合金的结晶和二元相图

第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
2. 二元相图的使用 （1）由相图可以确定某一成分合金在某一温度时存在的相 （2）由相图可以确定给定合金的相变温度
（3）由相图可以确定某成分合金在某一温度下两平衡相的成分及 其相对含量。
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
3. 杠杆定律
如右图所示：Ni在合金中所占质量 百分比为x%; 随着冷却，当温度到达T1时，液相 中所含Ni质量为xL%，α相中所含 Ni质量为xs%。 假设：在温度为T1时，在此二元系 中，液相质量为wL，α相质量为wα， 则有：
1. 固溶体的分类： ✓ 按溶质原子所占据的位置
置换固溶体：溶质原子一般为半径相差不大的原子 间隙固溶体：溶质原子半径小的非金属原子
Fra Baidu bibliotek（H、O、N、C、B） ✓ 按溶质原子与溶剂原子的相对分布
无序固溶体 有序固溶体
第 1 节 合金的相结构
3.1 合金的相结构
2. 固溶体的性质
（1）点阵常数改变 （2）产生固溶强化 （3）物理和化学性能的变化
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
3.2.2 匀晶相图及其合金的结晶
定义：两组元在液态和固态均能无限互溶所形成的相图，称为匀晶相图。
液态、固态均能无限互溶形成单一的均匀固溶体合金的二元合金系称为匀晶系。由 液相结晶出单相固溶体的过程成为匀晶转变。
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
匀晶结晶的特点
1. 特点
✓ 晶体结构不同于任一组元金属 ✓ 性能不同于任一组元金属 ✓ 一般具有较高的熔点、硬度，较大的脆性
2. 分类
✓ 正常价化合物 ✓ 电子化合物 ✓ 间隙相和间隙化合物
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
3.2.1 二元合金相图的建立
相图：表示合金的状态、温度及成分关系的图解。
建立相图的意义：合金的结晶过程 遵循结晶的基本规律，由于合金成分中 包含有两个以上的组元，结晶过程中， 不同温度范围内存有不同数量的相，且 各相成分有时也可变化，引入合金相图 这一工具有助于研究合金状态、成分随 温度变化规律。
1点以上：L
1点-2点之间： L→α
2点-3点之间：α
3点-4点之间： α →βⅡ
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
含锡量≤19%的合金（合金Ⅰ）
二次结晶：由固溶体中析出另一个固相的过程称为脱溶过程，即过饱和固溶体的分解过 程，也称之为二次结晶。 二次相：析出的相称为次生相或二次相，次生的相以βⅡ表示，以区别于从液体中直接结 晶出来的β固溶体（初晶β ）。次生相不易长大，一般都比较细小。
3.2.3 共晶相图
定义：两组元在液态时完全互溶，在固态有限互溶，发生共晶转变的二元系相图称 为二元共晶相图。
共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相，同时结晶出成分一定的两个固相的 转变过程。
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
共晶相图分析
液相线: AEB 固相线: AMENB 固溶体溶解度线：MF,NG 共晶线：MEN水平线； 共晶点：E点
组元：是合金的合金元素，也可以是稳定的化合物。
相：是合金中化学成分、晶体结构皆相同，并以界面相互分 开的各均匀组成部分。
组织：是指用肉眼或显微镜所能观察到的微观形貌，包含合 金的不同形状、不同数量和分布不一的各组成部分，又称显 微组织。
第 1 节 合金的相结构
3.1.1 固溶体
固溶体：是指合金的组元之间以不同的比例通过相互互溶解而 形成的一种成分和性能均匀的固相。它的结构与组成该相合金 的某一组元相同。
第 1 节 合金的相结构
3.1.2 金属间化合物
金属间化合物：两组元形成合金时，当超过固溶体的溶解极限时， 形成的一种晶体结构不同于任一组元的新相（两组元间发生相互作 用），这种新相除了离子键和共价键外，金属键也参与作用，因而 具有一定的金属属性，称为金属间化合物，又由于其在二元相图的 位置总是位于中间，也称中间相。
相 区：单相区 ：L、α、β；两相区：L+α、L+β、α+β；三相区：L+α+β 共晶转变式：
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
典型共晶合金的平衡结晶及组织
共晶合金
亚共晶合金
过共晶合金
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
共晶合金的平衡结晶过程
含锡量≤19%的合金（合金Ⅰ） 结晶过程：匀晶反应＋二次析出（脱溶）
工程材料及应用
第 3 章 合金的结晶和二元相图
工程材料及应用 第 3章 合金的结晶和二元相图
1 合金的相结构 2 二元合金相图和合金的结晶 3 铁碳合金相图 4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 5 钢中杂质元素对钢性能的影响 6 铁碳合金相图的应用
第 1 节 合金的相结构
3.1 合金的相结构 由于合金中含有两种或两种以上的合金元素，所以结晶形成的晶 粒中也含有两种或两种以上的元素，其原子之间必然发生相互作 用。下面先介绍几个基本概念。
1）固溶体结晶在一个温度区间内完成； 2）α固溶体结晶过程与纯金属结晶相似，也存在形核与核长大的基本规律； 3）在两相区内，温度一定时，两相的成分是确定的； 4）在两相区内，某一温度下平衡的两相的相对质量比是一定的 。
两相的质量比可表达为：
wL w
bc ab
两相区
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
第 2 节 二元合金相图和合金的结晶
1. 二元合金相图的测定
（1）配置一系列不同成分的Cu-Ni合金若干组，配置的合金组数 越多，测得的相图也越精确。
（2）测得各组合金的冷却曲线，根据各冷却曲线的转折点确定合 金相变的临界点。
（3）建立温度-成分坐标系，分别作出各组合金的成分垂线，将 临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线。 （4）将各成分垂线上具有相同意义的点相连，并标明各区域内所 存在的相，即测得Cu-Ni二元合金相图。
wL xL%w x%x%
wL oaw ocoxwL w w ocox wL oxoa
w xcwL ax wL xc
w ax
rc
xL xS
s
杠杆定理的实质：溶质无论在液相与α相中如何分配， 溶质在此二元系中的质量总数不变，又因为在一定 温度下，两相成分是固定的，所以，Ni在二元系中 所占总质量比相当于Ni分别在液相与α相中所占质 量百分比的加权平均数，而液相与α相质量则是加权 系数。