2023學(xué)年完整公開課版共晶相圖（V18版）

3-3共晶相圖3-3Eutecticphasediagram

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iMT23-3Eutecticphasediagram知識(shí)回顧：勻晶相圖

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram勻晶相圖：二組元在液態(tài)時(shí)完全互相溶解，在固態(tài)時(shí)也能互相溶解，并形成無(wú)限固溶體的合金系，其相圖稱為勻晶相圖。共晶相圖：二組元在液態(tài)時(shí)完全互溶，在固態(tài)時(shí)形成兩種不同的固相，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金系，其相圖稱為共晶相圖。共晶反應(yīng)：由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出成分不同、結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)固相。共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（兩個(gè)固相的混合物）。

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43-3Eutecticphasediagram共晶相圖

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53-3Eutecticphasediagram共晶相圖的建立：熱分析法

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63-3Eutecticphasediagram共晶相圖分析a.組元：Pb、Snb.相：L、α、βα是溶質(zhì)Sn在Pb中的固溶體；β是溶質(zhì)Pb在Sn中的固溶體。

Pb-Sn共晶相圖

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73-3Eutecticphasediagram共晶相圖分析c.點(diǎn)：A（熔點(diǎn)）、B（熔點(diǎn)）、M、N、E（共晶點(diǎn)）、F、Gd.線：液相線：AEB固相線：AMENB共晶線：MEN溶解度線：MF、NG規(guī)律：固溶體的溶解度隨溫度的降低而下降。

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram共晶相圖分析e.相區(qū)：三個(gè)單相區(qū)：L、α、β三個(gè)雙相區(qū)：L+α、L+β、α+β一個(gè)三相線（區(qū)）：MENf.共晶體共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，兩相機(jī)械混合物，稱共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度，稱共晶溫度。代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)，稱共晶點(diǎn)（E點(diǎn)）。

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93-3Eutecticphasediagram共晶相圖分析共晶合金：E點(diǎn)具有共晶點(diǎn)成分的合金。亞共晶合金：成分位于E點(diǎn)以左，M點(diǎn)以右過(guò)共晶合金：成分位于E點(diǎn)以右，N點(diǎn)以左

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103-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織

共晶合金EutecticAlloy亞共晶合金HypoeutecticAlloy過(guò)共晶合金HypereutecticAlloy

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Metallgraphy43-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織1.合金Ⅰ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，F(xiàn)-M之間合金1：冷卻到1點(diǎn)，開始結(jié)晶出α；1-2：α不斷增多，液相不斷減少，固溶體α成分沿tAM變化，液相成分沿tAE變化；2：液體全部凝固成α固溶體；2-3：α固溶體成分不發(fā)生變化；3-4：Sn過(guò)飽和，從α析出βⅡ，室溫組織：α+βⅡ，成分分別沿MF和NG線變化。

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織1.合金Ⅰ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，F(xiàn)-M之間合金室溫組織：α+βⅡ

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織1.合金Ⅰ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，F(xiàn)-M之間合金α→βⅡ合金成分大于D點(diǎn)的結(jié)晶過(guò)程與合金Ⅰ相似β→αⅡ室溫組織為：β+αⅡ這種由于固溶體中溶解度的減少而析出另一固相的反應(yīng)叫二次析出反應(yīng)或脫溶反應(yīng)，是固態(tài)相變的一種。由于二次析出溫度較低，固態(tài)下原子擴(kuò)散能力較小，所以析出相一般都比較細(xì)小，分布于晶界或固溶體之中。（第二相強(qiáng)化）

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143-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織1.合金Ⅰ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，F(xiàn)-M之間合金室溫組織：α+βⅡ運(yùn)用杠桿定律，兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：α=XG/FG×100%βⅡ=FX/FG×100%或=1-α%

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153-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織2.合金Ⅱ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.9%，共晶合金在E點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)：L→α+β冷卻到tE溫度時(shí)直接從的液體中同時(shí)結(jié)晶出α+β兩種固溶體。

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織2.合金Ⅱ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.9%，共晶合金在共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，L、α、β三相共存，三個(gè)相的量在不斷變化，但它們各自成分是固定的。共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，液相消失，α=EN/MN×100%=45.4%β=ME/MN×100%=54.6%或=1-α%

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173-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織2.合金Ⅱ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.9%，共晶合金E點(diǎn)以下：二次結(jié)晶反應(yīng)共晶結(jié)束后，隨溫度下降，α和β的成分分別沿MF和NG變化，從共晶α中析出βⅡ，從共晶β中析出αⅡ，由于共晶組織細(xì)，α與αⅡ共晶結(jié)合，β與βⅡ共晶結(jié)合，共晶形態(tài)和成分不發(fā)生變化，共晶合金室溫組織仍為α+β共晶體。

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織3.合金Ⅲ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，亞共晶合金1：冷卻到1點(diǎn)，開始析出α初；1-2：勻晶轉(zhuǎn)變，α初不斷增多，液相不斷減少，組織為：L+α初；2：發(fā)生共晶反應(yīng)L→α+β，組織為：α初+（α+β）；2-3：二次結(jié)晶反應(yīng)，從α初析出βⅡ，室溫組織：α'初+（α+β）+βⅡ，室溫合金組成相：α+β

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193-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織3.合金Ⅲ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，亞共晶合金結(jié)晶過(guò)程：L→α初+L→α初+（α+β）→α'初+（α+β）+βⅡ

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MetallgraphyX3-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織3.合金Ⅲ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，亞共晶合金運(yùn)用杠桿定律，在共晶溫度時(shí)：α初+（L,α+β）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，α初=XE/EM×100%（L,α+β）=MX/EM×100%或=1-α初%

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MetallgraphyX3-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織3.合金Ⅲ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，亞共晶合金運(yùn)用杠桿定律，在室溫時(shí)：α’初+（α+β）+βⅡ的質(zhì)量分?jǐn)?shù),（α+β）=MX/EM×100%α’初=（XE/EM×100%）×MG/FGβⅡ=（XE/EM×100%）×FM/FG

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iMT223-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織3.合金Ⅲ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，亞共晶合金室溫合金組成相：α+βα=XG/FG×100%β=FX/FG×100%或=1-α%

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iMT233-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織4.合金Ⅳ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，過(guò)共晶合金過(guò)共晶合金結(jié)晶過(guò)程與亞共晶合金結(jié)晶過(guò)程相似。結(jié)晶過(guò)程：L→β初+L→β初+（α+β）→β'初+（α+β）+αⅡ室溫組織：β'初+（α+β）+αⅡ，室溫合金組成相：α+β

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iMT243-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織4.合金Ⅳ的平衡結(jié)晶，Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，過(guò)共晶合金室溫合金組成相：α+βα=XG/FG×100%β=FX/FG×100%或=1-α%

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iMT253-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織組織標(biāo)注相圖

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iMT263-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織1.偽共晶在非平衡凝固條件下，非共晶成分的合金得到的100%的共晶組織，稱為偽共晶。形成原因：當(dāng)冷卻速度較快，共晶點(diǎn)附近的合金冷卻到陰影線區(qū)域時(shí)，同時(shí)對(duì)α和β飽和，同時(shí)結(jié)晶生成（α+β）共晶組織，此區(qū)為偽共晶區(qū)。

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iMT273-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織1.偽共晶偽共晶區(qū)的形狀取決于：a.共晶點(diǎn)的位置（靠近低熔點(diǎn)組元）；b.共晶兩相的長(zhǎng)大速度。若兩組元熔點(diǎn)TA≈TB,兩固溶體溶解度差不多，共晶點(diǎn)在共晶線中間附近，共晶兩相長(zhǎng)大速度相近時(shí)，形成對(duì)稱的偽共晶區(qū)。

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iMT283-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織1.偽共晶若兩組元熔點(diǎn)TA<<TB,共晶點(diǎn)靠近低熔點(diǎn)相α,α相優(yōu)先形核并快速長(zhǎng)大，此時(shí)的偽共晶區(qū)偏向高熔點(diǎn)組元一側(cè)。案例分析：非平衡凝固后，共晶成分的Al-Si合金鑄態(tài)組織為α初+(α+Si),并非單一的共晶組織(α+Si)。

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293-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織1.偽共晶(1)TAl<<TSi,(2)共晶點(diǎn)靠近低熔點(diǎn)相α,α相優(yōu)先形核并快速長(zhǎng)大，(3)偽共晶區(qū)偏向高熔點(diǎn)組元一側(cè)，成分點(diǎn)a沒(méi)落在偽共晶區(qū)，實(shí)際共晶點(diǎn)b向右移動(dòng)，共晶合金變成亞共晶合金，在同時(shí)對(duì)α和Si飽和后，結(jié)晶出共晶組織（α+Si）。故其室溫組織為α初+（α+Si）。

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303-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織2.離異共晶成分位于共晶線上且遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)的合金，由于初晶較多，在共晶反應(yīng)時(shí)，共晶相中與初晶相同的那一相會(huì)依附先共晶相生長(zhǎng)，并把另一相推至晶界處，凝固后共晶組織特征消失，這種組織稱為離異共晶。

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313-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織2.離異共晶離異共晶不是某一類特殊的共晶，它是指一種特殊的組織形態(tài)，即從組織形貌上看不出兩相共晶配合生長(zhǎng)的特點(diǎn)。在3種條件下易出現(xiàn)離異共晶：（1）當(dāng)先共晶相的相對(duì)量很大，而共晶體相對(duì)量很小時(shí)；（2）共晶成分點(diǎn)很靠近一個(gè)純組元，即共晶體中兩相的相對(duì)量相差很懸殊時(shí)；（3）共晶兩相結(jié)構(gòu)差異較大或有第三組元影響時(shí)。

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323-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織2.離異共晶在3種條件下易出現(xiàn)離異共晶：（3）共晶兩相結(jié)構(gòu)差異較大或有第三組元影響時(shí)。比如：Fe-C（石墨）合金中通過(guò)加鎂或稀土使石墨片球化的球磨鑄鐵，以及用鈉球化Al-Si合金，這兩個(gè)體系都是金屬-非金屬共晶。1948年英國(guó)的H.Morrogh和美國(guó)國(guó)際鎳公司的A.P.Gagnebin和H.Williams發(fā)現(xiàn)鑄鐵澆注前加鈰或鎂可得到球狀石墨，從而顯著改善鑄鐵的機(jī)械性能。

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333-3Eutecticphasediagram非平衡結(jié)晶及其組織2.離異共晶案例：鋼的“熱脆”是離異共晶造成的。鋼中S含量較高時(shí)，會(huì)形成(Fe+FeS)離異共晶，其中硫化物分布于晶界，在熱加工時(shí)，F(xiàn)eS熔點(diǎn)低，易熔化，造成鋼材破壞。

Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram重點(diǎn)要求：相圖分析；典型合金的平衡結(jié)晶及其組織。Contact:yujc@

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Metallgraphy3-5共晶相圖（二）3-3Eutecticphasediagram

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23-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織

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33-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織

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43-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織

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53-3Eutecticphasediagram典型合金的平衡結(jié)晶及其組織相組成物-PhaseConstituent相組成物是指構(gòu)成合金的基本的相，簡(jiǎn)稱相。如Pb-Sn合金中的α、β.組織組成物-StructureConstituent組織組成物是構(gòu)成合金的、在顯微鏡下具有一定形態(tài)特征的單元，簡(jiǎn)稱組織。如Pb-Sn合金中的α、β、αⅡ、βⅡ、共晶體（α+β）等。

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63-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)1.初晶組織的形態(tài)在亞共晶合金和過(guò)共晶合金的結(jié)晶過(guò)程中，總會(huì)結(jié)晶出初晶相（從液相中析出的相）。L→α初+L→α初+（α+β）→α'初+（α+β）+βⅡL→β初+L→β初+（α+β）→β'初+（α+β）+αⅡ若初晶是固溶體或純金屬時(shí)，其形態(tài)一般呈樹枝狀。

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73-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)1.初晶組織形態(tài)：L→α初+L→α初+（α+β）→α'初+（α+β）+βⅡ

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83-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)1.初晶組織的形態(tài)黑色基體為富Pb的α；白色晶粒為富Sn的βⅡ相；橢圓形基體為（α+β）相。

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93-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)1.初晶組織的形態(tài)Pb-Sb合金過(guò)共晶組織

其中初晶Sb呈多邊形

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103-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)1.初晶組織的形態(tài)Al-Si合金過(guò)共晶組織

其中灰黑色顆粒為初晶Si

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113-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)2.共晶組織的形態(tài)共晶反應(yīng)析出過(guò)程中，兩相相間形核、互相促進(jìn)、共同長(zhǎng)大，因而共晶組織較細(xì)，呈片、棒、針、點(diǎn)球等形狀。

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)2.共晶組織的形態(tài)共晶組織的分類：E.Scheil最先按共晶一方的體積量進(jìn)行分類；20世紀(jì)五六十年代K.A.Jackson則更科學(xué)地按組元熔化熵進(jìn)行分類，分為規(guī)則的（regular或normal）和不規(guī)則（irregular或anomalous）兩大類。典型的規(guī)則型（金屬-金屬）共晶組織是片層及棒狀的，如Pb-Sn、Al-CuAl2、Cd-Zn體系；典型的不規(guī)則型（金屬-非金屬）共晶組織形貌變化很多，如Fe-石墨、Al-Si共晶系。

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133-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)2.共晶組織的形態(tài)-規(guī)則型共晶反應(yīng)析出過(guò)程中，兩相相間形核、互相促進(jìn)、共同長(zhǎng)大，因而共晶組織較細(xì)，呈片、棒、針、點(diǎn)球等形狀。

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143-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)2.共晶組織的形態(tài)

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153-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)2.共晶組織的形態(tài)：L→（α+β）兩相交替分布：黑色片層為富Pb的α相；白色基體為富Sn的β相。

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Metallgraphy3-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)2.共晶組織的形態(tài)：L→（α+β）K.A.Jackson和J.D.Hunt于1966年指出，在一定過(guò)冷度下，共晶生長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)大速度與片間距或過(guò)冷度有一定關(guān)系：Rλ2=B3（常數(shù)）R/(ΔT)2=B4（常數(shù)）生長(zhǎng)速度R越高，片間距λ越細(xì)；過(guò)冷度ΔT越大，生長(zhǎng)速度R也越大，則λ越小。Jackson和Hunt對(duì)共晶組織的分析被稱為里程碑式的工作。

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173-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)組織組成物標(biāo)注相圖

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183-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)

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193-3Eutecticphasediagram初晶和共晶組織的形態(tài)

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