金屬學(xué)與熱處理共晶相圖

1、金屬學(xué)與熱處理共晶相圖1第1頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四1. 下述哪些下列說法哪些是正確的?A 溫度高于液相線的合金為液態(tài)；B 溫度低于液相線的合金為固態(tài)；C 溫度低于固相線的合金為固態(tài); D 溫度高于固相線的合金為液態(tài)。思考題答案：AC 2第2頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四2. 當(dāng)非平衡凝固的勻晶合金一般會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?A 組織、成分均勻化；B 成分不均勻，出現(xiàn)樹枝狀偏析；C 與平衡凝固的合金組織、成分一樣，沒有區(qū)別。思考題答案：B勻晶合金非平衡凝固時，由于冷卻速度快，原子來不及充分?jǐn)U散，所以最后得到的合金成分不均勻，出現(xiàn)樹枝狀偏析。

2、通過均勻化退火可以消除樹枝狀偏析。 3第3頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四3. A-B二元勻晶合金相圖如右圖所示。 應(yīng)用杠桿定律計算，當(dāng)成分為40%B的合金冷卻到1000C時，結(jié)晶出了多少固相？剩余多少液相（相對量）？思考題4第4頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四答案：根據(jù)杠桿定律，固相的相對量計算如下：液相的相對量則為， 5第5頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四由液相同時結(jié)晶出兩個固相的過程稱為共晶轉(zhuǎn)變。兩組元在液態(tài)無限溶解，在固態(tài)有限固溶，并且發(fā)生共晶反應(yīng)的相圖，稱為共晶相圖。3.5 共晶相圖6第6頁，共51頁，20

3、22年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四（1）相圖分析7第7頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四點(diǎn)tA、tB、EM、N、F、G線tAEtB線為液相線tAMENtB線為固相線MEN線是共晶轉(zhuǎn)變線MF線為Sn在Pb中的固溶度曲線NG線為Pb在Sn中的固溶度曲線8第8頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四相區(qū)單相區(qū)兩相區(qū)三相線9第9頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四共晶合金: 61.9 %Sn亞共晶合金: 19.2% 61.9%Sn過共晶合金: 61.9% 97.5%SnSn97.5% 的合金可以看作是勻晶合金 （2）共晶合金的平衡凝

4、固共晶系合金一般以共晶點(diǎn)為界進(jìn)行分類，可以分為：10第10頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四端部固溶體合金（10%Sn-Pb合金）11第11頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四12312第12頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四10%Sn-Pb 合金凝固過程示意圖 13第13頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四10%Sn-Pb 合金顯微組織 14第14頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四共晶合金（61.9%Sn-Pb）15第15頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期

5、四16第16頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 61.9%Sn-Pb 合金凝固過程示意圖17第17頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四鉛錫共晶合金的顯微組織 18第18頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四1997.561.9共晶合金的顯微組織是由和兩相組成，所以它的相組成物為和兩相。相組成物是指組成合金顯微組織的基本相。組織組成物是指合金在結(jié)晶過程中，形成的具有特定形態(tài)特征的獨(dú)立組成部分。19第19頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四亞共晶合金成分在共晶點(diǎn)E以左、M點(diǎn)以右(即Sn: 19.2 61.9%)

6、的合金稱為亞共晶合金。 20第20頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四21第21頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 亞共晶合金凝固過程示意圖共晶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變22第22頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 50%Sn-Pb 合金顯微組織23第23頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四相的相對量：組織的相對量：24第24頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四分析：共晶組織是由成分為E點(diǎn)的液相轉(zhuǎn)變而來的，計算出共晶轉(zhuǎn)變開始時液相的相對量即可。因此，選擇L+兩相區(qū)和共晶溫度作為計算條件。解：應(yīng)用

7、杠桿定理 例題 平均含Sn量為40%的Pb-Sn合金中，共晶組織的相對量是多少?25第25頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四過共晶合金26第26頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四共晶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變27第27頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 70%Sn-Pb 合金顯微組織28第28頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 鉛錫合金組織分區(qū)圖 29第29頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四共晶體的形成成分互惠交替形核片間搭橋共同生長兩相交替分布（共晶組織）30第30頁，共51頁，2022

8、年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 層片狀共晶的形成 交替形核：在一定的過冷度下，盡管兩固相都可能從液體中形核，由于兩固溶體的成分結(jié)構(gòu)的差別，總有一個固相先形核，它稱為領(lǐng)先相，設(shè)領(lǐng)先相為，由于富A組元，其生長時附近液體則富B組元，的存在和液體中B的富集，相將附著在上形核并長大，同理在相外將附著的形核長大。這種方式就是交替形核。31第31頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四前沿液相中原子擴(kuò)散示意圖 共同生長：兩個相長大時都要排放相應(yīng)的溶質(zhì)組元，排出的溶質(zhì)將阻礙自身的生長，但兩相同時生長時，一相排出的組元正是另一相生長所需要的，所以兩相的生長過程將互相促進(jìn)，最后是兩相共同攜

9、手長大。由于兩固相的成分是固定的，綜合成分應(yīng)和液體的成分相同，它們的數(shù)量反映在二者的厚度相對比例上。 32第32頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四共晶生長的搭橋機(jī)制33第33頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 當(dāng)兩個固相都是金屬性較強(qiáng)相時，共晶體一般生長成層片狀。當(dāng)兩相的相對數(shù)量比相差懸殊時，在界面能的作用下，數(shù)量較小的相將收縮為條、棒狀，更少時為纖維狀，甚至為點(diǎn)(球)狀。 當(dāng)有一相或兩相都具有較強(qiáng)的非金屬性時，它們表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性，不同方向的生長速度不同，并且有特定的角度關(guān)系，同時生長過程要求的動態(tài)過冷度也有差異，往往有一個相在生長中起主導(dǎo)

10、作用，決定了兩相的分布，共晶體的形態(tài)也具有獨(dú)特性，這時常見的形態(tài)有針狀、骨肋狀、蜘蛛網(wǎng)狀、螺旋狀等。 34第34頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四層片狀（Al-CuAl2，定向凝固） 棒狀或條狀（Sb-MnSb，橫截面） 球狀或短棒狀（Cu-CuO） 針狀（Al-Si） 35第35頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四螺旋狀（Zn-Mg） Fe-C(石墨)的共晶組織 36第36頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四在非平衡凝固條件下，成分接近共晶成分的亞共晶或過共晶合金，凝固后組織卻可以全部是共晶體，稱為偽共晶。 偽共晶的組織形態(tài)

11、與共晶相同，但成分不同。兩組元熔點(diǎn)大致相同的，一般出現(xiàn)對稱的偽共晶區(qū)；兩組元相差懸殊，偽共晶區(qū)偏向高熔點(diǎn)組元。偽共晶（2）共晶合金的不平衡凝固37第37頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 四種偽共晶區(qū)38第38頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 共晶系合金的不平衡凝固 合金II在不平衡凝固時，由于固相線偏離平衡位置，冷到共晶溫度以下，還有少量液相殘留，最后這些液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿w，形成不平衡共晶組織。不平衡共晶體39第39頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四 可能產(chǎn)生離異共晶示意圖 由于共晶體中與初生固溶體相同的一相，往往依附在

12、初生固溶體上生長，而把另一相推向最后凝固的晶界處，因此這種共晶體失去了共晶組織的形態(tài)特征，看上去好象兩相被分離開來，所以稱為離異共晶。離異共晶40第40頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四離異共晶（Al-50%Sn合金） 共晶組織中的Al已并入先共晶Al相，只有Sn被留在晶界處。41第41頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四本節(jié)要點(diǎn)概念：共晶轉(zhuǎn)變、亞共晶、過共晶、偽共晶、離異共晶共晶合金的平衡凝固理解偽共晶和離異共晶的形成下節(jié)內(nèi)容：包晶相圖42第42頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能

13、發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。A 是B 否思考題答案：B成分在共晶線寬度范圍內(nèi)的合金冷卻到共晶溫度時，未凝固的液相成分沿液相線變化到共晶點(diǎn)，而進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變。因此，并不是只有共晶合金才發(fā)生共晶反應(yīng)。 43第43頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四2. 發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的液相，其成分一定是共晶成分。A 是B 否思考題答案：A能夠發(fā)生共晶反應(yīng)的液相成分一定是共晶成分。 44第44頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四3. 共晶轉(zhuǎn)變進(jìn)行時，系統(tǒng)的自由度F A 為1B 為0C 為1思考題答案：B二元合金發(fā)生共晶反應(yīng)時是三相（L, a, b）共存，根據(jù)相律計算可以知道系統(tǒng)的自由度為0

14、。任何系統(tǒng)的自由度最小值是0，不可能為負(fù)值。 45第45頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四4. 相圖中的共晶線 A 是一條水平線直線；B 是一個三相區(qū)（L, , ）；C 一般是一條斜線，水平線是特殊情況。 思考題答案：A因?yàn)楣簿Х磻?yīng)是恒溫轉(zhuǎn)變，反映在相圖上只能是一條水平線；共晶反應(yīng)時三相共存，所以共晶線也是一個三相區(qū)。 46第46頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四5.根據(jù)Pb-Sn相圖，應(yīng)用杠桿定律計算40%Sn合金中相和相的相對量。思考題47第47頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四解：首先選擇a+二相區(qū)，選擇共晶溫度，合金的平均成分49%為杠桿的支點(diǎn)。應(yīng)用杠桿定律計算如下： 48第48頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四6. 根據(jù)Pb-Sn相圖，應(yīng)用杠桿定律計算40%Sn合金的共晶組織中的相占全部合金的相對量。 思考題49第49頁，共51頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)21分，星期四提示：40%Sn合金由初生的相（先共晶）和共晶體