合金的晶體結(jié)構(gòu)與相圖

1、機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料及熱加工及熱加工 合金的晶體結(jié)構(gòu)與相圖合金的晶體結(jié)構(gòu)與相圖上一章關(guān)鍵詞上一章關(guān)鍵詞v晶體晶體vBCC，F(xiàn)CC，CPHv多晶體結(jié)構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu)v空位，間隙原子空位，間隙原子v位錯(cuò)，位錯(cuò)密度及曲線位錯(cuò)，位錯(cuò)密度及曲線v冷卻曲線，過(guò)冷度冷卻曲線，過(guò)冷度v純金屬的平臺(tái)結(jié)晶（恒溫結(jié)晶）純金屬的平臺(tái)結(jié)晶（恒溫結(jié)晶）v細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化v同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變v擴(kuò)散擴(kuò)散要點(diǎn)：本章是學(xué)習(xí)鐵碳合金的準(zhǔn)備知識(shí)要點(diǎn)：本章是學(xué)習(xí)鐵碳合金的準(zhǔn)備知識(shí)同純金屬的晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，搞清楚合金的同純金屬的晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，搞清楚合金的相結(jié)構(gòu)；相結(jié)構(gòu)；1同分析純金屬結(jié)晶過(guò)程的方法相對(duì)應(yīng)，同分析純金屬結(jié)晶過(guò)程的方

2、法相對(duì)應(yīng)，搞清楚分析合金結(jié)晶過(guò)程的方法即相圖搞清楚分析合金結(jié)晶過(guò)程的方法即相圖分析法。勻晶相圖和共晶相圖。分析法。勻晶相圖和共晶相圖。23.1 3.1 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) 3.1.1 3.1.1 基本概念基本概念v1. 合金合金：一種金屬元素同另一種或幾種其它一種金屬元素同另一種或幾種其它元素，通過(guò)熔化或其它方法結(jié)合在一起所形元素，通過(guò)熔化或其它方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。成的具有金屬特性的物質(zhì)。v2. 組元組元：組成合金的獨(dú)立的、最基本單元。組成合金的獨(dú)立的、最基本單元。 組元可以是金屬、非金屬或穩(wěn)定化合物。組元可以是金屬、非金屬或穩(wěn)定化合物。 由兩個(gè)組元組成的合金稱

3、為二元合金。由兩個(gè)組元組成的合金稱為二元合金。v3. 合金系合金系：由若干給定組元按不同比例配出的一由若干給定組元按不同比例配出的一系列成份不同的合金，這一系列合金構(gòu)成一個(gè)合系列成份不同的合金，這一系列合金構(gòu)成一個(gè)合金系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合金系。金系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合金系。 例如，黃銅是銅和鋅組成的二元合金系，鐵和例如，黃銅是銅和鋅組成的二元合金系，鐵和碳組成的一系列不同成份的合金，稱為鐵碳合碳組成的一系列不同成份的合金，稱為鐵碳合金系。金系。v4. 相相：在金屬或合金中，凡化學(xué)成分相在金屬或合金中，凡化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開(kāi)的均勻組成部分。分開(kāi)的均勻組

4、成部分。v5. （顯微）（顯微）組織組織：指用肉眼或顯微鏡指用肉眼或顯微鏡所觀察到的材料的微觀形貌。所觀察到的材料的微觀形貌。由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成合由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成合金的組織。（相的呈現(xiàn)）金的組織。（相的呈現(xiàn)）相 （顯微）組織各種顯微組織各種顯微組織1. 固溶體固溶體合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)合金在固態(tài)下的相結(jié)構(gòu)2. 金屬化合物金屬化合物 合金組元通過(guò)溶解形成的一種合金組元通過(guò)溶解形成的一種成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組成分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相。元之一相同的固相。 與固溶體晶格相同的組元為溶與固溶體晶格相同的組元為溶劑，一般含量較

5、多；另一組元為劑，一般含量較多；另一組元為溶質(zhì)，含量較少。溶質(zhì)，含量較少。3.1.2 3.1.2 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)分類分類分類分類置換固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子處于溶劑晶格的間隙中溶質(zhì)原子處于溶劑晶格的間隙中有限固溶體有限固溶體溶解度有一定限度溶解度有一定限度-有限互溶有限互溶無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體溶解度無(wú)一定限度溶解度無(wú)一定限度-無(wú)限互溶無(wú)限互溶有序固溶體有序固溶體無(wú)序固溶體無(wú)序固溶體置換固溶體間隙固溶體-Fe（bcc）相（相（bcc）-Fe（fcc）相（相（fcc）v固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶固溶體隨著溶質(zhì)原子

6、的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變隨溶質(zhì)原子濃度的增高變隨溶質(zhì)原子濃度的增高而增大。晶格畸變?cè)龃笪欢龃?。晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形更加困難，從而滑移變形更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。提高合金的強(qiáng)度和硬度。這種通過(guò)形成固溶體使金這種通過(guò)形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化稱為固溶強(qiáng)化。固溶體強(qiáng)化：固溶體強(qiáng)化：位錯(cuò)引起的應(yīng)力場(chǎng)變化位錯(cuò)引起的應(yīng)力場(chǎng)變化v在在溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，可可顯著提高材料的強(qiáng)度和顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，而塑性和韌性沒(méi)硬度，而塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。固溶體綜有明顯降低。

7、固溶體綜合機(jī)械性能好。合機(jī)械性能好。v固溶體相的用途：作為固溶體相的用途：作為合金結(jié)構(gòu)的基體相使用合金結(jié)構(gòu)的基體相使用2. 2. 金屬化合物相金屬化合物相v合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不同于任合金組元相互作用形成的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新相。一組元的新相。v基本特征：有金屬性質(zhì)；晶體結(jié)構(gòu)不同于任何組元基本特征：有金屬性質(zhì)；晶體結(jié)構(gòu)不同于任何組元 ；成分固定或小有變化，有一定成分比例，有分子式表示成分固定或小有變化，有一定成分比例，有分子式表示v 分類分類 正常價(jià)化合物；正常價(jià)化合物； 電子化合物；電子化合物； 間隙化合物等。間隙化合物等。vHere we see the

8、 Carbon atom (in red) fitting in between the larger iron atoms thus forming a lattice structure which will form the intermetallic compound Cementite. Fe3Cv金屬化合物相的金屬化合物相的性能性能： 金屬化合物一般熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。金屬化合物一般熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。v彌散強(qiáng)化（第二相強(qiáng)化）：彌散強(qiáng)化（第二相強(qiáng)化）：當(dāng)金屬化合物以細(xì)小顆粒均布于固溶體上，使合金的強(qiáng)當(dāng)金屬化合物以細(xì)小顆粒均布于固溶體上，使合金的強(qiáng)度度 ，硬度，硬度 ，耐磨性

9、，耐磨性 而塑性和韌性降低。而塑性和韌性降低。v金屬化合物相的金屬化合物相的用途用途： 作為合金的強(qiáng)化相使用作為合金的強(qiáng)化相使用3. 3. 機(jī)械混合物機(jī)械混合物v合金各組元按照一定的重量比例以混合方式構(gòu)成機(jī)械合金各組元按照一定的重量比例以混合方式構(gòu)成機(jī)械混合物。混合物。v機(jī)械混合物可以是純金屬、固溶體或金屬化合物各自機(jī)械混合物可以是純金屬、固溶體或金屬化合物各自的混合物，也可以是它們之間的混合物。的混合物，也可以是它們之間的混合物。v工業(yè)用合金的組織：工業(yè)用合金的組織：固溶體相基體固溶體相基體+少量金屬化合物（一種或幾種）少量金屬化合物（一種或幾種）= 機(jī)械混合物機(jī)械混合物有異質(zhì)原子溶入，導(dǎo)致

10、晶格畸變有異質(zhì)原子溶入，導(dǎo)致晶格畸變固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化可能出現(xiàn)多相組織可能出現(xiàn)多相組織-如果金屬化合物有如果金屬化合物有合理分布、大小、數(shù)量、形態(tài)合理分布、大小、數(shù)量、形態(tài)v調(diào)整合金性能的途徑：調(diào)整合金性能的途徑：（1）改善固溶體溶解度（固溶強(qiáng)化）改善固溶體溶解度（固溶強(qiáng)化）（2）改變金屬化合物的形狀、數(shù)量、大小、分布）改變金屬化合物的形狀、數(shù)量、大小、分布（3）利用位錯(cuò)強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化）利用位錯(cuò)強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化結(jié)論：合金的力學(xué)性能一般優(yōu)于純金屬結(jié)論：合金的力學(xué)性能一般優(yōu)于純金屬實(shí)際合金結(jié)構(gòu)：基體相實(shí)際合金結(jié)構(gòu)：基體相+強(qiáng)化相強(qiáng)化相 固溶體相固溶體相+金屬化合物相金屬化合物相 機(jī)械混

11、合物機(jī)械混合物3.2 3.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 3.2.1 3.2.1 合金結(jié)晶的過(guò)程及形成物合金結(jié)晶的過(guò)程及形成物合金結(jié)晶時(shí)可以形成固溶體、化合物或機(jī)械合金結(jié)晶時(shí)可以形成固溶體、化合物或機(jī)械混合物。它的結(jié)晶過(guò)程也是形成晶核和晶核混合物。它的結(jié)晶過(guò)程也是形成晶核和晶核長(zhǎng)大的過(guò)程，也存在過(guò)冷現(xiàn)象，需要一定的長(zhǎng)大的過(guò)程，也存在過(guò)冷現(xiàn)象，需要一定的過(guò)冷度，最后形成由許多晶粒組成的晶體。過(guò)冷度，最后形成由許多晶粒組成的晶體。3.2.2 3.2.2 合金結(jié)晶的冷卻曲線合金結(jié)晶的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線純金屬的結(jié)晶特征：純金屬的結(jié)晶特征：“平臺(tái)平臺(tái)”結(jié)晶結(jié)晶 合金系不同成分合合金系不同

12、成分合金的冷卻曲線，表達(dá)金的冷卻曲線，表達(dá)了：成分了：成分溫度溫度組織之間的關(guān)系。組織之間的關(guān)系。合金的冷卻曲線合金的冷卻曲線合金的結(jié)晶特征：合金的結(jié)晶特征：變溫結(jié)晶變溫結(jié)晶如何更好的表達(dá)如何更好的表達(dá)合金的冷卻過(guò)程合金的冷卻過(guò)程及其組織變化？及其組織變化？ 相圖相圖v 建立相圖方法：測(cè)定合金系中不同成分合金的冷卻曲線。合建立相圖方法：測(cè)定合金系中不同成分合金的冷卻曲線。合金在相變時(shí)，伴隨有物理、化學(xué)性能的改變，可以利用熱分金在相變時(shí)，伴隨有物理、化學(xué)性能的改變，可以利用熱分析法或熱膨脹法或磁性測(cè)定法，金相法，電阻法，析法或熱膨脹法或磁性測(cè)定法，金相法，電阻法，X射線結(jié)射線結(jié)構(gòu)分析法等精確測(cè)定

13、相變（冷卻過(guò)程）的臨界點(diǎn)（即臨界溫構(gòu)分析法等精確測(cè)定相變（冷卻過(guò)程）的臨界點(diǎn)（即臨界溫度）確定不同相存在的溫度和成分區(qū)間，建立相圖。度）確定不同相存在的溫度和成分區(qū)間，建立相圖。v 相圖建立步驟：相圖建立步驟：3.3 3.3 二元合金相圖二元合金相圖3.3.1 3.3.1 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立選配不同選配不同成分合金成分合金選取冷卻曲線選取冷卻曲線的關(guān)鍵溫度點(diǎn)的關(guān)鍵溫度點(diǎn)緩冷測(cè)定緩冷測(cè)定冷卻曲線冷卻曲線標(biāo)注在成分溫標(biāo)注在成分溫度坐標(biāo)系中度坐標(biāo)系中連接意義相同連接意義相同的點(diǎn)形成相圖的點(diǎn)形成相圖銅-鎳合金相圖純銅純銅100%Cu，純鎳，純鎳100%Ni，30%Ni+70%Cu,5

14、0Ni+50%Cu,70%Ni+30%Cuv相圖相圖：表明合金系中各種合金相在：表明合金系中各種合金相在平衡條件平衡條件下相下相與相之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)明圖示。與相之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)明圖示。v所謂所謂平衡平衡是指在一定條件下合金系中參與相變過(guò)是指在一定條件下合金系中參與相變過(guò)程的各相的成分和相對(duì)重量不再變化所達(dá)到的一種程的各相的成分和相對(duì)重量不再變化所達(dá)到的一種狀態(tài)。此時(shí)合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而改變。狀態(tài)。此時(shí)合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而改變。v合金在合金在極其緩慢冷卻的條件下極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過(guò)程，一般的結(jié)晶過(guò)程，一般可以認(rèn)為是平衡結(jié)晶過(guò)程。可以認(rèn)為是平衡結(jié)晶過(guò)程。v在常壓下，二元合金

15、的相狀態(tài)決定于溫度和成分。在常壓下，二元合金的相狀態(tài)決定于溫度和成分。二元合金相圖可以用溫度成分坐標(biāo)系的平面圖二元合金相圖可以用溫度成分坐標(biāo)系的平面圖來(lái)表示。來(lái)表示。3.3.2 3.3.2 基本相圖基本相圖v兩組元在固態(tài)時(shí)形成無(wú)限固溶體，且液態(tài)時(shí)又能完兩組元在固態(tài)時(shí)形成無(wú)限固溶體，且液態(tài)時(shí)又能完全互溶的合金相圖稱為全互溶的合金相圖稱為二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D。如如Cu-Ni；W-Mo；Fe-Ni；Fe-Cr等合金的相圖均是等合金的相圖均是二元?jiǎng)蚓鄨D。二元?jiǎng)蚓鄨D。3.3.2.1 二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D 相圖分析基本方法：相圖分析基本方法： 1. 掌握相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的意義。掌握相圖中各點(diǎn)

16、、線、區(qū)的意義。 2. 典型結(jié)晶過(guò)程分析（冷卻曲線表達(dá)典型結(jié)晶過(guò)程分析（冷卻曲線表達(dá)顯微組織表達(dá)等）顯微組織表達(dá)等）相圖中的點(diǎn)線區(qū)A,B為表象點(diǎn)為表象點(diǎn)給定一點(diǎn)給定一點(diǎn)A（B）據(jù)相圖可知其據(jù)相圖可知其成分，溫度和狀態(tài)成分，溫度和狀態(tài)v 垂線：垂線：過(guò)表象點(diǎn)（給定合金成分）做垂線，平行于溫度軸，過(guò)表象點(diǎn)（給定合金成分）做垂線，平行于溫度軸，由此垂線可分析相變降溫結(jié)晶過(guò)程。由此垂線可分析相變降溫結(jié)晶過(guò)程。v 水平線：水平線：兩相區(qū)，過(guò)表象點(diǎn)（給定成分合金）做水平線，兩相區(qū)，過(guò)表象點(diǎn)（給定成分合金）做水平線，平行于成分軸。分別交液相線和固相線于平行于成分軸。分別交液相線和固相線于L1(q)點(diǎn)和點(diǎn)和a

17、1(m)點(diǎn)，則點(diǎn)，則L1點(diǎn)和點(diǎn)和a1點(diǎn)在成分軸上投影點(diǎn)即相應(yīng)為此溫度下，點(diǎn)在成分軸上投影點(diǎn)即相應(yīng)為此溫度下，L相和相和相的成分。相的成分。 可計(jì)算不同溫度下，此成分合金所形成可計(jì)算不同溫度下，此成分合金所形成的兩相的相對(duì)重量（各相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。的兩相的相對(duì)重量（各相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。上臨界點(diǎn)上臨界點(diǎn) L1；下臨界點(diǎn)；下臨界點(diǎn)1兩相區(qū)兩相區(qū)L + L + 單相區(qū)單相區(qū) L L單相區(qū)單相區(qū) 液相線液相線固相線固相線v1. 結(jié)晶過(guò)程：結(jié)晶過(guò)程：L L + t1 : L1 1t2 : L2 2t3 : L3 3v2、平衡結(jié)晶：、平衡結(jié)晶： 結(jié)晶過(guò)程中，原子的擴(kuò)散在固相中、液相中及固液相之間結(jié)晶過(guò)程中，原子

18、的擴(kuò)散在固相中、液相中及固液相之間都進(jìn)行的很充分，擴(kuò)散速度與結(jié)晶速度平衡，最終形成成都進(jìn)行的很充分，擴(kuò)散速度與結(jié)晶速度平衡，最終形成成分均勻的固溶體晶粒。分均勻的固溶體晶粒。平衡結(jié)晶條件：非常緩慢的冷卻平衡結(jié)晶條件：非常緩慢的冷卻v3、非平衡結(jié)晶與枝晶偏析：、非平衡結(jié)晶與枝晶偏析： 實(shí)際生產(chǎn)中，往往冷卻速度較快，原子的擴(kuò)散來(lái)不及充分實(shí)際生產(chǎn)中，往往冷卻速度較快，原子的擴(kuò)散來(lái)不及充分進(jìn)行，尤其在固相中的原子一般擴(kuò)散較慢，結(jié)果先結(jié)晶出進(jìn)行，尤其在固相中的原子一般擴(kuò)散較慢，結(jié)果先結(jié)晶出來(lái)的固溶體含高熔點(diǎn)組元多，后結(jié)晶的固溶體含低熔點(diǎn)組來(lái)的固溶體含高熔點(diǎn)組元多，后結(jié)晶的固溶體含低熔點(diǎn)組元多，形成了成分

19、的不均勻現(xiàn)象。元多，形成了成分的不均勻現(xiàn)象。 枝晶偏析枝晶偏析v先結(jié)晶的樹枝晶軸含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹先結(jié)晶的樹枝晶軸含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹枝晶枝干含低熔點(diǎn)組元較多。結(jié)果造成在一個(gè)晶粒內(nèi)枝晶枝干含低熔點(diǎn)組元較多。結(jié)果造成在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分的分布不均勻現(xiàn)象，稱為枝晶偏析。化學(xué)成分的分布不均勻現(xiàn)象，稱為枝晶偏析。 鑄態(tài)鑄態(tài)Cu-Ni合金枝晶偏析的顯微組織（合金枝晶偏析的顯微組織（100） Micro-segregation structure of Co-Cr alloy filmultra-high resolution SEM v 枝晶偏析往往引起合金的塑性和韌性下降，引起晶內(nèi)腐

20、蝕。枝晶偏析往往引起合金的塑性和韌性下降，引起晶內(nèi)腐蝕。引起熱加工困難。引起熱加工困難。 v 所以在生產(chǎn)上常把有枝晶偏析的合金加熱到高溫，并經(jīng)長(zhǎng)所以在生產(chǎn)上常把有枝晶偏析的合金加熱到高溫，并經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，使原子進(jìn)行充分?jǐn)U散，以達(dá)到成分均勻化的目時(shí)間保溫，使原子進(jìn)行充分?jǐn)U散，以達(dá)到成分均勻化的目的，這種熱處理方法稱為均勻化退火的，這種熱處理方法稱為均勻化退火。v 思考：枝晶偏析的用途？思考：枝晶偏析的用途？ v阿基米德與杠桿原理阿基米德與杠桿原理 阿基米德在亞里山大里亞留學(xué)的時(shí)候，他從埃及農(nóng)民提阿基米德在亞里山大里亞留學(xué)的時(shí)候，他從埃及農(nóng)民提水用的水用的“沙杜佛沙杜佛”(吊桿吊桿)和奴隸們撬石頭

21、用的撬棍，發(fā)現(xiàn)了可和奴隸們撬石頭用的撬棍，發(fā)現(xiàn)了可以以借助一種杠桿來(lái)達(dá)到省力的目的，而且發(fā)現(xiàn)，手的握點(diǎn)至支借助一種杠桿來(lái)達(dá)到省力的目的，而且發(fā)現(xiàn)，手的握點(diǎn)至支點(diǎn)的這一段越長(zhǎng)，就越省力氣。由此他提出了這樣一個(gè)定理：點(diǎn)的這一段越長(zhǎng)，就越省力氣。由此他提出了這樣一個(gè)定理：力臂和力力臂和力(重量重量)的關(guān)系成反比例。這就是杠桿原理。用我們現(xiàn)的關(guān)系成反比例。這就是杠桿原理。用我們現(xiàn)在的表達(dá)方式就是：重量在的表達(dá)方式就是：重量重臂重臂=力力力臂。力臂。 為此，他曾給當(dāng)時(shí)的國(guó)王艾希羅寫信說(shuō)：為此，他曾給當(dāng)時(shí)的國(guó)王艾希羅寫信說(shuō)：“我不費(fèi)吹灰我不費(fèi)吹灰之之力，就可以隨便牽動(dòng)任何重的東西；只要給我一個(gè)支點(diǎn)，給力，

22、就可以隨便牽動(dòng)任何重的東西；只要給我一個(gè)支點(diǎn)，給我一根足夠長(zhǎng)的杠桿，我也可以推動(dòng)地球。我一根足夠長(zhǎng)的杠桿，我也可以推動(dòng)地球。4. 4. 二元相圖中的杠桿定理二元相圖中的杠桿定理”v引例：引例：v 100ml的的10%的的NaCl水溶液和水溶液和 100ml的的30%的的NaCl水溶液混合后濃度是多少？水溶液混合后濃度是多少？計(jì)算：計(jì)算： 100ml10%+ 100ml30% = 200ml C% C%=20%反過(guò)來(lái)考慮：反過(guò)來(lái)考慮： 把把20%的的NaCl水溶液分成濃度分別為水溶液分成濃度分別為10%和和30%的兩的兩份，兩份的體積分?jǐn)?shù)是多少？份，兩份的體積分?jǐn)?shù)是多少？ V1 10%+ V2

23、30%=20% （V1+V2） 這種方法可以推廣應(yīng)用到相圖的液固兩相區(qū)這種方法可以推廣應(yīng)用到相圖的液固兩相區(qū)如圖：成分為如圖：成分為b的的Cu-Ni合金，緩合金，緩冷到冷到t0時(shí)，依據(jù)相圖分析時(shí)，依據(jù)相圖分析（1）此時(shí)存在的相：）此時(shí)存在的相： 液相和固相液相和固相（2）各相的成分？）各相的成分？ 液相：液相：q點(diǎn)在成分軸上投影點(diǎn)在成分軸上投影成分成分Cq，固相：，固相：m點(diǎn)成分投影點(diǎn)成分投影Cm，合金成分：，合金成分：b點(diǎn)成分投影點(diǎn)成分投影Cb（3）各相的相對(duì)量）各相的相對(duì)量濃度濃度Cb的合金分為濃度的合金分為濃度Cq和和Cm兩份：兩份：V1 Cq%+ V2 Cm%=Cb% （V1+V2）V

24、1 Cq%+ V2 Cm%=Cb% （V1+V2）V1 Cq%+ V2 Cm%=Cb% V1+ Cb% V2）V1 Cq%+ V2 Cm%=Cb% V1+ Cb% V2）V1 （Cb% -Cq%）= V2 （Cm%-Cb% ）兩相相對(duì)量：兩相相對(duì)量：V1/V2= （Cm%-Cb% ）/ （Cb% -Cq%）即即V1/V2=mb/bq二元相圖中的杠桿定理二元相圖中的杠桿定理v在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時(shí)，兩相的成分是確定的。在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時(shí)，兩相的成分是確定的。通過(guò)杠桿定理可以計(jì)算在某一溫度下，兩相的重量通過(guò)杠桿定理可以計(jì)算在某一溫度下，兩相的重量比。比。qbbmmncompositioofli

25、quidofWeightqncompositioofsolutionsolidofWeightqbbmRatio v杠桿定理適用條件：平衡結(jié)晶的兩相區(qū)杠桿定理適用條件：平衡結(jié)晶的兩相區(qū)v杠桿定理解決問(wèn)題：杠桿定理解決問(wèn)題：（1）確定兩平衡相的成分）確定兩平衡相的成分（2）確定兩平衡相的數(shù)量）確定兩平衡相的數(shù)量使用杠桿定理得關(guān)鍵：使用杠桿定理得關(guān)鍵： 找準(zhǔn)杠桿的支點(diǎn)和杠桿兩端點(diǎn)的位置。找準(zhǔn)杠桿的支點(diǎn)和杠桿兩端點(diǎn)的位置。v合金的兩組元在液態(tài)下無(wú)限互溶，在固態(tài)下有限溶合金的兩組元在液態(tài)下無(wú)限互溶，在固態(tài)下有限溶解并發(fā)生解并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變的相圖。的相圖。v共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：恒溫下，液相中同時(shí)結(jié)

26、晶出兩個(gè)成分、恒溫下，液相中同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分、結(jié)構(gòu)不同的固相。結(jié)構(gòu)不同的固相。v共晶反應(yīng)式：共晶反應(yīng)式： Ld (c + e) 恒溫恒溫v轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：共晶體（共晶組織）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：共晶體（共晶組織） 兩固相的機(jī)兩固相的機(jī)械混合物，一般具有較獨(dú)特的形貌。械混合物，一般具有較獨(dú)特的形貌。3.3.2.2 二元共晶相圖二元共晶相圖共晶反應(yīng)的冷共晶反應(yīng)的冷卻曲線同純金卻曲線同純金屬相同也出現(xiàn)屬相同也出現(xiàn)結(jié)晶平臺(tái)結(jié)晶平臺(tái)Hypereutectic 過(guò)共晶過(guò)共晶Hypoeutectic亞共晶亞共晶 Pb-Sn相圖的點(diǎn)、線、區(qū) Pb-Sn合金相圖合金相圖合金冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程示意合金冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程示意 合金

27、合金I在室溫時(shí)的在室溫時(shí)的與與II的的相對(duì)量，可以用杠桿定律相對(duì)量，可以用杠桿定律計(jì)算：計(jì)算： 合金合金I (F、D點(diǎn)間的合金點(diǎn)間的合金) 請(qǐng)帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算請(qǐng)帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算W%=89%W%=11%wSnD點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的Pb-Sn合金顯微組織合金顯微組織(200) 什么是共晶轉(zhuǎn)變什么是共晶轉(zhuǎn)變? ? 共晶轉(zhuǎn)變有何特點(diǎn)共晶轉(zhuǎn)變有何特點(diǎn)? ? 想想一一想想想想一一想想請(qǐng)寫出請(qǐng)寫出Pb-Sn（lead-Tin）合金的共晶）合金的共晶反應(yīng)式：反應(yīng)式：合金合金的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程示意圖的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程示意圖 合金合金(C點(diǎn)的合金點(diǎn)的合金) 共晶體中共晶體中D和和E的相對(duì)量？的相對(duì)量？D=45%，

28、 E=55%共晶組織形態(tài)層片狀層片狀(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)條棒狀條棒狀(Sb-MnSb橫截面橫截面)螺旋狀（螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織共晶組織 合金合金 (C、D點(diǎn)間的合金點(diǎn)間的合金)，稱為亞共晶合金，稱為亞共晶合金 合金合金的冷卻曲線與結(jié)晶過(guò)程示意的冷卻曲線與結(jié)晶過(guò)程示意 Pb-Sn亞共晶合金亞共晶合金顯微組織：均由初晶顯微組織：均由初晶+次生次生II + 共晶體共晶體(+)組成。組成。是合金是合金和合金和合金結(jié)晶過(guò)程的疊加。結(jié)晶過(guò)程的疊加。 Pb-Sn亞共晶合金顯微組織（亞共晶合金顯微組織（100）所有所有Pb-Sn亞共晶合金的結(jié)晶過(guò)程都與合金亞共晶合金的結(jié)晶過(guò)程都與合金相似，其顯微組織均由初晶相似，其顯微組織均由初晶+次生次生II + 共晶體共晶體(+)組成。所不同的只是合金成分愈接近共晶成分，組織中共晶體組成。所不同的只是合金成分愈接近共晶成分，組