材料的凝固优秀课件
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第二章材料的凝固
正温度梯度
材料科学基础
实际金属结晶主要以树枝状长大。 是因存在负温度梯度，且晶核棱
角处散热好，生长快，先形成一
次轴，一次轴产生二次轴…，树 枝间最后被填充。
负温度梯度
材料科学基础
金属的树枝状结晶
材料科学基础
第三节
金属的同素异构转变
纯铁的同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变 化的现象称同素异构转变。同素 异构转变属于相变之一—固态相 变。 白锡四方13 灰锡金刚石立方 ⇌ ℃
⑶ 振动、搅拌等: 对正在结晶的金属进行振动或搅动， 一方面可靠外部输入的能量来促进形核，
另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数
目显著增加。
电磁搅拌细化晶粒示意图
材料科学基础
气轮机转子的宏观组织(纵截面)
细晶的熔模铸件(上)
普通铸件(下)
材料科学基础
4、晶粒大小对金属性能的影响
常温下，晶粒越细，晶界面积越 大，因而金属的强度、硬度越高， 同时塑性、韧性也越好,即细晶强 化。
铸件中的气孔
张开的气孔
材料科学基础
四、铸造缺陷的消除与防止
净化
镇静钢与沸腾钢
连续铸造
)
形核前的界面能为：σLCA1 形核后的界面能为：σLSA2+σSCA1 故：ΔGS=（σLSA2+σSCA1）-σLCA1 =2πr2σLS(1-cosθ)+πr2θ(σSC-σLC) 把σLC=σLScosθ+σsc代入上式，得： ΔGS=πr2σLS(2 -3cosθ+(cosθ)3) ΔGS为形核的界面能变化值;
材料科学基础
体积相变吉布斯自由能:
第三章材料的凝固与相图
⑶ 固溶体的性能：
因溶质原子的溶入，溶剂晶格产生畸 变，使固溶体的强度、硬度升高，而塑 性、韧性有所下降。 固溶强化：通过形成固溶体使金属材料 的强度、硬度提高的强化方法。
间隙固溶体
第三章 材料的凝固与相图
2. 金属化合物
⑴ 定义：指合金组元相互作用而形成的晶格类型和特性完全 不同于任一组元的新相。 ⑵ 分类：根据形成条件和结构特点分成三类。 ① 正常价化合物：符合一般化合物的原子价规律，成分固 定且可用化学式表示，如： Mg2Si, ZnS,…… ② 电子化合物：符合电子浓度规律， 其晶体结构由电子浓 度（价电子总数与原子总数之比）决定。
㈠ 包晶相图
T,C 以铂-银合金相图为例 T,C
L
L+ a
a c
f
Pt Ag%
L
L+
L+ a
L+ a
e
d
a+
g
Ag
+ a Ⅱ
t
包晶转变： Ld + ac e
第三章 材料的凝固与相图
㈡共析相图
共析转变： (a + ) 共析体
T,C
L
L+
a
A
+a c
d a+
2.结晶时的过冷现象（图） 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。
△T = T0 – Tn
第三章 材料的凝固与相图
结晶时的过冷现象
温 度
To Tn 理论结晶温度
△T
△T = T0 – Tn
实际结晶温度
时间
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。
第三章 材料的凝固与相图
冷却速度越大，则过冷度越大。
材料的凝固
❖ 均匀形核所需过冷度很大; 实验测得的有效过冷度约为 0 2Tm;晶核的临界半径大; 约为1nm;包含约200个原 子;说明均匀形核实际上非 常困难
非均匀形核
❖非均匀形核借助于模壁 杂质 自由表面等处 形核;降低了形核功
非均匀形核的形核功
cos LWW 匀形核时的自变由化能 L
由体积自由能和变表化面能变化两部成分： 根据立体几何 V：r3(2-3cos cos3)/3, AW＝ALW＝r2(1-cos2),AL 2r2(1-cos)
代入 G V L m T / Tm
r* 2Tm LmT
G*
16
3
T
2 m
3(L m T )2
形核功形核的能量来源
体积自由能的降低只能补偿表面自由能的三分之二;而 另外三分之一由系统中存在的能量起伏来补偿
❖ 形核条件＝过冷度＋结构起伏＋能量起伏
形核率
❖形核率N：单位时间 单位体积内形成的晶核数
❖ 粗糙界面：宏观平滑;微观上看存在几个原子层厚的过渡层;高 低不平
粗糙界面的微观示意图
粗糙界面: 在液固相界面处存在着几个原子层 厚度的过渡层;在过渡层中只有大约50﹪的 位置被固相原子分散地占据着
Jackson判据
❖ Jackson认为界面的平衡结构是界面能最低的结构 建 立了界面自由能的相对变化⊿GS与界面上固相原子所占 位置的分数P之间的关系：
令d(G)/ dr0,得r*－2L / GV
G *非
(16
3 L
/3GV2) [(2-3cos cos3)/4]
αw越小;越小
•晶核与基底的晶体结构相同;点阵常数接近;则αw小;
或这两者之间有一定的位向关系;点阵匹配好;
角小;易形核
非均匀形核
❖非均匀形核借助于模壁 杂质 自由表面等处 形核;降低了形核功
非均匀形核的形核功
cos LWW 匀形核时的自变由化能 L
由体积自由能和变表化面能变化两部成分： 根据立体几何 V：r3(2-3cos cos3)/3, AW＝ALW＝r2(1-cos2),AL 2r2(1-cos)
代入 G V L m T / Tm
r* 2Tm LmT
G*
16
3
T
2 m
3(L m T )2
形核功形核的能量来源
体积自由能的降低只能补偿表面自由能的三分之二;而 另外三分之一由系统中存在的能量起伏来补偿
❖ 形核条件＝过冷度＋结构起伏＋能量起伏
形核率
❖形核率N：单位时间 单位体积内形成的晶核数
❖ 粗糙界面：宏观平滑;微观上看存在几个原子层厚的过渡层;高 低不平
粗糙界面的微观示意图
粗糙界面: 在液固相界面处存在着几个原子层 厚度的过渡层;在过渡层中只有大约50﹪的 位置被固相原子分散地占据着
Jackson判据
❖ Jackson认为界面的平衡结构是界面能最低的结构 建 立了界面自由能的相对变化⊿GS与界面上固相原子所占 位置的分数P之间的关系：
令d(G)/ dr0,得r*－2L / GV
G *非
(16
3 L
/3GV2) [(2-3cos cos3)/4]
αw越小;越小
•晶核与基底的晶体结构相同;点阵常数接近;则αw小;
或这两者之间有一定的位向关系;点阵匹配好;
角小;易形核
材料的凝固
特点： 1）平均距离：液体中略大； 2）配位数CN：液体少， 熔化时体积略微膨胀； 3）液态中原子排列混乱的程度增加。
12
8.1.2 晶体凝固的热力学条件
实验证明，纯金属液体被冷却到熔点T0（理论 结晶温度）ideal melting point时保温，无论保温 多长时间都不会进行结晶，只有当温度明显低于 T0时，结晶才开始。 金属要在过冷的条件下才能结晶。
温度temperature
压力pressure
由一种元素或化合物构成的晶体，称为单组元晶体或纯晶体。
该体系称为单元系
从一种相到另外一种相的转变相变 phase transformation
液态固态 物质由液态转变为固态的过程称为凝固solidification。
3
凝固
液态晶态 —— 结晶crystallization 晶体 特点：性能发生突变
均匀形核 homogeneous nucleation
是指新相晶核在母相中均匀地生成，即晶核由液相中的一些cluster 直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。
非均匀形核heterogeneous nucleation
是指新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂 质或外来表面形核，也称异质形核。
到能量高峰又散开成无序状态。
结构起伏与能量起伏是对应的。
10
液体金属结构
径向分布函数 Radial pair distribution function
11
Structure data comparison between liquid and solid of metals by XRD diffraction
T < Tm Cluster 晶胚 Embryo
材料的凝固ppt
晶体结构
材料的晶体结构决定了其物理和化学性质，如硬 度、电导率、光学性能等。
03
材料凝固过程中的显微组 织与性能
材料的显微组织
01
晶粒大小
晶粒大小对材料的力学性能和传热性能有显著影响。细小的晶粒可以
提高材料的强度和韧性，同时降低材料的热导率。
02 03
晶界特性
晶界是材料中的界面，其结构和特性对材料的性能具有重要影响。例 如，大角度晶界可以阻碍位错运动，提高材料的强度，而小角度晶界 则有助于热扩散。
为一致的凝固组织。
在航空航天、汽车等领域，定向凝固 技术被广泛应用于制备高性能的金属
材料和合金。
通过定向凝固技术，可以获得具有优 良力学性能和抗疲劳性能的材料，提
高产品的可靠性和安全性。
快速凝固技术
快速凝固技术是一种材料加工 技术，它通过高冷却速率使材 料在短时间内凝固。
快速凝固技术可以制备出具有 微纳结构、高强度、高韧性的 材料，广泛应用于航空航天、 汽车、电子等领域。
相组成
材料的显微组织通常由多种相组成，不同相的体积分数和分布对材料 的性能产生显著影响。例如，硬质相可以提高材料的硬度，而软质相 则有助于提高材料的韧性。
材料凝固对性能的影响
力学性能
材料凝固过程中的组织演变对其力学性能具有重要影响。例如，粗大的柱状晶组 织可以提高材料的拉伸强度，但降低其韧性；而细小的等轴晶组织则可以提高材 料的韧性和冲击强度。
快速凝固技术具有短时间、高 效率的优点，可以降低生产成 本，提高材料性能。
消失模铸造技术
消失模铸造技术是一种近无余量的精确铸造方法，它采用泡沫塑料模样 代替传统金属模样，使液态金属在凝固过程中将模样全部气化消失。
消失模铸造技术具有生产周期短、成本低、精度高等优点，广泛应用于 航空航天、汽车、船舶等领域。
材料的晶体结构决定了其物理和化学性质，如硬 度、电导率、光学性能等。
03
材料凝固过程中的显微组 织与性能
材料的显微组织
01
晶粒大小
晶粒大小对材料的力学性能和传热性能有显著影响。细小的晶粒可以
提高材料的强度和韧性，同时降低材料的热导率。
02 03
晶界特性
晶界是材料中的界面，其结构和特性对材料的性能具有重要影响。例 如，大角度晶界可以阻碍位错运动，提高材料的强度，而小角度晶界 则有助于热扩散。
为一致的凝固组织。
在航空航天、汽车等领域，定向凝固 技术被广泛应用于制备高性能的金属
材料和合金。
通过定向凝固技术，可以获得具有优 良力学性能和抗疲劳性能的材料，提
高产品的可靠性和安全性。
快速凝固技术
快速凝固技术是一种材料加工 技术，它通过高冷却速率使材 料在短时间内凝固。
快速凝固技术可以制备出具有 微纳结构、高强度、高韧性的 材料，广泛应用于航空航天、 汽车、电子等领域。
相组成
材料的显微组织通常由多种相组成，不同相的体积分数和分布对材料 的性能产生显著影响。例如，硬质相可以提高材料的硬度，而软质相 则有助于提高材料的韧性。
材料凝固对性能的影响
力学性能
材料凝固过程中的组织演变对其力学性能具有重要影响。例如，粗大的柱状晶组 织可以提高材料的拉伸强度，但降低其韧性；而细小的等轴晶组织则可以提高材 料的韧性和冲击强度。
快速凝固技术具有短时间、高 效率的优点，可以降低生产成 本，提高材料性能。
消失模铸造技术
消失模铸造技术是一种近无余量的精确铸造方法，它采用泡沫塑料模样 代替传统金属模样，使液态金属在凝固过程中将模样全部气化消失。
消失模铸造技术具有生产周期短、成本低、精度高等优点，广泛应用于 航空航天、汽车、船舶等领域。
材料的凝固与铁碳相图资料课件
在凝固过程中，物质从液态转变为固态时，系统的自由能发生变化。自由能的变化决定了相变是否可以自发进行以及相变的速度。当自由能变化为负值时，相变可以自发进行；当自由能变化为正值时，相变不能自发进行。因此，了解自由能的变化是理解凝固过程的重要基础。
总结词
总结词
凝固过程中溶质再分配和成分过冷现象影响晶体形貌和相组成。
工艺制定
通过铁碳相图可以控制材料的熔炼、浇注、冷却等过程，确保获得高质量的铸件或锻件。
质量控制
铁碳合金的凝固过程
03
铁碳合金的凝固点取决于其成分，随着碳含量的增加，凝固点温度逐渐降低。
凝固点
形核与长大
热力学条件
在液态向固态转变过程中，铁碳合金中的原子首先形成晶核，随后晶核逐渐长大形成固态结构。
液态向固态的转变需要满足一定的热力学条件，如温度和压力等。
成分不均
由于合金在液态和固态下各组分扩散速度的差异，导致合金内部各部分成分分连续或断续的缝隙，通常是由于热应力和组织应力共同作用的结果。
变形
铸件在凝固和冷却过程中，由于各部位收缩不均匀或受到外力作用而产生的形状和尺寸变化。
铁碳合金的凝固工艺
06
合金元素可以改变材料的物理性能、机械性能和加工性能等，通过合理添加合金元素，可以提高材料的综合性能。
详细描述
总结词：结晶动力学是研究晶体生长速度、晶体形态和晶体结构随时间变化的科学。
铁碳相图
02
铁碳相图是表示铁碳合金在平衡状态下，温度、压力和各相之间关系的图形。
定义
铁碳相图由水平线（温度）、垂直线（压力）和曲线组成，其中曲线表示不同成分的铁碳合金在不同温度和压力下的平衡状态。
组成
铁碳相图反映了不同成分的铁碳合金在不同温度下的相变规律，如熔化、结晶、固态转变等。
总结词
总结词
凝固过程中溶质再分配和成分过冷现象影响晶体形貌和相组成。
工艺制定
通过铁碳相图可以控制材料的熔炼、浇注、冷却等过程，确保获得高质量的铸件或锻件。
质量控制
铁碳合金的凝固过程
03
铁碳合金的凝固点取决于其成分，随着碳含量的增加，凝固点温度逐渐降低。
凝固点
形核与长大
热力学条件
在液态向固态转变过程中，铁碳合金中的原子首先形成晶核，随后晶核逐渐长大形成固态结构。
液态向固态的转变需要满足一定的热力学条件，如温度和压力等。
成分不均
由于合金在液态和固态下各组分扩散速度的差异，导致合金内部各部分成分分连续或断续的缝隙，通常是由于热应力和组织应力共同作用的结果。
变形
铸件在凝固和冷却过程中，由于各部位收缩不均匀或受到外力作用而产生的形状和尺寸变化。
铁碳合金的凝固工艺
06
合金元素可以改变材料的物理性能、机械性能和加工性能等，通过合理添加合金元素，可以提高材料的综合性能。
详细描述
总结词：结晶动力学是研究晶体生长速度、晶体形态和晶体结构随时间变化的科学。
铁碳相图
02
铁碳相图是表示铁碳合金在平衡状态下，温度、压力和各相之间关系的图形。
定义
铁碳相图由水平线（温度）、垂直线（压力）和曲线组成，其中曲线表示不同成分的铁碳合金在不同温度和压力下的平衡状态。
组成
铁碳相图反映了不同成分的铁碳合金在不同温度下的相变规律，如熔化、结晶、固态转变等。
材料科学基础-9-材料的凝固
各向异性。
66
液态金属内部形核、长大的结果。 对钢铁等许多材料的铸锭和大部分铸件来
说，一般都希望得到尽可能多的等轴晶。 限制柱状晶的发展，细化晶粒，是改善铸
造组织、提高铸件性能的重要途径。
67
Crosssection of a cylindrical copper ingot. The small needle-shaped grains may be observed, which extend from the center radially outward
Cs
k
CS* CL*
—— Cl
28
CSfS + CLfL = C0 fS + fL = 1
k0 =
CS CL
CS
＝1k (k0来自0C0 1)f
S
CL ＝k0
C0 (1 k0 )
fL
29
30
31
2. 固相无扩散，液相有限扩散而无对流 起始暂态(非稳态)阶段 稳态阶段 终端暂态(非稳态)阶段
旋状等，具有明显的两相交替分布的特征； 非规则共晶的典型形态：针状、树枝状等，其规则
性差，无明显的两相交替分布的特征。
48
49
金属-金属型 层片或棒状
金属-非金属型 树枝状、针状
非金属-非金属型
50
先共晶相的形态主要取决于先共晶相的性质： 若先共晶相为金属的固溶体，凝固时固-液界面为
非均匀形核示意图
12
0.02Tm
0.02 Tm
非均匀自发形核率与均匀形核 率与过冷度的关系
13
14
-
Tk( Tm-Ti)
晶粒长大所需的动态
过冷度Tk很小，约 0.01～0.05℃即可
66
液态金属内部形核、长大的结果。 对钢铁等许多材料的铸锭和大部分铸件来
说，一般都希望得到尽可能多的等轴晶。 限制柱状晶的发展，细化晶粒，是改善铸
造组织、提高铸件性能的重要途径。
67
Crosssection of a cylindrical copper ingot. The small needle-shaped grains may be observed, which extend from the center radially outward
Cs
k
CS* CL*
—— Cl
28
CSfS + CLfL = C0 fS + fL = 1
k0 =
CS CL
CS
＝1k (k0来自0C0 1)f
S
CL ＝k0
C0 (1 k0 )
fL
29
30
31
2. 固相无扩散，液相有限扩散而无对流 起始暂态(非稳态)阶段 稳态阶段 终端暂态(非稳态)阶段
旋状等，具有明显的两相交替分布的特征； 非规则共晶的典型形态：针状、树枝状等，其规则
性差，无明显的两相交替分布的特征。
48
49
金属-金属型 层片或棒状
金属-非金属型 树枝状、针状
非金属-非金属型
50
先共晶相的形态主要取决于先共晶相的性质： 若先共晶相为金属的固溶体，凝固时固-液界面为
非均匀形核示意图
12
0.02Tm
0.02 Tm
非均匀自发形核率与均匀形核 率与过冷度的关系
13
14
-
Tk( Tm-Ti)
晶粒长大所需的动态
过冷度Tk很小，约 0.01～0.05℃即可
材料的凝固
第四章材料的凝固材料由液相至固相的转变成为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则凝固又称为结晶。
在恒压条件下，晶体的凝固需要过冷度，即实际凝固温度应低于理论凝固温度（即熔点）。
材料的凝固经历了形核与生长两个过程。
形核可分为均匀形核与非均匀（异质）形核。
对于均匀形核，当过冷液体中出现晶胚时，一方面，体系的体积自由能下降，这是凝固的驱动力，另一方面，由于形成了新的表面而增加了表面能，这成为凝固的阻力；综合驱动力和阻力的作用，可导出晶核的临界半径，临界半径对应的自由能称为形核功，其值等于表面能的三分之一，这部分的能量必须依靠液相中存在的能量起伏来补偿。
显然，材料的凝固需要过冷度、结构起伏和能量起伏。
纯金属在实际凝固时所需的过冷度很小，其原因是实际凝固时发生的是非均匀（异质）形核，异质基底通常可有效地降低单位体积的表面能，从而降低形核功。
影响形核后的晶体生长方式的重要因素是液-固界面的微观结构。
液-固界面的微观结构可分为光滑界面和粗糙界面。
连续生长方式对应的是粗糙界面，而二维形核和藉螺型位错生长二者对应的是光滑界面。
凝固时晶体的生长形态不仅与液-固界面的微观结构有关，而且取决于界面前沿液体中的温度分布情况：在正的温度梯度下，光滑界面结构的晶体其生长形态呈台阶状，而粗糙界面的晶体其生长形态呈平面状；在负的温度梯度下，光滑界面和粗糙界面结构的晶体其生长形态多呈树枝状。
材料的凝固速度是由形核率和晶体长大速度两个因素决定的。
形核率受形核功因子和扩散几率因子两个因素控制，而晶体的长大速度则与生长方式有关。
材料凝固后的晶粒尺寸随形核率的增加面减小，随晶体长大速度的增加面增大，控制晶粒尺寸主要从控制这两个因素着手，主要原因的途径有增大过冷度、加入形核剂以及采用振动或搅拌等物理方法。
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纯金属都有一个理论结晶温度T0(熔点或平衡结晶温度)。 在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态。
1)过冷
雾
液态金属在理论结晶温度以下
凇
开始结晶的现象称过冷。
结晶只有在T0以下的实际结晶温度下才能进行。
2）过冷度
理论结晶温度T0与实 际结晶温度T1的差T称 过冷度
T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速 度有关，冷速越大，过冷 度越大。
两个以上元素按不同比例配制的
一系列不同成分的合金。
合金分类：二元合金、三元
合金、多元合金。如：
黄铜：是由铜和锌两种组元组成 的二元合金；
硬铝：是由铝,铜,镁 三组元组成 的 我们就叫三元合金。
Cu 成分（wt %Ni） Ni Cu铜-Ni镍合金相图
3）相图：用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过 程的简明图解，又称状态图或平衡图。是制订熔炼、铸造、 热加工及热处理工艺的重要依据。
均匀形核更为普遍。
非
均
匀
形核示来自意均匀形核图
3、晶核的长大方式
1）晶核的长大方式有两种: ▪ 均匀长大 ▪ 树枝状长大。
均匀长大
树枝状长大
2）树枝状长大，这是由于存在负温 度梯度(dT/dx<0)如图：
a)界面处温度高（由于结晶潜热所致）
b)界面前方的液体具有更大的过冷度，
因此，当界面某处固相偶然伸入液相， 便能够速率生长。先形成一次轴，一次轴 又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。 负温度梯度
材料的凝固
第一节 纯金属的结晶
• 一. 冷却曲线与过冷度 • 二. 结晶的一般过程 • 三. 同素异构转变
一、冷却曲线与过冷
1、冷却曲线 金属结晶时温度与时间
的关系曲线称冷却曲线。 曲线上水平阶段所对应
的温度称实际结晶温度T1。 曲线上水平阶段是由于结
晶时放出结晶潜热引起的.
纯金属的冷却曲线
2、过冷与过冷度
当合金冷却到t3时，最后 一滴L3成分的液体也转变为 固溶体，此时固溶体的成分
又变回到合金成分3上来。
L
L
L
注意:
液固相线不仅 是相区分界线, 也是 结晶时两相的成分 变化线；
匀晶转变是变 温转变。
(3) 杠杆定律
处于两相区的合金，不仅由相图可知道两 t
平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相
的相对重量。
二、结晶的一般过程
1、结晶的基本过程 1)结晶两个基本过程 晶核的形成 晶核的长大. 2)结晶驱动力ΔG≤0 然界的自发过程是朝自由能 降低方向进行，热力学条件为自 由能ΔG ≤0 体系中各种能量的总和叫做 内能，其中可以对外做功或向外 释放的能量叫自由能ΔG
液体和晶体自由能随温度变化
ΔT
T1 T0
液相线
1、二元匀晶相图
两组元在液态和 固态下均无限互溶时所 构成的相图称二元匀晶 相图。
以Cu-Ni合金为例进 行分析。
固相线
1)相图构成
(1)两条线 上面是液相线 下面是固相线。
(2)三个相区 液相线以上为液相区L ， 固相线以下为 固溶体 区， 两条线之间为两相共存 的两相区（L+ ）。
L
液相线 L
晶 核 半 径 与 关 系
ΔG
2、晶核的形成方式 1)晶核 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。 在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。 2)形核有两种方式： 均匀形核（自发形核）--------由液体中排列规则的原子团形成晶核; 非均匀形核（非自发形核） ----以液体中存在的固态杂质为核心形核,非
-Fe
-Fe
• 2、固态转变的特点
⑴形核一般在某些特定 部位发生（如晶界、晶内缺 陷、特定晶面等）。
固态相变的晶界形核
(Sn-0.5%Cu铸态，255K)
锡 疫
⑵由于固态下扩散困难， 因而过冷倾向大。
⑶固态转变伴随着体积变 化（左图），易造成很大内应 力。
第二节 合金的结晶
一、二元相图的建立 二、二元相图的基本类型与分析
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
2、二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的 是热分析法。
1）二元相图的建立步骤：
以Cu-Ni合金(白铜)为例 ①配制不同成分合金： I(100%Cu) II (80%Cu) Ⅲ (50%Cu) Ⅳ (20%Cu) Ⅴ(0%Cu,100%Ni) ②测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇 点或转折点）。 ③将临界点标在温度--成分坐标中的成分垂线上。将垂 线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。
1、二元匀晶相图 2、二元共晶相图 3、二元包晶相图 4、形成稳定化合物的二元相图 5、具有共析反应的二元相图 6、二元相图的分析步骤 7、相图与合金性能之间的关系
一、二元相图的建立
1、组元、合金和相图
1）组元：组成合金的独立
的、最基本的单元，组元可以是
组成合金的元素或稳定的化合物。
L
温度（℃）
2）合金系：是指由两个或
现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：
则 QL + Q =Q QL x1 + Q x2 =xQ
为了计算简便，一般取合金总量Q =1。
2）相图的建立
以Cu—Ni合金用热分析法建立相图 ①配制一系列不同成份的合金：Ⅰ:纯铜 ; Ⅱ:75%Cu+25%Ni ;
Ⅲ：50%Cu+50%Ni; Ⅳ：25%Cu+75%Ni ; Ⅴ：纯Ni。 ②求得各相变温度， ③然后村标在座标纸上，将各点联成线得到两条曲线，组成Cu-Ni
合金相图。
二、二元相图的基本类型与分析
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
(2) 合金的结晶过程
除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合金 (30%Ni)为例分析：
液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。扩散
当合金I由液态缓冷到t1 时,L态中开始结晶出成分1 的固溶体，此时Ni含量高于
合金平均水平(30%Ni).
随温度↓, 相↑,L相↓
树枝状晶体长大示意图
树枝状晶体形貌
三、同素异构转变
物质在固态下晶体结构 随温度变化的现象称同素异 构转变。
同素异构转变属于相变之 一-----固态相变。 1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两 次晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
纯铁的同素异构转变
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)， -Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。