材料科学基课件 之 合金的结构 二元系相图 三元系相图
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03第三章二元合金相图及相变PPT课件
.2
28
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
29
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
39
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。
40
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
11
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。
28
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
29
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
39
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。
40
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
11
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。
合金的结构及相图 ppt课件
• 是由第一族元素、过渡族元素与第二至第 五族元素结合而成
• 此类化合物不遵守原子价规律，而是服从 电子浓度规律，即按照一定的电子浓度组 成一定的晶格结构的化合物
• 电子浓度是化合物中价电子数与原子数之 比
课件
17
• 如CuZn化合物，其原子数为2，Cu的价电 子数为1，Zn 价电子数为2，故其电子浓度 为3/2。
课件
34
课件
35
2) 两平衡相相对量的确定
• 在两相区内，对特定的温度，两相的质量 比是一定值。图12-28(b)中wNi=x%成分的 合金，在T1温度时，两相的质量之比，可 用下式表达：
m l xc m a ax
• 式中：ml为L相的质量；ma为相反质量； xc、ax为线段长度。
课件
36
质量相对量wl、wa可由式下计算：
课件
25
在下面的讨论中将用到以下这些概念：
• 组元：组成合金的最简单、最基本、能独立存在的物质称 为组元。元素是组元。此外，在研究问题范围内既不分解 也不发生任何化学反应的稳定的化合物也是组元。
• 合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系 列不同成分的合金，称为合金系。
• 相图：表示合金系在平衡条件下，合金的状态与成分、温 度之间相互关系的图形。所谓平衡，也称为相平衡。是指 合金在相变过程中，原子能充分扩散，各相的成分相对质 量保持稳定，不随时间改变的状态。在实际的加热或冷却 过程中，控制十分缓慢的加热或冷却速度，就可以认为是 接近了相平衡条件。
课件
33
(3) 杠杆定律
• 当合金处于两相区内任一温度时，L、α相 的成分及两相的相对量可按下述方法确定 ：
1) 两相成分的确定 • 如图1.2-27所示，过温度（t1）作水平线，
• 此类化合物不遵守原子价规律，而是服从 电子浓度规律，即按照一定的电子浓度组 成一定的晶格结构的化合物
• 电子浓度是化合物中价电子数与原子数之 比
课件
17
• 如CuZn化合物，其原子数为2，Cu的价电 子数为1，Zn 价电子数为2，故其电子浓度 为3/2。
课件
34
课件
35
2) 两平衡相相对量的确定
• 在两相区内，对特定的温度，两相的质量 比是一定值。图12-28(b)中wNi=x%成分的 合金，在T1温度时，两相的质量之比，可 用下式表达：
m l xc m a ax
• 式中：ml为L相的质量；ma为相反质量； xc、ax为线段长度。
课件
36
质量相对量wl、wa可由式下计算：
课件
25
在下面的讨论中将用到以下这些概念：
• 组元：组成合金的最简单、最基本、能独立存在的物质称 为组元。元素是组元。此外，在研究问题范围内既不分解 也不发生任何化学反应的稳定的化合物也是组元。
• 合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系 列不同成分的合金，称为合金系。
• 相图：表示合金系在平衡条件下，合金的状态与成分、温 度之间相互关系的图形。所谓平衡，也称为相平衡。是指 合金在相变过程中，原子能充分扩散，各相的成分相对质 量保持稳定，不随时间改变的状态。在实际的加热或冷却 过程中，控制十分缓慢的加热或冷却速度，就可以认为是 接近了相平衡条件。
课件
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(3) 杠杆定律
• 当合金处于两相区内任一温度时，L、α相 的成分及两相的相对量可按下述方法确定 ：
1) 两相成分的确定 • 如图1.2-27所示，过温度（t1）作水平线，
材料科学基础课件第 六章 三元相图
三元相图与二元相图比较，组元数增加 了1个,即成分变量是两个，故表示成分的坐 标轴应为2个,需要用一个平面表示，再加上 垂直于该平面的温度轴，这样三元相图就 演变成一个在三维空间的立体图形，分隔 相区的是一系列空间曲面，而不是二元相 图的平面曲线。
1、三元相图的成分表示方法 (1) 等边成分三角形 常用三角形来表示三元合金的成分， 这样的三角形称为浓度三角形或成分三角 形(Composition Triangle)。常用的成分三 角形是等边三角形和直角三角形。
2、典型合金结晶过程分析 下面借助于投影图分析合金的结晶过程 （以合金 O 为例 ）。 在冷却时,首先碰到A E2 p p’A 液相面， 液相中开始析出初生相 α，然后析出的 α 相不断增多，当温度冷至与二元包晶面 d a p p' 相交时，液相的成分到达 p' p ， α 相 的成分到达 d a ,要发生二元包晶转变 L ＋ α → γ。
由直线法则可得到以下规律： a、 当温度一定时，若已知两平衡相的 成分，则合金的成分必位于两平衡相成分 的连线上； b、 当温度一定时，若已知一相的成分 及合金的成分，则另一平衡相的成分必位 于两已知成分点的连线的延长线上； c、 当温度变化时，两平衡相的成分变 化时，其连线一定绕合金的成分点而转动。
当温度下降时，α 相成分沿 da 线变化, 而液相成分沿 p'p 线变，当冷至四相平衡包 共晶转变平面 abcp 时,液相的成分到达 p 点，α 相的成分到达 a 点，要发生包共晶 转变 L+ α → β + γ，在三元包晶转变结束 后，α 相消失，开始发生二元包晶转变。
由于 O 点在 △ a b c 内，故包共晶转 变结束后，液相全部消失，而 α 相有残留， 从而进入三相区 α ＋ β ＋ γ，随着温度的 下降，由于α 、β 和 γ 溶解度的下降，将有 次生相 αⅡ 、 βⅡ 和 γⅡ 析出，至室温后 的组织为初晶 α ＋ 包晶 β＋ 包共晶 β ＋ γ ＋ αⅡ ＋ 液态缓冷至于液互 相相交时，开始从液相中结晶出 α 固溶体，此时液相的成分l1即为合金成分， 而固相的成分为固相面某一点 s。 随着温度进一步下降，析出的α 相越来 越多，固相的成分由s1点沿固相面移至s2 点，液相成分自l1点移至 l2点，由直线法则可知，合金的成分点必落 在l2和s2的连线上。
材料科学基础二元系相图及其合金凝固二元包晶相图PPT课件
➢在0~1点温度范围，合金为液相。
➢在1点温度时，合金开始结晶，从 液相中结晶出固相。
➢在1~2点温度范围，发生匀晶转变， 合金处于固液两相平衡。
➢温度达到2点，液相全部转变为相， 此时的组织为 单相组织。
第19页/共80页
➢2－3点范围内合金不发生任何组织 转变，仍为单相组织。 ➢当温度达到3点时，由相开始脱溶 出αⅡ相 因此，室温组织为：
2.包晶系合金的平衡凝固－（1） 包晶点(P)合金
1
L＋
D
P2
42.4
L＋
第5页/共80页
➢在0~1点温度范围，合金为液相。 ➢在1点温度，合金开始结晶出固相α。 ➢在1~2点温度范围，合金发生匀晶 转变，L→α。 ➢在略高于2点温度，合金处于液相 和α相的两相平衡，液相的平衡成分 为C点成分，α相的成分为D点成分。
超出包晶反应所需比例，包晶反80页
➢因 此 ， 包 晶 转 变 后 ， 合 金 处 于 α 和 β 两 相 平衡。 ➢温度低于2点时，开始分别从α、β两相中 脱溶出βⅡ 和αⅡ 结晶过程：
L→L+α→L+α+β→α+β→α+β+αⅡ+βⅡ
匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 ➢ 室温组织：
即：L1→ A+L2 • 具有偏晶转变的二元系 第52页/共80页 有：Cu－ S、Cu
具 有 偏 晶 转 变 的 相 图
第53页/共80页
α+ β+αⅡ+ βⅡ
第26页/共80页
（6）包晶点(P)以左其它合金的平衡凝固
1
L＋
D
P2
42.4
L＋
第27页/共80页
（6）包晶点(P)以左其它合金的平衡凝固
二元合金的相结构与相图 ppt课件
如：GaAs半导体材料的性能远远超过硅半导体； Nb3Sn具有高的超导转变温度； NiAl、Ni3Al是超音速飞机喷气发动机的候选材料； NiTi、CuZn记忆合金材料。
ppt课件
24
1 正常价化合物——服从原子价规律
特点：成分固定不变，可用化学式表示，由金属元素与周期 表中ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素组成，电负性相差较大，结合键以 离子键、共价键或金属键为主。
这时的相称为这种条件下的平衡相。
如纯铁，在常压下： 1538℃以上—— L相为平衡相。 在1538℃时 —— L相和δ相两相平衡
ppt课件
31
一、二元相图的表示方法
1、合金存在状态的确定： ℃
由于合金熔炼、加工均在常 800
压下进行，所以合金状态由 700
600
成分和温度确定。
500
2、二元合金用直角坐标系 400 表示：横坐标表示合金成分，300
6.726Ẵ
(2) 间隙化合物(B只能形成~)
结 构 复 杂 —— 如 钢 中 的 Fe3C、
Mn3C、Cr23C6、Fe3W3C等。
b
性能：很高的熔点和硬度，但不
如间隙相，加热易分解。
用途：钢中的重要强化相。
ppt课件
c
a
5.077Ẵ
铁原子 碳原子
Fe3C的晶格结构
27
固溶体
小结
有限固溶体
间隙固溶体
重点：间隙固溶体，置换固溶体，相律与杠杆定律，固溶体
合金的平衡结晶过程，共晶相图和包晶相图典型合金的平衡结
晶及其组织。
学时数：p8p学t课件时
2
§1 合金中的相
合金:
两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或 烧结，或用其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
2024年材料科学基础---三元相图及其合金的凝固1
可发生四相平衡转变； 一、二、三相区均占有一定空间，是变温转变，
四相区为恒温水平面。 ➢ 要实测一个完整的三元相图，工作量很繁重，加
之应用立体图形并不方便，也不必要。
与二元相图联系和区别
基本结晶原理一致； 分析过程一致； 相区接触法则基本相同； 不同：由点到线，由线到面。
重点是熟练掌握各类相图的液相面投影图、等温截面、变温截面的分析方法及分析实际 三元相图（立体模型只作为帮助理解这些内容的工具）
三边AB、BC、CA按顺时针方向 分别代表三组元B、C、A的含量
由x点分别作三边的平行线， 顺序交于三边的三线段之和 等于三角形的任一边长，即： Sa+Sb+Sc=AB=BC=CA=合金 的总量(100%) Sc=Ca，代表A组元的含量。 Sa=Ab，代表B组元的含量。
Sb=Bc，代表Ｃ组元的含量
空间。
8.1.1 三元相图的成分表示法
三元相图的浓度三角形。三元合金的成分则需用一平面表示， 通常是用等边三角形或直角坐标表示。
三角形的3个顶点A、B、C分别表示3个纯组元，三角形的边AB、BC、CA分 别表示3个二元系的合金成分，三角形内的任一点都代表某一成分的三元合金。
三角形内任一点x合金的成分求法
8.3 简单共晶三元相图 8.3.1 相图的立体模型 ；8.3.2 合金的凝固过程及组织 ；8.3.3 等混截面 ；8.3.4 变温截面
8.4 固态有限溶解的三元共晶相图 8.4.1 相图立体模型；8.4.2 合金的凝固过程及组织；8.4.3 等温截面；8.4.4 变温截面
8.5 具有包共晶反应的三元相图 8.5.1 相图的立体模型 ；8.5.2 合金的凝固过程及组织；8.5.3 等温截面；8.5.4 变温我面
8.1 三元相图基础 8.1.1 三元相图成分表示方法； 8.1.2 三元相图杠杆定律及重心法则； 8.1.3 三元相图中 的截面图和投影图
四相区为恒温水平面。 ➢ 要实测一个完整的三元相图，工作量很繁重，加
之应用立体图形并不方便，也不必要。
与二元相图联系和区别
基本结晶原理一致； 分析过程一致； 相区接触法则基本相同； 不同：由点到线，由线到面。
重点是熟练掌握各类相图的液相面投影图、等温截面、变温截面的分析方法及分析实际 三元相图（立体模型只作为帮助理解这些内容的工具）
三边AB、BC、CA按顺时针方向 分别代表三组元B、C、A的含量
由x点分别作三边的平行线， 顺序交于三边的三线段之和 等于三角形的任一边长，即： Sa+Sb+Sc=AB=BC=CA=合金 的总量(100%) Sc=Ca，代表A组元的含量。 Sa=Ab，代表B组元的含量。
Sb=Bc，代表Ｃ组元的含量
空间。
8.1.1 三元相图的成分表示法
三元相图的浓度三角形。三元合金的成分则需用一平面表示， 通常是用等边三角形或直角坐标表示。
三角形的3个顶点A、B、C分别表示3个纯组元，三角形的边AB、BC、CA分 别表示3个二元系的合金成分，三角形内的任一点都代表某一成分的三元合金。
三角形内任一点x合金的成分求法
8.3 简单共晶三元相图 8.3.1 相图的立体模型 ；8.3.2 合金的凝固过程及组织 ；8.3.3 等混截面 ；8.3.4 变温截面
8.4 固态有限溶解的三元共晶相图 8.4.1 相图立体模型；8.4.2 合金的凝固过程及组织；8.4.3 等温截面；8.4.4 变温截面
8.5 具有包共晶反应的三元相图 8.5.1 相图的立体模型 ；8.5.2 合金的凝固过程及组织；8.5.3 等温截面；8.5.4 变温我面
8.1 三元相图基础 8.1.1 三元相图成分表示方法； 8.1.2 三元相图杠杆定律及重心法则； 8.1.3 三元相图中 的截面图和投影图
合金的结构和相图课件
• 例如，Cu-Ni、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、 Mo-W合金的相图都属于这类相图。
• 下面以Ｃu-Ni合金相图为例分析这类相图的 图形及结晶过程特点 。
现在学习的是第十七页，共87页
(1) 相图分析
相图由两条线构 成，上面是液相线，下面 是固相线。
相图被两条线分为三个
相区，液相线以上为液 相区L ，固相线以下为
• 在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种直
接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。
.2
现在学习的是第二十九页，共87页
• 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。
（4）将各临界点标在 以温度为纵坐标，以成分为 横坐标轴的图形中相应合金的成分垂线上，并将意义 相同的临界点连接起来，即得到Cu-Ni合金相图。
现在学习的是第十五页，共87页
现在学习的是第十六页，共87页
1. 匀晶相图
• 组成二元合金的两组元在液态和固态均能无 限互溶的合金系所形成的相图称二元匀晶相 图
现在学习的是第十二页，共87页
三、二元合金相图
• 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随 温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热 处理工艺的重要依据。
•
利用相图可以表示不同成分的合金、在不同温度
下，由哪些相组成、以及合金在加热或冷却过程中可
能发生的转变等。
•
目前使用的相图几乎都是通过实验测定的。实验
。
③ 液固相线：液相线AEB，固相线 ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的 熔点。
• 下面以Ｃu-Ni合金相图为例分析这类相图的 图形及结晶过程特点 。
现在学习的是第十七页，共87页
(1) 相图分析
相图由两条线构 成，上面是液相线，下面 是固相线。
相图被两条线分为三个
相区，液相线以上为液 相区L ，固相线以下为
• 在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种直
接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。
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现在学习的是第二十九页，共87页
• 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。
（4）将各临界点标在 以温度为纵坐标，以成分为 横坐标轴的图形中相应合金的成分垂线上，并将意义 相同的临界点连接起来，即得到Cu-Ni合金相图。
现在学习的是第十五页，共87页
现在学习的是第十六页，共87页
1. 匀晶相图
• 组成二元合金的两组元在液态和固态均能无 限互溶的合金系所形成的相图称二元匀晶相 图
现在学习的是第十二页，共87页
三、二元合金相图
• 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随 温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热 处理工艺的重要依据。
•
利用相图可以表示不同成分的合金、在不同温度
下，由哪些相组成、以及合金在加热或冷却过程中可
能发生的转变等。
•
目前使用的相图几乎都是通过实验测定的。实验
。
③ 液固相线：液相线AEB，固相线 ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的 熔点。
材料科学基础三元相图
A
E3
TC
B1
B
LA+ C
C L B +C
64
LA+ C
LA+ B
A
L A+B
e
B
C
L B +C
65
TA A3 A2 A1 TB E1 E3 TC E C3 C2 E2 B3 B2 B1
A
B
A+B +C
C1
LA+B +C
C
66
A+B +C
A LA+ B +C A+B +C
B
LA+B +C
三元相图
（三维立体图） 立体相区 面 线
29
三元匀晶相图分析 点：a, b, c-三个纯组元的熔点； 面：液相面、固相面； 区：L, α, L+α。
30
2 三元固溶体合金的结晶规律 液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形规律变化。 共轭线：平衡相成分点的连线。
31
32
结晶过程
L
t1 B t2 C
4
2 成分表示法－成分三角形（等边、等腰、直角三角形）
—— 浓度三角形
B
等边三角型 ＋ 顺时针坐标
B%
C%
A
← A%
C
5
浓度确定
1）确定O点的成分
1）过O作A角对边的平行线 2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量 3）同理求组元B、C的含量 O A C
6
B
B%
C%
← A%
课堂练习
1. 确定合金I、II、 的成分
58
LA+ C
第五章 三元相图
5.1
三元相图的成分表示法
C
二元系的成分可用一条 直线上的点来表示；三元 系合金有两个独立的成分 参数，所以必须用一个平 面三角形来表示，这个三 角形叫做成分三角形或浓 度三角形。常用的成分三 角形是等边三角形，有时 也用直角三角形或等腰三 角形。 A
A%
C%
B%
B
浓度三角形
5.1.1 浓度三角形 1. 等边三角形 三角形的三个顶点A，B， C分别表示3个纯组元， 三角形的边AB，BC， CA分别表示3个二元系 的成分坐标，三角形内 的任一点都代表一定成 分的三元合金. A 一般按顺时针(或逆时针) 标注组元浓度。
L(三元) ΔT α(三元)
自由度：f=c-P+1=3-2+1=2 故三元匀晶转变区可有两个自由度： 温度和相成分。
5.3.1 相图分析
1 画图 (1) 先画一成份三角形 (应为正三角形) (2) 画温度轴 (3) 画二元匀晶相图(每 两个合金上存在一个二 元相图) ---三元系立体图可视为三 个二元系在空间的延伸 液相面----三个二元系的液相线 所围成的面. 固相面----三个二元系的固相线 所围成的面.
5.4
三元共晶相图
TA A2 A3 A1 E3 E C2 C3 C1 C TB
5.4.1 组元在固态互不溶,具有共晶转变的相图
一、相图分析
1. 画图 (1) 先画一成份三角形
(2) 画温度轴
(3) 画二元共晶相图
E1 TC E2
B2 B3
B1 B
三个二元共晶相图向空间 A 延伸 (4) 画出四相平衡共晶转变平 面A1B1C1 (5) 三个二元系共晶点向空间 延伸为三条共晶沟线，交 A1B1C1面于E点，称为共晶点