7.2 二元合金相图
第7.2.2章 二元相图-共晶(2学时)
——匀晶相变
（1）Wsn<2％（室温下α相的平衡浓度）的合金
2 合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）
凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
L
匀晶转变
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
① 离异共晶：两相分离的共晶组织。 ② 形成原因 平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。 不平衡条件下，包括成分位于共晶线上两端点的两侧。 ③ 消除：扩散退火。
思考题
• 简单总结伪共晶、不平衡共晶和离异共晶的特点。 • 伪共晶——靠近共晶点附近的合金得到了全部共晶组织； • 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征； • 不平衡共晶——在不应该出现共晶的合金里出现了共晶组 织。
相变过程
因为腐蚀速度不同，显示出不同颜色。 综合判断：根据相变过程判断相的形态，根据相图（杠杆定律）判断相对含 量，根据相图和腐蚀速度判断相的成分。 黑色基体：富Pb α固溶体（ Pb 为溶剂，Sn为溶质） 晶界和晶内：二次析出相βⅡ（Sn为溶剂，Pb为溶质）
（3）共晶合金 ① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。 ② 共晶线上两相的相对量计算。 ③ 室温组织（α＋β）＋αⅡ＋βⅡ及其相对量计算。
次生相（二次析出相）αⅡ，βⅡ常与初生的同类相混合在一起（显微镜下无法分辨）
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第七章二元合金相图
相图
二、相律
f=c-p+2 或 f=c-p+1 (常压)
合金系的最大自由度数：
纯金属：fmax=1(成分固定不变0，温度1) 二元合金：fmax=2(成分独立变量1，温度1) 三元合金：fmax=3(成分独立变量2，温度1)
三、相律的实际应用
1、确定系统最多有几相共存：
f=0，Pmax=c+1
纯金属：pmax=2 ；二元合金：pmax=3
② 复杂结构的间隙化合物：rX/rM>0.59 如：Fe3C
三、机械混合物
组元间既不溶解，也不反应——机械混合物 珠光体中，F+ Fe3C
珠光体片层结构
组元之间相互溶解——固溶体：
铁素体(F)，奥氏体(A)
组元之间相互反应——金属化合物：
渗碳体(Fe3C)
间隙固溶体与间隙相的区别： 后者为化合物，具有与组元完全不同的晶
T
500
400
L
A 327.5
300
200
M L+
19
183
E 61.9
100
+
231.9 B L+ N
97.5
0
G
F 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Pb
WSn(%)
Sn
Pb—Sn相图
一、相图分析
7点：共晶点(E) 共晶转变：L61.919 97.5 7线：液相线AEB
三、非平衡结晶及其组织
V冷却 ，原子扩散速度<结晶速度
富Ni
富Cu
Cu-Ni合金晶内偏析的组织
晶内偏析：晶粒内部成分不均匀； 偏析程度：与相图形状、原子扩散能力、
7-二元合金相图PPT模板
示例 现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
如左图所示，A点为Cu的 熔点（1 083℃），B点为Ni的 熔点（1 455℃），该相图上面 一条是液相线，下面一条是固 相线，液相线和固相线把相图 分成三个区域，即液相区L、固 相区α及液固两相区L＋α。
Cu-Ni合金相图及结晶过程示意图
示例 现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
金属材料与热处理
合金的结晶过程较为复杂，通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。
相图是表示合金系在平衡条件下，在不同温度、成分下各相 关系的图解，又称为平衡图或状态图。
利用相图，可知各种成分的合金在不同温度的组织状态及一定 温度下发生的结晶和相变，了解不同成分的合金在不同温度下的相 组成及相对含量，了解合金在加热和冷却过程中可能发生的转变。
2.铁碳合金中的相
铁素体
碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶 体称为铁素体，用符号F或α表 示。
奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶 体称为奥氏体，用符号A或γ表 示。
铁素体仍保持α-Fe的体心立方 晶格。铁素体中碳的溶解度极小， 室温时约为0.000 8%，在727℃时 碳的溶解度最大，仅为0.021 8%。 铁素体的力学性能与工业纯铁相似， 即塑性、韧性较好，强度、硬度较 低。
45钢室温下的显微组织如下图所示。
亚共析钢结晶过程示意图
如左图所示， F呈白色块状，P 呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块 状。所有亚共析钢的室温组织都是F ＋P，只是随碳含量的增加，P越来越 多，F越来越少。
过共析钢
1点以上
1～2点
2～3点
3～4点
过共析钢结晶过程示意图
4点～室温
如上图所示，当温度降到1点时，开始从液相中析出A，降到2点 时液相全部结晶为A。温度降至3点时，开始从A中析出二次渗碳体 （Fe3CⅡ）。温度继续降低，Fe3CⅡ的量不断增多，并呈网状沿奥氏 体晶界分布。剩余A的成分沿ES线变化，冷却至4点时，其中碳的质 量分数达到共析成分，发生共析反应，转变为P。继续冷却，合金组 织不变。
二元合金相图ppt课件
共晶 ]
精选版课件ppt
28
2、共晶合金室温平衡组织特征
共晶组织的基本特征是 两相均匀并交替分布， 根据合金组元的不同，共晶组织的形态各异， 有层片状、棒状、球状、针状、螺旋状等。
精选版课件ppt
29
（Pb-Sn）共晶组织（层片状）
精选版课件ppt
30
（Al-Si）共晶组织（针状）
精选版课件ppt
共晶合金结精选晶版课过件p程pt 分析
+ +
t/s
27
概括起来，共晶合金平衡结晶过程为： 共晶温度以上： 液态L61.9 共晶温度： 共晶转变 L61.919 97.5
共晶温度以下： 二次结晶 Ⅱ ， Ⅱ
室温组织： （+）共晶 [由于 Ⅱ和Ⅱ常与共晶和相连， 显微镜下很难分辨，室温组织为：（+）
V1×10%+V2×30精%选=版2课0件%p×pt (V1+V2)
11
这种方法可推广到固相和固液混合相
如图：成分为C的Ni-Cu合金，缓冷到t℃时,根据相图分 析：（Ⅰ）此状态下存在哪几相？（Ⅱ）各相的成分如 何？（Ⅲ）各相的数量（绝对数量与相对数量）？
（Ⅰ）由相图可知，C点
1500
存在L+α两相区
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。
二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。
具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
精选版课件ppt
6
（一）二元合金相图的建立 （以Cu-Ni二元合金为例）
1、建立相图的思路：
二元共晶相图：两组元在液态下无限互溶，冷却 时发生共晶转变的二元精选合版课金件p相pt 图叫二元共晶相图。21
二元合金与相图.ppt讲解
共晶反应的产物，即两 相的机械混合物称共晶 体或共晶组织。发生共 晶反应的温度称共晶温 度。代表共晶温度和共
晶成分的点称共晶点。
Pb原子 扩散 Sn原子 扩散
Pb-Sn共晶组织 共晶体长大示意图
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡 成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共 晶点以右的合 金称过共晶合 金。
A
L+பைடு நூலகம்
C D
B
凡具有共晶线
成分的合金液
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
⑵ 合金的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程 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
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,由 析出的二次 用Ⅱ 表示。。
成分大于 D点合金结晶 过程与Ⅰ合金相似，室 温组织为 + Ⅱ 。
C
E
D
F
G
② 共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程
液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共
晶反应：LE ⇄(C+D) 。
1’
19.2
wt%Sn
析出过程中两相相间形核、互相促进、共 同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、 点球等形状。
C(19.2) E(61.9) D(97.5)
相的相对重量百分比为：
Q Q ED 97.5 61.9 100% 100% 45.4% CD 97.5 19.2 100% Q 54.6%
[详解]7.2二元合金相图
![[详解]7.2二元合金相图](https://img.taocdn.com/s3/m/4859131e591b6bd97f192279168884868762b89a.png)
教学课题二元合金相图教学课时2教学目的让学生了解了解相图的分析方法及共晶转变的概念掌握共晶转变的定义、应具备的条件教学难点共晶转变的定义、应具备的条件教学重点共晶转变的定义、应具备的条件教学方法讲解法教具准备教材教学过程那么我们今天所学的相图就是研究这些问题的一种工具。
授课内容一、二元合金相图的建立相图：合金的成分、温度和组织之间关系的一个简明图表。
相图的作用：研究和选用合金的重要工具，对于金属的加工及热处理，具有指导意义。
相图的表示形式：平面坐标图的形式表示。
（纵坐标表示温度，横坐标表示合金的成分）（教材P36页）例如:F、G、M含义）F点表示：400℃时含B 20% 含A 80%合金G点表示：800℃时含B 60% 含A 40%合金M点表示：1000℃时含B 80% 含A 20%合金相图的建立是通过实验的方法测定出来的。
最常用的是热分析法。
以铅锑二元合金为例，说明步骤：（1）配制不同成分的Pb-Sb合金。
（2）将它们熔化，再用热分析法测定各合金的冷却曲线。
（3）根据各冷却曲线上的转折点，确定其临界点的位置。
（临界点：金属发生结构改变的温度。
指合金的结晶开始及终了温度。
）（4）把各合金的临界点描绘在温度—成分坐标系的相对位置上，并将意义相同的临界点连接起来，即得相图。
举例说明Cu —Ni 二元合金相图。
二、铅锑二元合金相图的分析℃℃）A （327）1、A 点：铅的熔点 （327℃）2、B 点：锑的熔点 （631℃）3、C 点：共晶点（ Sb11%+Pb89% 252℃ ）4、ACB ：液相线5、DCE ：固相线6个区域（如图）共晶转变：一定成分的液态合金，在某一恒温下，同时结晶出两种固相的转变。
结晶过程1、共晶转变：（Sb11%+Pb89%）252℃Lc ===== （Sb + Pb ）共晶合金：在恒温下从液相中，同时结晶出 Sb 和 Pb 的混合物（共晶体），继续冷却，共晶体不再发生变化。
这一合金称为共晶合金。
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。
第7章_二元相图
偏析的大小取决于： 1）液相线与固相线间的水平距离(成分间距)↑， 先后 结晶的成分差别↑，偏析严重。 2）溶质原子的扩散能力↑，偏析↓。 3）冷却速度↑，偏析↑。
消除方法：扩散 退火（在固相线以下 较高温度经过长时间 的保温，使原子扩散 充分，使之转变为平 衡组织）
7.2.2 二元共晶相图
两组元在液态时无限互溶，固态时有限固溶或完全 不溶，且发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图。 共晶转变是在一定条件下(温度、成分不变)，由均匀液体 中同时结晶出两种不同固相的转变。即：L→α+β
二元相图是平面图形 纵轴表示温度 横轴表示成分，多以质量分 数表示
成 分 线
7.1.2 相图的测定方法
二元相图是根据各种成分材 料的临界点绘制的，临界点表 示物质结构状态发生本质转变 的相变点。
测定材料临界点的方法有： 热分析法、膨胀法、电阻 法、金相法、X射线法、 结构分析等。 现以Cu—Ni二元合金为例，用热分析法测定临界点绘 制二元相图。
匀晶相图还可有其他形式，如 Au-Cu ， Fe-Co 等在 相图上具有极小点，而在 Pb-Tl等相图上具有极大 点，两种类型相图分别如图7.14(a)和(b)所示。
合金熔点降低 合金熔点升高
极点处：f=0（恒温转变）
二. 固溶体的平衡结晶
平衡结晶：在极缓慢冷却条 件下进行的结晶。 以含30%Ni合金为例分析结 晶过程： t1以上为L； t1时，L →α，成分分别为： B、C。 t2时，成分为：E、F。 随T↓，固溶体成分沿固相 线变化，液体成分沿液相线变化。 t3时，结晶终了。得到与合 金成分相同的固溶体。
上节课复习
1、二元系统相图 2、相平衡的热力学条件
A A A
二元合金相图与铁碳合金相图PPT课件
概念： 两组元在液态时无限互溶，固态时有限溶解，结晶时发生共晶转变，形
成两相机械混合物的相图，即共晶相图；
一定成分的液相，在一定温度下，同时结晶出成分不同的两种固相的转 变 ，即共晶转变；
例 Pb-Sn、Pb-Sb、Cu-Ag等合金系具有二元共晶相图；
以Pb-Sn合金为例，来分析具有二元共晶相图的二元合金系的结晶 过程与产物。
Cu-Ni合金相图的解读：
第一个点A、第二个点B分别为Cu、Ni的熔点； 各结晶开始温度连线为液相线，该线以上为液相区，L ；
各结晶终止温度连线为固相线，该线以下为固相区，α； 固、液相线之间的区域固液相并存，即双相区，L +α；
双相区说明Cu-Ni合金的结晶是在一个温度范围内进行的，这一点与纯金 属的结晶有所区别。
铁碳相图的研究范围： 有实用价值部分，即C＜6.69%的Fe-Fe3C相图，
故所研究的铁碳合金基本组元是Fe与Fe3C，属二 元合金。
19
第19页/共59页
铁碳合金相图 —— 基本相及组织
由于铁与碳相互作用的不同，铁碳合金在固态下的基本相分为固溶体与金属化合 物两类：
属金属化合物的基本相： 渗碳体 属于固溶体的基本相，包括两种：
3
第3页/共59页
二元合金相图 —— 相图的建立
Cu-Ni合金相图的建立步骤：
成分（％）
合金配编制号不同成分的Cu-Ni合金，见表；
Cu
Ni
结晶温度（ ℃ ）
开始
结束
Ⅰ作出每种合金的10冷0却曲线，并找0出其相变温度10，8即3 各曲线上1开0始83和终
Ⅱ止结晶温度即临8界0 点，见表；20
1170
15
第四章二元合金相图
二,二元相图的测定方法
相图的建立一般采用热分析法, 相图的建立一般采用热分析法,其基本思路是先配制一系 热分析法 列不同成分的给定合金,绘制它们各自的冷却曲线, 列不同成分的给定合金,绘制它们各自的冷却曲线,然后 由冷却曲线上的临界点绘制相图. 由冷却曲线上的临界点绘制相图.
100%Ni 80%Ni 60%Ni TNi
工程材料与热加工基础
The Fundamentals of Engineering Materials & Heat Processing
第四章 二元合金相图
第一节 二元相图的建立 Mensuration of Binary Phase Diagrams 一,二元相图的表示方法
合金状态图是用图解的方法表示合金系中 合金状态图是用图解的方法表示合金系中 状态图 各种合金状态与温度和成分之间关系的一 种简明示图,也称为平衡图 相图( 平衡图或 种简明示图,也称为平衡图或相图(不同 成分,温度下合金中相的平衡关系). 成分,温度下合金中相的平衡关系).
4)相区: )相区: 三个单相区: 三个单相区: L,α,β(α,β是有限固溶体) 是有限固溶体) , , ( , 是有限固溶体 三个双相区: 三个双相区: L+α, L +β, α+β , , 三相区: 三相区: L+α+β(水平线) ( 共晶体( 5)共晶体:共晶反应产生共晶体(α+β). )共晶体:共晶反应产生共晶体 )
二, 共晶相图
Binary Eutectic Phase Diagrams
大多数二元合金在液态时相互无限溶解,而在固态 时并不能完全互溶,发生共晶转变形成有限固溶体. 具有共晶转变的典型合金系有Pb-Sn,Pb-Sb,Ag-Cu, Pb-Bi等,它们的相图都属于共晶相图.
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教学课题二元合金相图
教学课时 2
教学目的让学生了解了解相图的分析方法及共晶转变的概念
掌握共晶转变的定义、应具备的条件
教学难点共晶转变的定义、应具备的条件
教学重点共晶转变的定义、应具备的条件
教学方法讲解法
教具准备教材
教学过程
授课内容
一、二元合金相图的建立
相图：合金的成分、温度和组织之间关系的一个简明图表。
相图的作用：研究和选用合金的重要工具，对于金属的加工及热处理，具有指导意义。
相图的表示形式：平面坐标图的形式表示。
（纵坐标表示温度，横坐标表示合金的成分）（教材P36页）
例如:F、G、M含义
）
F点表示：400℃时含B 20% 含A 80%合金
G点表示：800℃时含B 60% 含A 40%合金
M点表示：1000℃时含B 80% 含A 20%合金
相图的建立是通过实验的方法测定出来的。
最常用的是热分析法。
以铅锑二元合金为例，说明步骤：
（1）配制不同成分的Pb-Sb合金。
（2）将它们熔化，再用热分析法测定各合金的冷却曲线。
（3）根据各冷却曲线上的转折点，确定其临界点的位置。
（临界点：金属发生
结构改变的温度。
指合金的结晶开始及终了温度。
）
（4）把各合金的临界点描绘在温度—成分坐标系的相对位置上，并将意义相同
的临界点连接起来，即得相图。
举例说明Cu —Ni 二元合金相图。
二、铅锑二元合金相图的分析
℃℃）
A （327
）
1、A 点：铅的熔点 （327℃）
2、B 点：锑的熔点 （631℃）
3、C 点：共晶点（ Sb11%+Pb89% 252℃ ）
4、ACB ：液相线
5、DCE ：固相线
6个区域（如图）
共晶转变：一定成分的液态合金，在某一恒温下，同时结晶出两种固相的转变。
结晶过程
1、共晶转变：（Sb11%+Pb89%）
252℃
Lc ===== （Sb + Pb ）
共晶合金：在恒温下从液相中，同时结晶出 Sb 和 Pb 的混合物（共晶体），继续冷却，共晶体不再发生变化。
这一合金称为共晶合金。
2、亚共晶转变： （ Sb ＜11% ）。