44-45包晶相图
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共晶相图及包晶相图
区别：共晶相图和包晶相图在相的组成、温度范围和形成机制等方面存在差异。
联系：共晶相图和包晶相图都是描述合金在不同温度和成分下相组成变化的相图，对于理解合金的凝固过程和组 织结构具有重要意义。
应用：共晶相图和包晶相图在材料科学、冶金学等领域有着广泛的应用，对于指导合金的制备、加工和性能优化 具有重要意义。
备出具有优异性能的材料。
共晶相图和包晶相图可用于研究合金的凝固过程和组织演化。 通过共晶相图和包晶相图，可以预测合金的力学性能、热学性能和磁学性能等。 在材料科学领域，共晶相图和包晶相图是研究合金相变和材料性能的重要工具。 共晶相图和包晶相图的应用有助于优化合金成分和制备工艺，提高材料性能和应用范围。
液相区：表示液态物质存在的区域
固相区：表示固态物质存在的区域
共晶区：表示共晶相存在的区域，即液态和固态同时存在的区域
包晶区：表示包晶相存在的区域，即液态和固态同时存在，但其中一种物质被另一 种物质包裹的区域
定义：等温线是相 图中表示不同温度 下系统状态的水平 线
作用：等温线可以 用来确定不同温度 下系统的平衡状态 和相组成
联合应用：通过综合考虑共晶相图和包晶相图的信息， 可以更准确地预测合金的凝固行为和组织，从而设计出具有优异性能的新型合金。
添加标题
实际应用案例：介绍共晶相图和包晶相图在合金设计中的一些实际应用案例，例如航空航天、 汽车、能源等领域中具有高性能要求的合金材料的设计和制备。
特点：在包晶相图中，液相线与固相线的交点是包晶点，该点表示在特定温度下，液相与固相发生包晶转变的成 分和温度。
应用：包晶相图在材料科学、冶金学和铸造等领域有广泛应用，用于研究合金的凝固过程和组织结构。
定义：共晶相图是指合金在共晶温度下，不同成分的合金以不同的相组成多相体系的相图；包晶相图是指以某一 固相为基底，通过加入不同成分的液体来形成多相体系的相图。
联系：共晶相图和包晶相图都是描述合金在不同温度和成分下相组成变化的相图，对于理解合金的凝固过程和组 织结构具有重要意义。
应用：共晶相图和包晶相图在材料科学、冶金学等领域有着广泛的应用，对于指导合金的制备、加工和性能优化 具有重要意义。
备出具有优异性能的材料。
共晶相图和包晶相图可用于研究合金的凝固过程和组织演化。 通过共晶相图和包晶相图，可以预测合金的力学性能、热学性能和磁学性能等。 在材料科学领域，共晶相图和包晶相图是研究合金相变和材料性能的重要工具。 共晶相图和包晶相图的应用有助于优化合金成分和制备工艺，提高材料性能和应用范围。
液相区：表示液态物质存在的区域
固相区：表示固态物质存在的区域
共晶区：表示共晶相存在的区域，即液态和固态同时存在的区域
包晶区：表示包晶相存在的区域，即液态和固态同时存在，但其中一种物质被另一 种物质包裹的区域
定义：等温线是相 图中表示不同温度 下系统状态的水平 线
作用：等温线可以 用来确定不同温度 下系统的平衡状态 和相组成
联合应用：通过综合考虑共晶相图和包晶相图的信息， 可以更准确地预测合金的凝固行为和组织，从而设计出具有优异性能的新型合金。
添加标题
实际应用案例：介绍共晶相图和包晶相图在合金设计中的一些实际应用案例，例如航空航天、 汽车、能源等领域中具有高性能要求的合金材料的设计和制备。
特点：在包晶相图中，液相线与固相线的交点是包晶点，该点表示在特定温度下，液相与固相发生包晶转变的成 分和温度。
应用：包晶相图在材料科学、冶金学和铸造等领域有广泛应用，用于研究合金的凝固过程和组织结构。
定义：共晶相图是指合金在共晶温度下，不同成分的合金以不同的相组成多相体系的相图；包晶相图是指以某一 固相为基底，通过加入不同成分的液体来形成多相体系的相图。
3.4 包晶相图
C 包晶转变是恒温转变，实际生产时不能提供恒温条件。
答案：AB 这两条都是在实际生产中包晶转变不能充分进行的原因 。
40
41
Байду номын сангаас
22
（4）共析转变相图 由一个一定成分
的固相，在恒温
下同时转变成另 外两个一定成分 的固相的过程， 称为共析转变。
Ti (Ti )
590 o C
Fe-Ti相图
23
（5）包析转变相图
由两个一定成分
的固相，在恒温
下转变成另一个
一定成分的固相 的过程，称为包 析转变。
Fe2 B
Pt-Ag相图
11
L L多 L多 II
匀晶 包晶 匀晶 脱溶
12
13
10.5%<Ag<42.4%的Pt-Ag合金
Pt-Ag相图
14
L L多 多 II II
（3）组元间形成不稳定化合物的相图
不稳定化合物是指两组元形成的没有明显熔点， 并在一定温度就发生分解的化合物。
28
二元系各类恒温转变图型
29
30
31
3.8 二元相图的分析和使用
32
复杂二元相图的分析步骤
对于一个复杂的二元相图，首先看是否有稳定的化合
物，如果有则以稳定化合物为界把相图划分成几个简 单相图再进行下一步分析。 根据相区接触法则，区别各相区。 找出恒温转变的水平线，根据水平线周围相邻的相区 情况确定恒温转变的类型。这是分析相图的关键。 利用相图分析典型合金结晶过程及组织。
33
I. 包晶转变
匀晶、共晶、包晶
反 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
应
T,C
要
点
L
L+
L+
183 c
d
e
+
Pb f
g Sn
L
X1合金结晶过程分析
T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 c
d
e
{
3
f4
Pb X1
+
g
Sn
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
X1L合金结晶特点
1.没有共晶反应过程，
T,C
而是经过匀晶反应形成
有一个三相共存的水平线dec。在该线上进行包晶反应。
包晶转变： Ld + c e
T,C
L+
c e
L
d L+
T,C
L
L+ L+
+
f
Pt
Ag%
铂-银合金包晶相图
+ Ⅱ
g
Ag
t
4、具有共析反应的相图
自某种均匀一致 的固相中同时析出 两种化学成分和晶 格结构完全不同的 新固相的转变过程 称为共析反应。
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
简化的Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
912℃ A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
3.4-包晶相图
αC+L2D
20
（2）熔晶转变相图
熔晶转变相图
熔晶转变是一个固 相转变为另一个固 相和一个液相的恒 温转变。
L
Fe-B相图
21
13810 C
（3）合晶转变相图
由两个一定成分的液相L1和L2，在恒温下转变为一
个一定成分的固相的过程，称为合晶转变。
557c L1 L2
33
I. 包晶转变
L
Ⅱ.包晶转变
L
Ⅲ.包晶转变
L
34
Ⅳ.共析转变
Ⅴ.共析转变
Ⅵ.共析转变
Ⅶ.共析转变
35
Ⅷ.包析转变
Ⅸ.包析转变
Ⅹ.熔晶转变
L
Ⅺ. 共晶转变
L
36
应用相图要注意的问题
相图只能给出合金在平衡条件下存在的相和相 对量，并不表示相的形状、大小和分布，而这
些主要取决于相的特性及形成条件。
相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件 下，合金很少能达到平衡状态。
37
本节要点
概念：包晶转变、共析转变、偏晶转变、 熔晶转变、合晶转变、包析转变
由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
1
共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为：
Sn<19.2%和Sn>97.5% 的合金可以看作是匀晶合金
共晶合金 亚共晶合金
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过共晶合金
2
讲座-44-45包晶相图学习文档
1. D点合金
由L/界面开始包围着 ，同 时向L、长大，且同时消耗完， 生成
T（℃） A
L 42.4%Ag
L＋
C
D
＋
E Pt
P
L＋
F
相： ＋ 组织： 包 ＋ II
B
Ag
2. CD段合金
T（℃） A
L
L
L→
L＋ →
E
Pt
ᅳ → II ᅳ → II
δ→＋L
2．合成型
（1）包析：
两固相合成一 个新固相
＋ Fe2B ᅳ →
（2）合晶： 两个互不溶液相共同生成一个固相 L1＋ L2 ᅳ →
三、有序无序转变
←→ ←→ ←→
四、同素异晶转变
←→ ←→
五、复杂二元相图特点总结
1. 恒温转变类
共晶转变 L
相： ＋ 组织： 初 ＋ 包＋ II ＋ II
L＋
P
C
D
L＋
B
＋
F Ag
与D点类似，但L相消耗 完时， 还有剩余
3. DP段合金
T（℃） A
L
L
L→
L＋ →
L＋
P
C
D
L＋
B
＋
L→
E
Pt
F Ag
相消耗完时， L还有剩余
ᅳ → II
由杠杆定律求出
三相区： 三相的成分是固定的，反应前后相的相对含量
由杠杆定律求出
2.
分
析
实
L
例
由L/界面开始包围着 ，同 时向L、长大，且同时消耗完， 生成
T（℃） A
L 42.4%Ag
L＋
C
D
＋
E Pt
P
L＋
F
相： ＋ 组织： 包 ＋ II
B
Ag
2. CD段合金
T（℃） A
L
L
L→
L＋ →
E
Pt
ᅳ → II ᅳ → II
δ→＋L
2．合成型
（1）包析：
两固相合成一 个新固相
＋ Fe2B ᅳ →
（2）合晶： 两个互不溶液相共同生成一个固相 L1＋ L2 ᅳ →
三、有序无序转变
←→ ←→ ←→
四、同素异晶转变
←→ ←→
五、复杂二元相图特点总结
1. 恒温转变类
共晶转变 L
相： ＋ 组织： 初 ＋ 包＋ II ＋ II
L＋
P
C
D
L＋
B
＋
F Ag
与D点类似，但L相消耗 完时， 还有剩余
3. DP段合金
T（℃） A
L
L
L→
L＋ →
L＋
P
C
D
L＋
B
＋
L→
E
Pt
F Ag
相消耗完时， L还有剩余
ᅳ → II
由杠杆定律求出
三相区： 三相的成分是固定的，反应前后相的相对含量
由杠杆定律求出
2.
分
析
实
L
例
8.7包晶相图
三元相图
❖ 具有三相平衡的三元共晶相图 ❖ 具有三相平衡的三元包晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包共晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包晶相图 ❖ 三元相图举例
三相平衡的三元相图
❖ 由相律可知三元合金在三相平衡时，其自由度为1，所以温 度和三个平衡相的成分只有一个可以独立改变，即在温度一 定时三个平衡相的成分是一定的，温度改变时三个平衡相的 成分也随之改变，当一个相的成分被确定后，则温度和另外 两个相的成分就随之而定了。
可见合金应发生四相平衡包晶转变
在发生这一转变的前后，应发生 共晶转变
及
包晶转变
O点位于初晶的 液相面内，其初生相应为 。
综上所述，合金O的平衡凝固过程为：
由于O点位于L、 单变量线之间 转变结束后，L、 两相平衡
然后发生
转变
合金凝固后的组织应为单一的 相。
但因O点位于三角形a1b1c1内，所以在进行
包晶转变的L、 单变量线之间
,
,
初晶 的液相面内，同时还位于三角形
,
a1b1c1内，由此可以推断，此合金的凝
固顺序应为：
室温组织为初晶 ＋次生 ＋次生 。
总结：如何区分四相平衡的类型
1.四相平衡共晶转变平面
（1）四相平衡共晶转变的反应式为：L→α+β+γ。 （2）在立体图中四相平衡平面，其上面与三个三相平衡棱 柱衔接，下面与一个三相平衡棱柱衔接。图中带箭头的线分 别为平衡相的单变量线，也就是三棱柱的棱边。
而成分位于 bpc中的合金在
L r 反应后， 进入 L r 三相区
而成为位于ap线上的三元合金在凝固时 不发生三相平衡包晶转变。
(L , L r)
在匀晶转变 L 后
在Tp温度发生四相平衡包共晶转变
❖ 具有三相平衡的三元共晶相图 ❖ 具有三相平衡的三元包晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包共晶相图 ❖ 具有四相平衡的三元包晶相图 ❖ 三元相图举例
三相平衡的三元相图
❖ 由相律可知三元合金在三相平衡时，其自由度为1，所以温 度和三个平衡相的成分只有一个可以独立改变，即在温度一 定时三个平衡相的成分是一定的，温度改变时三个平衡相的 成分也随之改变，当一个相的成分被确定后，则温度和另外 两个相的成分就随之而定了。
可见合金应发生四相平衡包晶转变
在发生这一转变的前后，应发生 共晶转变
及
包晶转变
O点位于初晶的 液相面内，其初生相应为 。
综上所述，合金O的平衡凝固过程为：
由于O点位于L、 单变量线之间 转变结束后，L、 两相平衡
然后发生
转变
合金凝固后的组织应为单一的 相。
但因O点位于三角形a1b1c1内，所以在进行
包晶转变的L、 单变量线之间
,
,
初晶 的液相面内，同时还位于三角形
,
a1b1c1内，由此可以推断，此合金的凝
固顺序应为：
室温组织为初晶 ＋次生 ＋次生 。
总结：如何区分四相平衡的类型
1.四相平衡共晶转变平面
（1）四相平衡共晶转变的反应式为：L→α+β+γ。 （2）在立体图中四相平衡平面，其上面与三个三相平衡棱 柱衔接，下面与一个三相平衡棱柱衔接。图中带箭头的线分 别为平衡相的单变量线，也就是三棱柱的棱边。
而成分位于 bpc中的合金在
L r 反应后， 进入 L r 三相区
而成为位于ap线上的三元合金在凝固时 不发生三相平衡包晶转变。
(L , L r)
在匀晶转变 L 后
在Tp温度发生四相平衡包共晶转变
第三章(包晶相图)3-2
2、应用相图时要注意的问题： 2.1相图反映的是平衡条件下相的平衡，而不是 组织的平衡； 2.2相图给出的是平衡状态时的情况； 2.3二元相图只反映二元合金相的平衡关系；
3、根据相图判断合金的性能：
3.1根据相图判断合金的机械性能和物理性能：
3.1.1单相固溶体α、β区，性能呈曲线变化：
•固溶强化：随溶质浓度的增加，强度、硬度增加， 塑性、韧性降低；
§3-6 包晶相图及其合金的结晶
包晶相图：两组元在液态相互无限溶解， 在固态相互有限溶解，并发生包晶转变 的二元合金系相图。例如：Pt-Ag、CuZn 相图；
1、相图分析：以 Pt-Ag相图为例；
1.1相图中的点： a点： Pt的熔点；点： Ag的熔点；e点：包晶点 1.2相图中的线： 液相线：adb线；固相线：aced线；
cf线： Pt溶入Ag 的溶解度曲线；
eg线： Ag 溶入Pt的溶解度曲线； 1.3相图中的相区： 单相区：Ｌ、α、β 两相区：Ｌ＋α、Ｌ＋β、α＋β；
三相共存区：Ｌ＋α＋β；
相图中ced水平线是包晶转变线。
反应式为
Le c d
tD
•包晶反应：在一定的温度下，由一定成分的固相 与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的 固相的转变过程，称为包晶转变或包晶反应。 •其中：e点为包晶点； • ｔe：包晶温度； •在包晶线上：f=c-p+1=2-3+1=0;
2、典型合金的平衡结晶过程及组织
2.1包晶点合金：含银量为WAg=42.4%的Pt-Ag合金: (合金Ⅰ）
室温组织： β＋αⅡ；转变示意图如图所示：
利用杠杆定律计算相对含量： 当温度在1186℃时， 未发生包晶转变时液相L和α相的含量为：
包晶凝固
包晶反应和包晶相变在金属凝固中是比较常见的，在Fe-C基合金，Fe-Ni基合金，Cu-Sn合金，Cu-Zn等合金中，都能见到包晶反应和包晶相变。
包晶反应相图图为具有包晶反应的相图，这种相图是在Fe等合金中经常可以看到的相图。
Ⅰ的左侧只有单相图的α凝固，Ⅲ的右面为单相的β相凝固，在Ⅰ与Ⅱ之间，先是α相凝固．如果温度下降到包晶反应温度T p，已经凝固出的α相与液相发生反应．形成P点成分的β相；Ⅱ与Ⅲ之间的合金α相析出后，马上就与液相在包晶反应温度T p下进行包晶反应，形成β相，包晶反应完成后还残余一些液体。
典型的包晶反应相图如图2所示。
这是选择具有典型包晶凝固特征的w（Co）成分的合金作为研究对象，该合金首先析出α枝晶，在α枝晶的长大过程中，组元B在液相中富集，导致液相成分沿相图中的液相线变化。
当温度降至Tp时，则发生包晶反应Lp+α=β。
β相在α相表面发生异质形核，并很快沿表面生长，将α相包裹在中间。
进—步的包晶反应通过β相内的扩散进行。
组元B自β与L 界面向a与β界面扩散，导致α与β界面向α相—侧扩展，而组元A则自α与β界面向β与L界面扩散并导致该界面向液相扩展，最后完成包晶凝固反应。
图2由于固相扩散速度比较缓慢，利于α相的大量形核。
通常人们正是利用这一特点．进行细化晶粒的。
例如AI台金液中加入少量Ti，可以形成TiAl3。
当Ti的质量分数超过0.15％时，将发生包晶反应：TIAl3+L→α，包晶反应产物α为A1台金的主体相，它作为一个包层，包围着非均质核心。
由于包层对溶质元素扩散的屏障作用，使得包晶反应不易继续进行下去．也就是包晶反应产物α相不易继续长大，因而获得细小的晶粒组织.在近平衡凝固条件下，凝固结束后的β相中心往往住存在近平衡的α相。
但固相扩散系数较大的溶质组元，如钢中的碳元素，在包晶凝固时可以充分扩散。
具有包晶反应的碳素钢，初生δ相在冷却到奥氏体区后完全消失。
一、包晶反应：相图中包晶反应是α相与β相以及液相相互接触的条件下进行的，这中包晶反应是以两种方式进行的，即（1）在液体中β相形核、生长不与α相接触；（2）β相形核、生长与α相接触。
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六、二元相图分析方法
1. 分析步骤
先看是否存在稳定的化合物 —— 分割相图 根据相区接触法则确定个相区 确定三相水平线的反应类型 分析合金随温度变化发生的转变和组织、成分变化规律
单相区：相的成分与原合金相同 双相区： 两相的成分沿相区界限变化，两相的相对
含量由杠杆定律求出
三相区： 三相的成分是固定的，反应前后相的相对
（2）合晶： 两个互不溶液相共同生成一个固相 L1＋ L2 ᅳ →
三、有序无序转变
←→ ←→ ←→
四、同素异晶转变
←→ ←→
五、复杂二元相图特点总结
1. 恒温转变类
共晶转变 共析转变 分解型
L
L2
L L1
L2
VII. 共析反应
VIII. 包析反应
IX. 包析反应 X. 熔晶反应 L XI. 共晶反应 L L
与D点类似，但L相消 耗完时， 还有剩余
相： ＋ 组织：初 ＋ 包＋ II ＋ II
3. DP段合金
L L→
L＋ →
T（℃） A
L
C
L＋
D
P
L＋
L→
＋
F
B
E Pt
Ag
ᅳ → II
相消耗完时， L还有剩余
相： ＋ 组织： 包 ＋ 初 ＋ II
二、具有三相平衡的二元相图
1． 分解型
（1）共析转变：
一个固相分解为 两个新固相 ᅳ → ＋Fe3C
（2）偏晶： L1分解为另一液相L2与新固相
L1 → L2＋Cu
（3）熔晶： 一个固相，部 分转变为新固 相，部分熔化
δ→＋L
2．合成型
（1）包析：
两固相合成 一个新固相
＋ Fe2B ᅳ →
三相区：一个（水平线）
包晶线：
C—D—P
液相线：
线： A—P—B
T（℃） A
L
固相线：
A—C—D—B
C
L＋
1186℃ D
P
L＋
固溶度曲线：
CE、DF
E Pt
＋
F
B
包晶点：
点：
Ag
D（或 P）
最大溶解度点：
C、D
2． 相变反应
匀晶反应：
Lᅳ→ Lᅳ→
T（℃） A
L
C
包晶反应：
L＋ ᅳ →
L＋
1186℃ D
P
L＋
脱溶转变：
ᅳ → II ᅳ → II
E Pt
＋
F
B
Ag
3．包晶转变特点
T（℃） A
L
L＋
C 1186℃ D
相律： f ＝ c － p ＋ 1
＝2－3＋1 ＝0
P
L＋
＋
E Pt F
B
Ag
1）恒温结晶
2）恒成分结晶
二． 平衡凝固过程
1. D点合金
含量由杠杆定律求出
2. 分 析 实 例
L
I. 包晶反应 L
II. 包晶反应 L III. 包晶反应 L
L
IV. 共析反应
V. 共析反应 L
VI. 共析反应
偏晶转变 L1 L2 熔晶转变
L
L L L1
包晶转变 L
合成型
包析转变
合晶转变 L1 L2
2. 其它转变
具有稳定化合物的 —— 分割相图 具有有序－无序转变的 具有同素异构转变的 —— 位于单相区内 —— 位于单相区内或连续几次 固态相变
第四节 二元包晶相图
包晶转变： 由液相和一固相生成另一固相的转变（相变） LP ＋ C ᅳ → D
一、相图分析
1 1186℃ D
L＋
单相区：三个
L、 、
＋
E Pt F
B
区：
双相区：三个
L＋ 、 L＋ 、 ＋ L＋ ＋
Ag
由L/界面开始包围着 ， 同时向L、长大，且同时消 耗完，生成
T（℃） A
L
C
42.4%Ag
L＋
D
P
相： ＋ 组织： 包 ＋ II
B
L＋
＋
E Pt F
Ag
2. CD段合金
L L→
L＋ →
Pt
T（℃） A
L
C
L＋
D
P
L＋
＋
E F
B
Ag
ᅳ → II ᅳ → II
三． 非平衡凝固过程
相附在上形核，并包围
元素扩散必 须经过 层 固相中原子扩 散速度很慢
T（℃） A
L
C
L＋
D
P
→困难 非平衡时，DP段合金，相有剩余
Pt
L＋
＋
E F
B
Ag
包晶转变不完全性 包晶偏析 扩散退火消除
第五节 其它二元相图
一、形成化合物的二元相图
一个单相区缩成一条垂线，可看作两相图的拼接