第四章 二元合金01

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2012-8-12
第二节 二元合金相图
℃
L
L＋ β β
(α ＋ β )
α
α +β
Ⅱ
L+α
β +(α +β )+α β +α
Ⅱ Ⅱ
α +(α +β )+β
Ⅱ
→
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第二节 二元合金相图
3、比重偏析 因比重不同（晶体与剩余液相比重相差较大）而造成的 合金化学成分不均匀的现象称为比重偏析。 比重偏析不能通过热处理减轻或消除，消除比重偏析措 施： （1） 控制合金成分 （2） 浇铸时进行搅拌 （3） 增加结晶时的冷却速度
二、匀晶相图 两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。 1、结晶过程 以Cu-Ni为例
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第二节 二元合金相图
（1）合金K冷到t1℃时，液态合金中开始析出α相； （2）温度降到t3℃时，合金结晶完毕； （3）在L-α转变过程中，L不断减少，α相不断增多，且在 不同温度下L相及α相具体成分为交点的横坐标。 2、杠杠定律 求合金K（ WNi为K）在tx℃温度下，液相、固相的组成成 分。设合金总质量为1，液相质量为QL、固相质量为Qa，液相 WNi为x，固相WNi为x‘。
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第二节 二元合金相图
℃
a 1 1 α
L α L
1 2 d 3 4 1
L＋ α L α β β
α
L＋ α
c 2
L＋ β
b
2
2
β α
3
Ⅱ
α +β
β
时间
→
→
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第二节 二元合金相图
五、共析相图 从一个固相中同时析出成分和晶体结构完全不同的两种 新的固相的转变过程称为共析转变。
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第四章 二元合金
第一节 合金的相结构
第二节
第三节
二元合金相图
相图与性能的关系
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第一节 合金的相结构
一、固溶体 定义：合金在固态时组元间会互相溶解，形成一种在某一 组元晶格中包含其它组元的新相，这种新相称固溶体。 溶剂：晶格与固溶体相同的组元。 溶质：其他组元。 固溶强化：溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象； （固溶强化是提高合金机械性能的重要途径之一）。 根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置，可将固溶体分为： 1、置换固溶体 溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置 而形成的固溶体 。（B置换了A在晶体中的位置） 南昌大学科技学院
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第一节 合金的相结构
（1）间隙相 定义：当非金属元素原子半径与金属原子半径比值<0.59 时形成具有简单晶格的间隙化合物。
间隙相VC结构
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第一节 合金的相结构
a) b) c) d) 间隙相与间隙固溶体区别 间隙相的晶格与其组元晶格不同； 间隙相组元满足简单化学式； 成分可以在一定范围变动； 有极高的熔点、硬度（是合金工具钢、硬质合金的重要 组成相）。 （2）具有复杂结构的间隙化合物 定义：比值>0.59，形成复杂晶格结构的化合物。 Fe3C（渗碳体）最重要的复杂结构间隙化合物，详见图 4-6。
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第三节 相图与性能的关系
1、当合金形成单相固溶体 形成单相固溶体的合金具有较好的综合机械性能。 2、当合金形成两相混合物 共晶转变,共析转变,包晶转变都会形成两相混合物。 当形成细小的共晶体、共渗体时合金的力学性能出现高 峰。
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第二节 二元合金相图
QL+Qα=1 QLX+QαX’=K 解方程得:
QL
X K
'
X X
'

X K X X
'
'
Q
Q QL
KX X X
'

KX X X
'

KX X K
'
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第二节 二元合金相图
3、晶内偏析 晶内偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀（冷却速度 快，先结晶出来的心部WNi 较高）的现象(枝晶偏析)。 严重影响合金机械性能,使塑性和韧性降低。 消除和改善方法: 采用扩散退火(均匀化退火)。 三、共晶相图 两组元在液态时无限互溶，在结晶时发生共晶转变，形 成共晶组织的相图。
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第二节 二元合金相图
四、包晶相图 两组元在液态下相互无限溶解,在固态下相互有限溶解, 并发生包晶转变的相图称为包晶相图。 1、相图分析 在一定温度下，合金中的一种固相与液相作用,形成另一 种固相的过程,称为包晶转变。 液相线aeb，固相线aced；cf为Ag溶于Pt的溶解度曲线， dg为Pt溶于Ag的溶解度曲线；包晶点d，包晶线cde。 2、典型合金的结晶过程 3、包晶偏析 由于包晶转变不充分而产生的化学成分不均匀的现象— 包晶偏析。 南昌大学科技学院
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第一节 合金的相结构
Fe3 C的特点： a) 具有复杂的斜方晶格； b) 其中Fe原子可以部分被其它金属原子置换，形成以渗碳 体为基的固溶体； c) 高溶点、高硬度。
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第二节 二元合金相图
组元：组成合金的最简单、最基本、能独立存在的物质 （组元就是元素和不分解的稳定化合物）。 合金系：由给定组元按不同比例配置成的一系列不同成 分的合金。 平衡：合金中各相之间的相对重量和相对浓度不再改变 时的状态（相图又称平衡图或状态图）。 一、二元相图的建立 1、相图 以成分为横坐标，温度为纵坐标，表明合金系中各种合 金在不同温度下的构成相，以及相之间的平衡关系的图 形—相图。
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第一节 合金的相结构
2、间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。（B存在 于A的间隙中）
溶剂原子 溶质原子
间隙固溶体
间隙固溶体 置换固溶体 置换固溶体存在无限互溶，间隙固溶体只能有限互溶。
置换固溶体
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第一节 合金的相结构
二、化合物 概念：合金组元在固态下相互作用而形成的一种具有金属 性质的新相（新相晶格不同于任一组元）。 1、正常价化合物 指符合一般化合物原子价规律的化合物。 具有高熔点、高硬、高脆性，起强化相作用。 2、电子化合物 电子价化合物为金属键结合，熔点、硬度高，塑性差。 3、间隙化合物 由过渡金属元素与原子半径比较小的非金属元素形成。 分为间隙相和具有复杂结构间隙化合物 南昌大学科技学院
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第二节 二元合金相图
温度（° ） ° °
10 80 2 4
时间
20
40
60
80
→

AaB：液相线，该线以上为液态L； AbB: 固相线，该线以下为固态α； AaB和AbB之间为固相和液相共存L+α 。
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第二节 二元合金相图
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第二节 二元合金相图
Ⅳ
温度（℃）
Ⅱ Ⅰ
Hale Waihona Puke Ⅲ L＋ β β α ＋β
α
L＋ α
→
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第二节 二元合金相图
1、相图分析 （1）aeb为液相线、acedb为固相线； a为Pb的熔点、b为Sn的熔点； cf为Sn溶于Pb的溶解度曲线、dg为Pb溶于Sn的溶解度曲线。 （2）图中有三个单相区L、α、β，三个两相区L+α、L+β 、α+β，一条三相共存水平线ced线。 （3）共晶转变 一定成分的合金从液相中同时结晶出两种固相的过程。 共晶反应方程式 Le→αc+ βd e点为共晶点，成分对应共晶点的合金为共晶合金，故ce 之间的合金为亚共晶合金，ed之间为过共晶合金。 e点对应温度为共晶温度，测定线称为共晶线。 南昌大学科技学院
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第二节 二元合金相图
2、相图的建立 采用热分析法以Cu-Ni为例。 1）配制几组成分不同的合金； 2）测定每组合金的冷却曲线； 3）找出每组合金的临界点（冷却曲线上的转折点）； 4）将各临界点标在 以温度为纵坐标，以成分为横坐标的图中， 将同类临界点连接起来即得到合金相图。
→ α+（α+ β）+ βⅡ（α固溶体中析出βⅡ）。 （2）合金Ⅲ冷到1点时→β相，至共晶温度→ β+（α+ β） →β+（α+ β）+ αⅡ （β固溶体中析出αⅡ ）。
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第二节 二元合金相图
3）WSn小于c点（大于d点）的合金结晶过程 合金冷Ⅳ却到1点→α相，至2点完全转变成α相→至3点 ，α固溶体中析出二次相βⅡ，即α+βⅡ 合金冷Ⅴ却到1点→β相，至2点完全转变成β相→至3点 ，β固溶体中析出二次相αⅡ ，即β+αⅡ
第四章 二元合金
合金：以一种金属为基础，加入其它金属元素或非金属 元素，经过溶合而成的具有金属特征的物质。 组元：组成合金的元素或基本单元。 二元合金：由两种组元组成的合金。 二元合金 钢铁 Fe-C 按组元数 三元合金 硬铝 Al-Cu-Mg 四元合金 保险丝 Sn-Bi-Cd-Pb 相：合金中具有相同成分、相同结构，并与其它部分以 界面分开的均匀组成部分，称为相。 合金结晶后，可以是一种相，也可以是若干种相组成。 固态合金中的相按晶格结构分为：固溶体、化合物。 南昌大学科技学院