鉛錫共晶相圖分析

1、-作者xxxx-日期xxxx鉛錫共晶相圖分析【精品文檔】1、  相圖分析圖3-12為一般共晶型的Pb-Sn合金相圖。其中AEB線為液相線，ACEDB線為固相線，A點(diǎn)為鉛的熔點(diǎn)（327），B點(diǎn)為錫的熔點(diǎn)（232）。相圖中有L、a、b三種相，形成三個(gè)單相區(qū)。L代表液相，處于液相線以上。a是Sn溶解在Pb中所形成的固溶體，位于靠近純組元Pb的封閉區(qū)域內(nèi)。b是Pb溶解在Sn中所形成的固溶體，位于靠近純組元Sn的封閉區(qū)域內(nèi)。在每兩個(gè)單相區(qū)之間，共形成了三個(gè)兩相區(qū)，即L+a、L+b和a+b。圖3-12 Pb-Sn二元合金相圖相圖中的水平線CED稱為共晶線。在水平線對應(yīng)的溫度（183）下，E點(diǎn)成分

2、的液相將同時(shí)結(jié)晶出C點(diǎn)成分的a固溶體和D點(diǎn)成分的b固溶體：LE ( aC + bD )。這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變過程稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即兩相的機(jī)械混合物稱為共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱為共晶溫度，代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)稱為共晶點(diǎn)，具有共晶成分的合金稱為共晶合金。在共晶線上，凡成分位于共晶點(diǎn)以左的合金稱為亞共晶合金，位于共晶點(diǎn)以右的合金稱為過共晶合金。凡具有共晶線成分的合金液體冷卻到共晶溫度時(shí)都將發(fā)生共晶反應(yīng)。發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)，L、a、b三個(gè)相平衡共存，它們的成分固定，但各自的重量在不斷變化。因此，水平線CE

3、D是一個(gè)三相區(qū)。相圖中的CF線和DG線分別為Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲線（即飽和濃度線），稱為固溶線?？梢钥闯?，隨溫度降低，固溶體的溶解度下降。2、典型合金的結(jié)晶過程 含Sn量小于C點(diǎn)成分合金的結(jié)晶過程（以合金為例）由圖3-12可見，該合金液體冷卻時(shí)，在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相a固溶體，這種從液相中結(jié)晶出來的固相稱為一次相或初生相。勻晶轉(zhuǎn)變完成后，在2、3點(diǎn)之間，為單相a固溶體冷卻，合金組織不發(fā)生變化。溫度降到3點(diǎn)以下，a固溶體被Sn過飽和，由于晶格不穩(wěn)，便出現(xiàn)第二相b相，顯然，這是一種固態(tài)相變。由已有固相析出（相變過程也稱為析出）的新固相稱為二次相或次生相。形成二次相的過程稱

4、為二次析出。二次b呈細(xì)粒狀，記為bII。隨溫度下降，a相的成分沿CF線變化，b的成分沿DG線變化，b的相對重量增加，室溫下b的相對重量百分比為：。合金的室溫組織為a+b。圖3-13為其冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖。成分大于D點(diǎn)合金的結(jié)晶過程與合金相似，其室溫組織為b+a。 圖3-13 合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖 圖3-14 合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖 共晶合金的結(jié)晶過程（合金II）該合金液體冷卻到E點(diǎn)（即共晶點(diǎn)）時(shí)，同時(shí)被Pb和Sn飽和，并發(fā)生共晶反應(yīng)：183LE （aC+bD），析出成分為C的a和成分為D的b。反應(yīng)終了時(shí)，獲得a + b的共晶組織。從成分均勻的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分差異很

5、大的固相，必然要有元素的擴(kuò)散。假設(shè)首先析出富鉛的a相晶核，隨著它的長大，必然導(dǎo)致其周圍液體貧鉛而富錫，從而有利于b相的形核，而b相的長大又促進(jìn)了a相的形核。就這樣，兩相相間形核、互相促進(jìn)，因而共晶組織較細(xì)，呈片、針、棒或點(diǎn)球等形狀。共晶組織中的相稱為共晶相，如共晶a、共晶b。根據(jù)杠桿定律，可求出共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí)兩相的相對重量百分比為：，（注意：此時(shí)用的是a+b兩相區(qū)的上沿，而不是三相區(qū)）。共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，隨溫度繼續(xù)下降，a和b的成分分別沿CF和DG線變化，即從共晶a中析出b，從共晶b中析出a，由于共晶組織細(xì)，a與共晶a結(jié)合，b與共晶b結(jié)合，使得二次相不易分辨，因而最終的室溫組織仍為（a+b）共

6、晶體。共晶合金的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程如圖3-14所示。 亞共晶合金的結(jié)晶過程（以合金為例）該合金的液體在2點(diǎn)以前發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出一次a相。在1點(diǎn)到2點(diǎn)的冷卻過程中，一次a的成分沿AC線變化到C點(diǎn)，液相的成分沿AE線變化到E點(diǎn)，剛冷卻到2點(diǎn)時(shí)兩相的相對重量百分比為（用L+a兩相區(qū)的下沿）：，。在2點(diǎn)，具有E點(diǎn)成分的剩余液體（其相對重量為）發(fā)生共晶反應(yīng)LE （aC+bD），轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等，因而。共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí)，a、b兩相的相對重量百分比為：，。共晶反應(yīng)結(jié)束后，隨溫度下降，將從一次a和共晶a中析出b，從共晶b中析出a。與共晶合金一樣，共晶組織中的二次相不作

7、為獨(dú)立組織看待。但由于一次a 粗大，其所析出的b分布于一次a上，不能忽略。因此，亞共晶合金的室溫組織為a +（a + b）+ bII。圖3-15為亞共晶合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖。圖3-15 合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖 過共晶合金的結(jié)晶過程（以合金為例）過共晶合金的結(jié)晶過程與亞共晶合金相似，不同的是一次相為b，二次相為 a。其室溫組織為b+(a+b)+a。3、組織組成物在相圖上的標(biāo)注所謂組織組成物是指組成合金顯微組織的獨(dú)立部分。如上面提到的一次a和一次b、二次a和二次b、共晶體(a +b)都是組織組成物，它們在顯微鏡下可以看到并具有一定的組織特征。將組織組成物標(biāo)注在相圖中(見圖3-16)，可以使標(biāo)注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。