,可以同時(shí)結(jié)晶出相和相.偽共晶區(qū)偽共晶區(qū)的形狀分兩類:a)隨溫度降低,偽共晶區(qū)相對(duì)共晶點(diǎn)近乎對(duì)稱地?cái)U(kuò)大金屬與金屬金屬與金屬b)偽共晶區(qū)偏向一邊歪斜地?cái)U(kuò)大. 金屬與非金屬金屬與非金屬r偽共晶區(qū)形狀形成的原因偽共晶區(qū)形狀形成的原因:取決于共晶中兩個(gè)相單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)大速度和過(guò)冷度的關(guān)系. 若兩相單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)大速度與過(guò)

8、冷度的關(guān)系差別不大,則偽共晶區(qū)向共晶點(diǎn)下面兩邊呈對(duì)稱性擴(kuò)大.若兩相單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)大速度與過(guò)冷度關(guān)系相差很大,其中一相的長(zhǎng)大速度隨過(guò)冷度增加下降很快,則該相的生長(zhǎng)會(huì)受抑制,使偽共晶區(qū)歪斜地偏向該相一邊.r影響相長(zhǎng)大速度的因素影響相長(zhǎng)大速度的因素由各相本身的晶體結(jié)構(gòu)及其固液界面的性質(zhì)決定.晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜并呈光滑界面的相,其長(zhǎng)大速度隨溫度的降低而下降較快,所以偽共晶區(qū)向該相區(qū)偏斜.舉例舉例: :Al-Si合金系中，共晶合金在快冷條件下結(jié)晶后得到亞共晶組織。原因原因: :圖中偽共晶區(qū)偏向Si的一側(cè),這樣,共晶成分液相表象點(diǎn)a不會(huì)過(guò)冷到偽共晶區(qū)內(nèi),只有先結(jié)晶出相,相向液體中排出Si溶質(zhì)原子,液體成分達(dá)到b點(diǎn)

9、時(shí),才發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變.結(jié)果,共晶點(diǎn)像向右移動(dòng)了一樣,共晶合金變?yōu)閬喒簿Ш辖? r偽共晶區(qū)在相圖中的位置可用來(lái)解釋一些現(xiàn)象偽共晶區(qū)在相圖中的位置可用來(lái)解釋一些現(xiàn)象2 離異共晶離異共晶先共晶相數(shù)量較多、共晶組織較少時(shí)，共晶組織依附于先共晶相生長(zhǎng)，剩余的另一相單獨(dú)存在于晶界處，使共晶組織特征消失,這種兩相分離的共晶稱為離異共晶。Eg.在合金成分偏離共晶點(diǎn)很遠(yuǎn)的亞共晶中,其轉(zhuǎn)變?cè)诖嬖诖罅肯裙簿嗟臈l件下進(jìn)行.若冷卻速度很慢,過(guò)冷度小,則共晶中的相在已有先共晶上長(zhǎng)大,要比重新形核長(zhǎng)大容易.這樣,相易于與先共晶相合為一體,而相存在于相晶界處.成分越靠近M點(diǎn),越易發(fā)生離異共晶. 四、四、比重偏析比重偏析r 定義定義:由組成相與溶液之間密度差別引起的一種區(qū)域偏析。r影響因素影響因素:與合金組元的密度差、相圖結(jié)晶的成分間隔及溫度間隔等因素有關(guān)。r防止方法防止方法：增大冷卻速度;加入第三種元素;熱對(duì)流、攪拌。r應(yīng)用：應(yīng)用：除雜質(zhì)、提純貴金屬。五、區(qū)域偏析五、區(qū)域