金属共晶相图(详实参照)
金属的晶体结构和二元合金相图68页PPT
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
金属的晶体结构和二元合金相图
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
二元相图（匀晶,共晶）（精）
三）固溶体的非平衡凝固
不平衡结晶的过程分析 假定：不平衡结晶时，液相成分借助扩散、对流或搅拌等 作用完全均匀化，固相内却来不及扩散。
三）固溶体的非平衡凝固
① 将各温度下固溶体和液相的平均成分点连接成线，得 到固溶体和液相的平均成分线。
② 不平衡凝固时，液固相在各温度时的相平衡成分仍然 在平衡凝固时的液固相线上，只是其平均成分线偏离 了平衡凝固时的液固相线。
四、杠杆定律
在二元合金相图的两相区内，温度一定时，两相的重量比是一定的。 合金成分为C0，总重量为1, 在T 温度时，由液相和固相组成，液 相的成分为CL，重量为WL，固 相成份为Cα，重量为Wα。
1 = WL +Wa
1 C0 WL CL W C
WL = Ca - C0 Wa C0 - CL
固溶体凝固与纯金属凝固的比较
固溶体的凝固与纯金属的凝固相比有两个显著特点：
⑴ 固溶体合金凝固时结晶出来的固相成分与原液相成分不 同。结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶 (又称选择结晶)；纯金属凝固结晶时结晶出的晶体与母相化 学成分完全一样称为同分结晶。
固溶体的结晶属于异分结晶，在结晶时的溶质原子必然要在 液相和固相之间重新分配。
的相图上有极小点；
在Pb-Tl、Al-Mn等合金的相图上 有极大点。
二）固溶体的平衡凝固
平衡凝固：从液态无限缓慢冷却，在相变过程中充分进行组元间互相 扩散，达到平衡相的均匀成分，这种凝固过程叫平衡凝固。
x合金凝固过程及组织
冷至T1时
开始凝固出α1成分的固相 α1中的含Ni量比x合金高， α1旁的液体中含Ni量降 低，扩散平衡后液体成分 为L1
一、 二元系相图的表示法
二元系物质有成分的变化，在反映它的 状态随成分、温度和压力变化时，必须用一 个坐标轴的三维立体相图。由于二元合金的 凝固是在一个大气压下进行，所以二元系相 图的表示多用一个温度坐标和一个成分坐标 表示，即用一个二维平面表示。
共晶相图(东南大学材料科学基础)
➢以合金平均成分点为支点 F
Pb
➢以两相成分点为端点
L
L＋
L＋ TS
E
N
＋
G Sn
W FC W CG
W FC W CG
%
对面力臂长 杠杆总长
100%
CG FG
100%
%
对面力臂长 杠杆总长
100%
FC FG
100%
T（℃） TA 10%Sn
1 2
3M
%
100 10 100 2
100%
液相线：
线： TA——E——TS
固相线：
TA—M—E—N—TS
固溶度曲线：
MF、NG
T（℃）
TA
L
L＋
M
183℃
L＋ TS
E
N
＋
F
G
Pb
Sn
共晶点：
E
点：
最大溶解度点：
M、N
2． 相变反应
匀晶反应：
Lᅳ→ Lᅳ→
共晶反应：
L ᅳ →（＋）共
脱溶转变：
ᅳ → II ᅳ → II
T（℃）
TA
L
T（℃） TA
M
L
61.9%Sn
L＋
L＋ TS
E
N
＋
以合金平均成分点为支点
F
G
以两相成分点为端点
Pb
Sn
W MC W CN
%
EN MN
100%
%
ME
100%
MN
97.5 61.9 100% 45.4% 97.5 19
61.9 19 100% 54.6% 97.5 19
3． 亚共晶合金
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 )
匀晶、共晶、包晶
何谓共晶反应、包晶反应和共析反应? 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点 共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下， 共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用， 一种固相的反应过程。 一种固相的反应过程。 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下， 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解 成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 共同点：反应都是在恒温下发生， 共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成 分的相，都处于三相平衡状态。 分的相，都处于三相平衡状态。 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应； 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共 析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应； 析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是 一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。 一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。 两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成的相 两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶， 图称为二元匀晶相图 二元匀晶相图。 图称为二元匀晶相图。
三．共晶相图
二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶， 二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态 时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二 时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二 元共晶相图。 元共晶相图。 共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相 液相同时结晶出 共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相 的复合混合物的反应。 的复合混合物的反应。 共晶体：共晶反应的产物是共晶体。 共晶体：共晶反应的产物是共晶体。 共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。 共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。
13.共晶相图和相图分析
匀晶合金：W Mo Ni Fe Mo Cr Au Ag Ni Cu -----,,,,共晶合金：Si Mg Mg Al Cu Al Si Al Bi Pb Cu Ag Sb Pb Sn Pb --------,,,,,,, 包晶合金：铂银、锡锑、铜锡、铜锌等第五节共晶相图及其合金的结晶共晶相图：两组元在液态时相互无限互溶，在固态时相互有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图，称为二元共晶相图共晶合金Bi Pb Cu Ag Sb Pb Sn Pb ----,,,等合金系的相图都属于共晶相图，在铁碳、铝镁等相图中，也包含有共晶部分一，Sn Pb -二元共晶相图分析图3-33 四条线：图中AE/BE 为液相线，AMNB 为固相线，MF 为锡在铅中的溶解度曲线，也叫固溶度曲线，NG 为铅在锡中的溶解度曲线。
几个相区：1. 相图中有三个单相区：液相L 、固溶体α相、固溶体β相、α相是锡溶于铅中的固溶体，β相是铅溶于锡中的固溶体2. 各个单相区之间有三个两相区，即βαβα+++,,L L3. 在βαβα+++,,L L 两相区之间的水平线MEN 表示L ++βα三相共存区 共晶转变● 在三相共存水平线所对应的温度下，成分相当于E 点的液相E L 同时结晶出与M 点相对应的M α和N 点所对应的N β两个相，形成两个固溶体的混合物。
这种转变的反应式是N M E L βα+↔● 这种在一定的温度下，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，称为共晶转变或共晶反应。
共晶组织共晶转变的产物为两个固相的混合物，称为共品组织。
共晶转变时的相律自由度：根据相律可知，在发生三相平衡转变时，自由度等于零，所以这一转变必然在恒温下进行,而且三个相的成分应为固定值，在相图上的特征是三个单相区与水平线只有一个接触点，其中液体单相区在中间，位于水平线之上，两端是两个固相单相区。
共晶线共晶点共晶温度：相图中的MEN 水平线称为共晶线，E 点称为共晶点，E 点对应的温度称为共品温度， 成分对应于共晶点的合金称为共晶合金，成分位于共晶点以左M 点以右的合金称为亚共晶合金，成分位于共晶点以右N 点以左的合金称为过共晶合金。
金相培训-共晶相图
• 各组织的相对量可由杠杆定律确定。共晶组织为 49％，未发生变化。共晶反应后2’时的a相在冷却 中析出次生b，其相对量发生变化： bII ＝ 51％ × (0.19－0.02) / (1－0.02) × 100％＝ 8.85% 初生a ＝(1－0.49－0.0885) × 100 ％ ＝ 42.15 ％
合金相图： 是利用图解方法表示合金系中相的组成与成分、温度之间的关系的图形，又称为 状态图或平衡图。 均晶相图：两组元在液态、固态都无限互溶，从液相中直接结晶出单相固溶 体的合金系相图。 共晶相图：二组元在液态无限溶解，固态有限溶解，通过共晶反应形成两相 机械混合物的二元相图叫二元共晶相图。 包晶相图：二组元在液态无限溶解，固态下有限溶解、发生包晶反应的相图 叫二元包晶相图。
36
Fe-C合金
纯铁 铁的同素异晶转变 重结晶 ：固态下的相变结晶过程 铁素体：碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。符号：F 或α。 奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体。符号：A或γ。 δ铁素体：碳溶于体心立方晶格δ-Fe中的间隙固溶体
渗碳体：铁与碳形成的间隙化合物。含碳量6.69% 符号：Fe3C
或Cm。
金属与合金的晶体结构
三种典型的金属晶体结构 体心立方晶格 bcc 面心立方晶格f cc 密排六方晶格 hcp
晶体中原子堆垛方式和间隙
金属原子 八面体间隙 (a)
(a) 八面体间隙
金属原子 四面体间隙 (b)
面心立方结构中的间隙
(b) 四面体间隙
晶粒:组成固态金属的结晶颗粒叫做晶粒。 多晶型性：固态金属在不同温度和压力下具有不同的晶体 结构的现象。
工业纯铁：WC＜0.0218%的铁碳合金。
1：工业纯铁 2：共析钢 3 &4：碳钢 5 ：共晶白口铁 6：亚共晶白口铁 7：过 共晶白口铁
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5.3.2 二元共晶相图
①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转
变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。
如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。
Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图5.26, 下面以它为例进行讲解。
首先分析相图中
的点,线和相区。
图5.26 铅锡相图
一、相图分析
1、点： t
A ，t
B
点分别是纯组元铅与锡的熔点，为327.5o C和231.9o C。
M点：为锡在铅中的最大溶解度点。
N点：为铅在锡中的最大溶解度点。
E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变L
E →α
M
+β
N
共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。
F点：为室温时锡在铅中的溶解度。
G点：为室温时铅在锡中的溶解度。
2、t
A Et
B
线：为液相线，其中t
A
E线：为冷却时L→α的开始温度线，Et
B
线：为冷
却时L→β的开始温度线。
t
A MENt
B
线：为固相线，其中t
A
M线：为冷却时L→α的终止温度线，t
B
N线：
为冷却时L→β的终止温度线。
MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转
变L
E
→（α
M
+β
N
）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体
或共晶组织。
MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。
NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。
3、相区
（1）单相区：在t
A Et
B
液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。
t
A
MF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。
t
B
NG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。
（2）两相区：在t
A EMt
A
区为L+α相区，在t
B
ENt
B
区为L+β相区。
在FMENGF区为α+β相区。
（3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。
由相律可知三相平衡
共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。
具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含Sn61.9%的合金。
②成分位于共晶点（E）以左，M点以右的合金称为亚共晶合金，如含Sn19%~61.9%的合金都是亚共晶合金。
③成分位于共晶点（E）以右，N点以左的合金称为过共晶合金。
如含Sn61.9%~97.5%的合金都是过共晶合金。
④成分位于M点以左，N点以右的合金称为端部固溶体合金。
如含Sn小于19%和大于97.5%的合金都是端部固溶体合金。
二.共晶系典型合金的平衡凝固过程分析
1.端部固溶体合金（10%Sn-Pb合金）
由图5.26可以看出，合金①冷却到t
1
温度时开始发生匀晶转变从L→α。
随着
温度的降低α量不断增加，L量不断减少，并且α相的成分沿固相线t
A
M变，L
相的成分沿液相线t
A E变。
当冷却到t
2
温度时L全部转变成α相，继续降低温度
α相自然冷却不发生成分和相的变化。
当冷却到t
3
温度时，Sn在α固溶体中达
到饱和状态，因此随着温度的降低，它处于过饱和状态，多余的Sn以β固溶体的形式从α固溶体中析出，这时α固溶体的平衡成分沿MF线变化，相对量逐渐减少，而析出的β固溶体的平衡成分沿NG线变化，相对量逐渐增加。
通常将固溶体中析出另一种固相的过程称为脱溶转变，脱溶转变的产物一般称为次生相或
二次相。
次生相β固溶体用β
Ⅱ
表示，以区别从液相中直接凝固出的β固溶体。
由于次生相是从固相中析出的，而原子在固相中的扩散速度慢，所以次生相一般都较细小，并分布在晶界上或固溶体的晶粒内部。
由上述分析可知该合金在室温
时的组织为α+β
Ⅱ，见图5.27。
图中黑色基体为α相，白色颗粒为β
Ⅱ
相。
图5.28为该合金的平衡凝固过程示意图。
图5.27 10%Sn-Pb 合金显微组织 500×
图5.28 10%Sn-Pb 合金凝固过程示意图
由相图可以看出F点以左，G点以右的合金凝固过程与匀晶合金完全相同，而成分位于F点和M点之间的所有合金的平衡凝固过程都与上述合金相同,显微组织
都为α+β
Ⅱ,只是α和β
Ⅱ
的相对量不同。
合金成分越接近M点，其含β
Ⅱ
越多，
而越接近F点，其含β
Ⅱ
越少。
另外由相图还可以看出，成分位于N点和G点之间的所有合金的平衡凝固过程与上述合金相似，所不同的是它从L→β，从β→α
Ⅱ。
由于某些固溶体合金的溶解度随温度的降低而降低，因此可以通过热处理来控制次生相的析出量和大小，从而达到改善合金性能的目的。
所以，由相图不仅可以判断合金的特性，还可以
指导热处理生产。
2．共晶合金（61.9%Sn-Pb）
由相图可以看出共晶合金②从液态缓慢冷却到t
E
温度时, 在恒温下从液相中同
时结晶出两个成分不同的固相,即发生共晶转变L
E →α
M
+β
N
(L
61.9%
→α
19%
+β
97.5%
)
由于发生共晶转变时是三相平衡,所以可以用相律证明它是在恒温下进行的。
共
晶转变在恒温下一直进到液相完全消失,继续冷却α
M 和β
N
分别析出次生相β
Ⅱ
和α
Ⅱ,成分分别沿着MF和NG线变化。
由于析出的α
Ⅱ
和β
Ⅱ
与共晶体中的α和。