二元合金相图(很好很强大)(课堂PPT)
03第三章二元合金相图及相变PPT课件
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温度降到3点以下， 固溶体被Sn过饱和，由于晶 格不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相—
相。由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。
H
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由 析出的二次 用Ⅱ 表示。 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变
化， Ⅱ的重量增加。
温度继续下降，将从一次
和共晶 中析出Ⅱ，从 共晶 中析出Ⅱ。其室温 组织为Ⅰ+ (+) + Ⅱ。
亚共晶合金 的结晶过程
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④ 过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相似, 不同的
是一次相为 , 二次相为Ⅱ 室温组织为Ⅰ+(+ )+Ⅱ。
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Pb-Sn合金的结晶过程
⑶ 组织组成物在相图上的标注 组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
螺旋状（Zn-Mg3）4
在共晶转变过程中，L、
、 三相共存，三个相
的量在不断变化，但它们 各自成分是固定的。
共晶组织中的相称共晶相.
共晶转变结束时， 和
相的相对重量百分比为：
C(19.2)
E(61.9) D(97.5)
QC ED D 10% 09 9..7 7 5 5 1 6..9 1 2 910% 04.5 4%
x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长度。 10
因此两相的相对 重量百分比为：
QL
xx 2 x1x2
ob ab
Q
x1x x1x2
ao ab
两相的重量比为：
Q Q Lx x1x 2x (a o)o b或 Q Lx1xQ x2x
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上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆 定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温 度下与各自相区距离较远的成分线段之比。
二元合金相图
第二章二元合金相图纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。
合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。
合金相图正是研究这些规律的有效工具。
一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。
其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。
组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。
由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。
二元以上的合金称多元合金。
合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。
利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。
掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。
在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。
本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。
2.1 合金中的相及相图的建立在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。
液态物质为液相，固态物质为固相。
相与相之间的转变称为相变。
在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。
由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。
组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。
由不同组织构成的材料具有不同的性能。
二元共晶相图ppt课件
• 两相参差不齐，
• Si相成长时各向
• 异性，产生分枝。
；.
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• 4.3.3.3 平滑-平滑界面(非金属-非金属型)共 晶：这类共晶体中的两相都是平滑界面。 因为这类材料目前应用较少，研究也就很 少。有人认为其显微组织很不规则。
；.
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• 4.3.4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
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• 4.3.3 共晶组织及形成机理
• 共晶组织的基本特征是两相交替排列。呈 片状，针状，螺旋状和球状等。把共晶体 的形貌和两相的融化熵结合分析，可将共 晶组织分为三类：粗糙-粗糙界面(金属-金 属型)共晶；粗糙-平滑界面(金属-非金属型) 共晶；平滑-平滑界面(非金属-非金属型)共 晶。
；.
22
；.
1
• 我们以Pb-Sn相图为例讨论二元相图。
；.
2
• 图中有三个单相区：L；α；β。三个两相区： L+α；L+β；α+β。一个三相区(线段MEN)： L+α+β。
• 共晶转变指具有E点成分的液相，当冷却至 温度tE时，将同时结晶出两个成分不同的固 相：M点成分的α相和N点成分的β相。其共 晶反应式为：
；.
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• 共晶转变完成后继续冷却时，共晶体中的α
与β相都要发生脱熔转变，分别析出 αⅡ。
βⅡ和
• 由于共晶体中的次生相常依附于共晶体中
的同类相析出，所以在显微镜下难以识别。
Pb-Sn二元共晶合金在室温下
• 的组织见图4-18，黑
• 色部分为α相，白色
• 部分为β相，两相呈
• 片状交替分布。
；.
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• 因此同时对α和β饱 • 和，发生共转变， • 形成伪共晶。因为 • 过冷度有限，所以 • 伪共晶区域不大。
材料科学基础4 二元相图PPT课件
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图 3．固溶体合金的非平衡结晶及组织。 （1）晶内偏析： ②枝晶偏析对性能影响
力学性能降低,尤其是塑性、韧性↓↓ 耐蚀性 ↓ 压力加工性↓ ③消除枝晶偏析方法。
高温扩散退火（均匀化退火）：
将铸件加热至固相线下100--200℃长期保温， 使溶质、溶剂原子相互扩散。
第四章：二元相图 3．固溶体合金的非平衡结晶及组织。 （2）区域偏析
实际铸件表面与心部化学成分不均匀现象→宏 观偏析。 以K 0 <1为例 (图示) 先结晶溶质含量低（表面），后结晶溶质含量 高（心部）。
Ko ＜1
第四章：二元相图 3．固溶体合金的非平衡结晶及组织。 （3）区域提纯
第四章：二元相图 复习合金、组元、相、相结构（固溶体、化物）
纯金属结晶→单相。
相图： 以温度为纵坐标,成分为横坐标,反映不同成分
的合金在任意温度下所处的平衡相状态的图解。 相图→状态图，平衡状态图 。
第四章：二元相图 平衡：
合金从液态（高温）到室温是在极其缓慢的条 件下完成的。 相图用途：
①帮助认识相的变化规律 ②计算任意合金在不同温度下相和组织含量。 ③ 帮助制定热加工工艺：
第四章：二元相图 4．1．3相律及杠杆定律 2.杠杆定律： 问题提出：
①当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的 相对重量是多少？
例：45钢（含C=0.45%）,铁素体（F）和Fe3C 两相各占多少？
②当二元合金两相相对重量已知时，合金成分是 多少？
例：金相观察：F:95%; Fe3C：5%；求钢的含 碳量？
液相平衡成分为L2点，α相平衡成分为α2 点。
(完整版)Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Ni的二元合金相图
Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Ni的二元合金相图在Fe-Cr二元合金中，当铬含量超过wcr12%时，奥氏体完全消失。
也就是说，在铬含量超过wcr12%后，合金将不会发生γ—α相变，因而也不会发生晶粒细化和强硬度的变化。
在整个合金范围内，铁素体都之间从液态中结晶出来。
当铬含量较高时，脆硬的σ相在约820℃从δ铁素体中开始析出。
σ相是wcr45%的Fe-Cr金属间化合物，会使金属发生脆化。
由于σ相是在晶界析出，消耗了大量的铬，使耐腐蚀性下降。
在低于600℃时α（δ）铁素体偏析形成低铬的α铁素体和高铬的α’铁素体，这就是不锈钢的475℃脆化。
图1-1 Fe-Ni二元合金相图，Fe-Cr与二元合金相图相反，镍是强奥氏体（γ）形成元素。
当镍含量达到wni5%以上时，从液态金属中就不再结晶为铁素体，而是形成γ奥氏体。
δ铁素体的形成被限制在图中左上角的一个很小的范围内，而冷却到1400 ~1500℃℃时，δ铁素体又准备为γ奥氏体。
这是一个包晶转变。
随镍含量的增加，γ—α转变的温度从900℃逐渐下降到350℃。
奥氏体组织很稳定，以至于快速冷却时，在很低的温度下，也不会发生γ—α转变，都会保持奥氏体组织。
所以，这种钢也不会发生晶粒细化和强硬度变化。
奥氏体不锈钢就是基于这个原理，Fe-Ni二元合金中也无脆性相析出。
由于奥氏体无磁性，很容易与铁素体区分开来。
用磁性法可以在奥氏体钢中检测出铁素体含量，也可以在铁素体钢中检测出奥氏体含量。
合金相图对于了解不锈钢、不锈钢焊缝及热影响区中金属的组织及各种性能有着至关重要的作用。
微信公众号：hcsteel用相图可以解释焊接过程中出现的许多现象，并可以作出某些预测。
当然，焊接过程的相与相图的绘制过程是不尽相同的。
前者不仅是在相当快速加热和快速冷却条件下的不平衡过程，而且化学成分分布也比较复杂多变，又是多元素合金；后者则是一种极其缓慢加热和缓慢冷却平衡过程，其化学成分分布也比较均匀。
二元合金相图与铁碳合金课件
图3-8 杠杆定律的应用
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3.2.2 二元共晶相图
共晶转变——二元合金系中，一定成分的液相，在一定温度下同 时结晶 出两种不相同的固相的转变，称为共晶转变。
二元共晶相图——凡二元合金系中两组元在液态下能完全互溶， 在固态下形成两种不同固相，并发生共晶转变的 的相图属于二元共晶相图。
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3.2.2 二元共晶相图
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3.2 二元合金相图的基本类型
3.2.1 匀晶相图及杠杆定律 3.2.2 共晶相图 3.2.3 包晶相图 3.2.4 具有共析反应的相图 3.2.5 含有稳定化合物的相图
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3.2.1 匀晶相图及杠杆定律
n 凡是二元合金系中两组元在液态下可以任何比例均匀相互溶解，在固态 下能形成无限固溶体时，其相图属于二元匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr、 Au-Ag等合金系都属于这类相图。 由液相结晶出均一固相的过程就称为 匀 晶 转 变 。 下 面 就 以 Cu- Ni合 金 相 图 为 例 ， 对 匀 晶 相 图 进 行 分 析。
这样就获得了Cu-Ni合金相图，如图3-3b所示。
图中各开始结晶温度连成的相界线tA LtB线称为液相线，各
终了结晶温度连成的相界线tAαtB线称为固相线。
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3.1.1 二元合金相图的建立
图3-3 用热分析法测定Cu-Ni合金相图
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3.1.1 二元合金相图的建立
(3) 相律 n 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
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3.2.2 二元共晶相图
合金中相组成物和组织组成物的相对量，均可利用杠杆定律来计算。 合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由α、β两相组成，其相对量为：
合金Ⅲ在183℃ (共晶转变结束后) 时由初晶αD与共晶体 (αD+βB) 两 种组织组成物组成，其相对量为：
二元系相图ppt课件
3. 固溶体的不平衡结晶－D
枝晶偏析程度大小与铸造时冷却条件、原子的扩散能 力，相图形状有密切关系: (1) 在其它条件不变时，V冷越大，晶内偏析程度严重， 但得到枝晶较小。如果冷速极大，致使偏析来不及发 生，反而又能够得到成分均匀的铸态组织。 (2) 偏析元素在固溶体中扩散能力越小，相图上液、 固相线间距离的间隔愈大，形成树枝晶状偏析的倾向 愈大。 ❖ 要消除枝晶偏析采用均匀化退火(扩散退火) （diffusion annealing）。
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。上述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
⑵.固溶体凝固需要一定的温度范围，在此温 度范围内，只能结晶出一定数量的固相。
❖ (3) 二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反 应。在这条水平线上存在3个表示平衡相的成分点，其中两 点在水平线两端，另一点在端点之间，水平线的上下方分别 与3个两相区相接。
❖ (4) 当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分界 线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区。 15
第七章 二元系相图 及其合金凝固
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本章要求
1. 几种基本相图： 匀晶相图（Cu-Ni合金相图）、 共 晶相图（Pb-Sn合金相图）、包晶相图（Pt-Ag合金 相图）。
2. 相律，杠杆定律及其应用。 3. 二元合金相图中的几种平衡反应： 共晶反应、共析反
应、包晶反应、包析反应 、偏晶反应、熔晶反应、合 晶反应。 4. 二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。 5. 熟练掌握Fe-Fe3C相图。熟悉Fe-C合金中各相与组织 的结构。会几种典型Fe-C合金的冷却过程分析 。熟练
二元系相图ppt课件
7.2.3 混合物的自由能
混合物的摩尔吉布斯自由能Gm应与两组成相α 和β的摩尔吉布斯自由能Gm1和Gm2在同一直线 上，且位于x1和x2之间，其值为式7.6，该直线 即为相α和β平衡时的公切线。
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7.2.4 从G—成分曲线推测相图
根据公切线原理可求出体系中在某一温度下平衡 相的成分，因此可根据二元系的不同温度下的自 由能G—成分曲线推出二元系相图。公切线的位 置代表二平衡相成分或三平衡相成分。
4. 将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中， 每个临界点在二元相图中对应一个点。
5. 连接各相同意义的临界点(开始点或终了点)就得到 了Cu—Ni合金的二元相图。
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热分析装置示意图
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热分析法测绘Cu—Ni相图
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7.1.3 二元相图的线、区
❖ 由 凝 固 开 始 温 度 连 接 起 来 的 线 成 为 液 相 线 （ liquidus line）。
(2)确定两平衡相的相对量。
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杠杆法则的证明与力学比喻
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7.2 相图热力学的基本要点
7.2.1 固溶体的自由能（G）—成分（%）曲 线
如图7.3为固溶体的自由能—成分曲线 （free energy—composition curve）示意图。
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7.2.2 多相平衡的公切线原理
二元合金系中当两相平衡时，两组元分别在两相 中化学势相等。两相平衡时的成分由两相自由能— 成分曲线的公切线所确定，两相曲线的切线斜率相 等，即它们的公切线 （图7.4 ）。 ❖ 二元合金系在特定温度条件下三相平衡，其热力 学（thermodynamics）条件为两组元分别在三相 中的化学势相等，三相的切线斜率相等，并且为它 们的公切线 (图7.5) ，其切点成分分别为三相平衡 时的成分，切线与两组元自由能轴G的交点就是两 组元在该条件化学位。