第三章 合金的結構與相圖

1、第三章 合金的結構與相圖 本章重點：本章重點：1、固溶體與化合物及其特性、固溶體與化合物及其特性 2、二元合金相圖的建立方法、二元合金相圖的建立方法 3、二元勻晶、共晶、包晶、二元勻晶、共晶、包晶、 共析相圖分析共析相圖分析本章難點：二元相圖分析本章難點：二元相圖分析 純金屬具有優(yōu)良的導電性、導熱性、純金屬具有優(yōu)良的導電性、導熱性、化學穩(wěn)定性，美麗的金屬光澤，但強度、化學穩(wěn)定性，美麗的金屬光澤，但強度、硬度、耐磨性等機械性能較差，且成本硬度、耐磨性等機械性能較差，且成本高，數(shù)量有限，因此工程材料除極少數(shù)高，數(shù)量有限，因此工程材料除極少數(shù)特殊要求的采用純金屬外，絕大多數(shù)采特殊要求的采用純金屬外，

2、絕大多數(shù)采用合金。用合金。合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬 與非金屬元素熔合在一起組成具與非金屬元素熔合在一起組成具 有金屬特性的物質。有金屬特性的物質。 合金相圖是研究合金系的合金相圖是研究合金系的溫度溫度、成份成份、相相變規(guī)律變規(guī)律關系的有用工具。對于材料工作者，相關系的有用工具。對于材料工作者，相圖十分重要，必須很好掌握。圖十分重要，必須很好掌握。第一節(jié)第一節(jié) 固態(tài)合金中的相結構固態(tài)合金中的相結構一、基本概念一、基本概念1、相、相 在一個體系中，性質相同的均勻部分。在一個體系中，性質相同的均勻部分。 相與相之間有明顯的界面相與相之間有明顯的界面，但有界

3、面分開但有界面分開 的不一定是兩相的不一定是兩相。 2、固溶體、固溶體 固態(tài)時溶質原子（離子或分子）溶入固態(tài)時溶質原子（離子或分子）溶入 溶劑的晶格中所形成的相，稱為固溶體。溶劑的晶格中所形成的相，稱為固溶體。 固溶體的晶體結構即是溶劑的晶體結構固溶體的晶體結構即是溶劑的晶體結構。溶質原子溶入溶劑晶格中的方式有兩種：溶質原子溶入溶劑晶格中的方式有兩種：a、溶質原子替換溶劑原子的位置形成的固溶體、溶質原子替換溶劑原子的位置形成的固溶體 置換固溶體置換固溶體b、溶質原子填入溶劑晶格間隙中形成的固溶體、溶質原子填入溶劑晶格間隙中形成的固溶體 間隙固溶體間隙固溶體返回返回返回返回3、化合物、化合物 合

4、金組元之間發(fā)生化學反應，形成晶體結構合金組元之間發(fā)生化學反應，形成晶體結構 不同于任一組元的新相，稱為化合物。不同于任一組元的新相，稱為化合物。 一般化合物一般化合物離子鍵離子鍵 金屬間化合物金屬間化合物金屬鍵金屬鍵二、固溶體的特性二、固溶體的特性1、溶質元素在固溶體中的溶解度、溶質元素在固溶體中的溶解度 溶質元素的質量 固溶體的濃度固溶體的濃度：C= 100% 固溶體質量 質量百分比質量百分比 溶質元素的原子數(shù) 或 C= 100% 固溶體的總原子數(shù)原子百分比原子百分比固溶體的溶解度固溶體的溶解度： 在一定條件下，溶質元素在固溶體在一定條件下，溶質元素在固溶體中的中的極限濃度極限濃度稱為溶質元

5、素在固溶體中稱為溶質元素在固溶體中的溶解度的溶解度。 根據(jù)溶質元素在固溶體中的溶解度，根據(jù)溶質元素在固溶體中的溶解度，可把固溶體分為：可把固溶體分為：有限固溶體有限固溶體無限固溶體無限固溶體很顯然很顯然： 只有在溶質與溶劑元素間形成置只有在溶質與溶劑元素間形成置 換固溶體時，才有可能形成換固溶體時，才有可能形成無限固溶無限固溶 體體；而對于間隙固溶體，則只能形成而對于間隙固溶體，則只能形成 有限固溶體有限固溶體。 在合金系統(tǒng)中，通常按順序（固在合金系統(tǒng)中，通常按順序（固 溶體的濃度或固溶體穩(wěn)定存在的溫度溶體的濃度或固溶體穩(wěn)定存在的溫度 范圍）由低到高，用范圍）由低到高，用、 、等表示不同類型的

6、固溶體。等表示不同類型的固溶體。2、影響固溶體結構形式和溶解度的因素、影響固溶體結構形式和溶解度的因素 原子大小原子大小 d溶劑溶劑-d溶質溶質 溶劑與溶質的原子直徑差別：溶劑與溶質的原子直徑差別： 100% d溶劑溶劑 當二者差別較小時，即溶劑與溶質的當二者差別較小時，即溶劑與溶質的原子直徑相近，易形成置換固溶體，且二原子直徑相近，易形成置換固溶體，且二者的尺寸差別越小，所形成的固溶體的溶者的尺寸差別越小，所形成的固溶體的溶解度越大，當解度越大，當尺寸差別尺寸差別小于某一數(shù)值時，小于某一數(shù)值時，將形成無限固溶體。將形成無限固溶體。 而當原子而當原子尺寸差別尺寸差別大于大于15%時，不大時，不

7、大可能形成置換固溶體。因為原子尺寸差別可能形成置換固溶體。因為原子尺寸差別較大時，形成固溶體所造成的晶格畸變較大時，形成固溶體所造成的晶格畸變（無論是正畸變還是負畸變）較大，晶格（無論是正畸變還是負畸變）較大，晶格畸變能也較大，固溶體晶格結構的穩(wěn)定性畸變能也較大，固溶體晶格結構的穩(wěn)定性較差。較差。 同樣，形成同樣，形成間隙固溶體間隙固溶體時，只能引起時，只能引起固溶體晶格產生固溶體晶格產生正畸變正畸變，顯然，顯然，溶質原子溶質原子的尺寸越小的尺寸越小，溶劑晶格的間隙尺寸越大溶劑晶格的間隙尺寸越大，形成間隙固溶體時所造成的晶格畸變和畸形成間隙固溶體時所造成的晶格畸變和畸變能越小，間隙固溶體越容易

8、形成，其溶變能越小，間隙固溶體越容易形成，其溶解度也就越大。解度也就越大。 反之，不易形成間隙固溶體。當溶反之，不易形成間隙固溶體。當溶質原子尺寸較大時，完全不能形成間隙質原子尺寸較大時，完全不能形成間隙固溶體。固溶體。 負電性負電性 負電性負電性是指原子從其他原子奪取電子是指原子從其他原子奪取電子變?yōu)樨撾x子的能力。變?yōu)樨撾x子的能力。 當兩種元素在周期表中的位置相距越當兩種元素在周期表中的位置相距越遠，其負電性相差越大，它們之間的化學遠，其負電性相差越大，它們之間的化學親和力越強，越傾向于形成化合物，而不親和力越強，越傾向于形成化合物，而不利于形成固溶體，所形成的固溶體的溶解利于形成固溶體，所

9、形成的固溶體的溶解度也越小。度也越小。 電子濃度電子濃度 合金中，價電子數(shù)目合金中，價電子數(shù)目e與原子數(shù)目與原子數(shù)目a之比，之比，稱為稱為電子濃度電子濃度e/a。 當溶質原子對固溶體貢獻的價電子數(shù)與溶當溶質原子對固溶體貢獻的價電子數(shù)與溶劑不同時，隨著溶質原子的進入，將使固溶體劑不同時，隨著溶質原子的進入，將使固溶體晶格中的晶格中的電子濃度電子濃度以及以及電子云結構電子云結構發(fā)生變化，發(fā)生變化，顯然溶質原子所占的比率越高，固溶體晶格的顯然溶質原子所占的比率越高，固溶體晶格的電子濃度改變越大，達到一定程度時，固溶體電子濃度改變越大，達到一定程度時，固溶體晶格就不穩(wěn)定，易形成新的相。晶格就不穩(wěn)定，易

10、形成新的相。 因此，因此，固溶體只能穩(wěn)定在一定的電子濃度固溶體只能穩(wěn)定在一定的電子濃度范圍內范圍內，如對于溶劑為，如對于溶劑為1 價金屬的固溶體，若價金屬的固溶體，若固溶體具有固溶體具有面心立方晶格面心立方晶格，則極限電子濃度值，則極限電子濃度值為為1.36；若固溶體具有；若固溶體具有體心立方晶格體心立方晶格，則極限，則極限電子濃度值為電子濃度值為1.48。 晶體結構晶體結構 一般情況下，晶格結構相同的元素一般情況下，晶格結構相同的元素之間具有較大的溶解度，而晶格結構不之間具有較大的溶解度，而晶格結構不同的元素之間溶解度較小。同的元素之間溶解度較小。 溫度溫度 固溶體的溶解度受溫度的影響較大，

11、固溶體的溶解度受溫度的影響較大，一般溫度越高，固溶體的溶解度越大。一般溫度越高，固溶體的溶解度越大。如，奧氏體在如，奧氏體在727能溶解能溶解0.77%的碳，的碳，而在而在1148則能溶解則能溶解2.11%的碳。的碳。3、固溶體的性能、固溶體的性能 當溶質元素的含量極少時，固溶體的性當溶質元素的含量極少時，固溶體的性能與溶劑金屬基本相同。隨著溶質元素含量能與溶劑金屬基本相同。隨著溶質元素含量的升高，固溶體的性能發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)的升高，固溶體的性能發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)在強度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，在強度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，固溶強化。固溶強化。 固溶強化的機理：溶質原子溶入后，

12、固溶強化的機理：溶質原子溶入后，引起溶劑金屬的晶格畸變，使位錯運動引起溶劑金屬的晶格畸變，使位錯運動受到阻礙。受到阻礙。 淬火，就是對金屬加熱后通過快速淬火，就是對金屬加熱后通過快速冷卻，獲得過飽和的固溶體，從而強化冷卻，獲得過飽和的固溶體，從而強化金屬。金屬。三、金屬間化合物三、金屬間化合物 合金組元之間發(fā)生化學反應，形成晶合金組元之間發(fā)生化學反應，形成晶體結構不同于任一組元的新相，稱為體結構不同于任一組元的新相，稱為化合化合物。物。如：如：Fe3C, CuZn, Cu5Sn, FeS, MnS 等等 金屬間化合物金屬間化合物 一般化合物一般化合物離子鍵離子鍵金屬鍵金屬鍵 金屬間化合物可以作

13、為合金的組金屬間化合物可以作為合金的組成相（強化相），而非金屬化合物在成相（強化相），而非金屬化合物在合金中大多屬于有害雜質。如合金中大多屬于有害雜質。如FeS 在在鋼中引起熱脆。鋼中引起熱脆。1、金屬間化合物的組織與性能特點、金屬間化合物的組織與性能特點 金屬間化合物金屬間化合物具有復雜的晶格結構，具有復雜的晶格結構，熔點高，硬而脆，其在合金中的分布形熔點高，硬而脆，其在合金中的分布形態(tài)對合金的性能影響很大，當金屬間化態(tài)對合金的性能影響很大，當金屬間化和物以大塊狀或成片狀形態(tài)分布時，合和物以大塊狀或成片狀形態(tài)分布時，合金的強度、塑性均很差；當金屬間化合金的強度、塑性均很差；當金屬間化合物呈彌

14、散狀質點分布時，合金的強度高，物呈彌散狀質點分布時，合金的強度高，塑性、韌性較好。塑性、韌性較好。2、金屬間化合物的種類、金屬間化合物的種類a、正常價化合物：服從原子價規(guī)律，負電性、正常價化合物：服從原子價規(guī)律，負電性 因素起主要因素起主要 作用，這類化合物成份固定，作用，這類化合物成份固定， 不能形成化合物基固溶體。不能形成化合物基固溶體。 如：如：Mg2Si, Mg2Sn, Mg2Pb 等。等。b、電子化合物：不遵守原子價規(guī)律，而服從電、電子化合物：不遵守原子價規(guī)律，而服從電 子濃度規(guī)律，即當合金的電子濃度達到某一子濃度規(guī)律，即當合金的電子濃度達到某一 數(shù)值時，便形成具有某種結構的化合物。

15、數(shù)值時，便形成具有某種結構的化合物。一般：一般：電子濃度電子濃度=3/2（21/14），形成體心立方晶格的），形成體心立方晶格的相相電子濃度電子濃度=21/13， 形成復雜立方晶格的形成復雜立方晶格的相相電子濃度電子濃度=7/4（21/12），形成密排六方晶格的），形成密排六方晶格的相相 但電子濃度不是決定電子化合物結構的唯但電子濃度不是決定電子化合物結構的唯一因素，組成元素的一因素，組成元素的原子大小原子大小及其及其電化學性質電化學性質，對其結構也有影響。對其結構也有影響。 電子化合物的成分不是固定的，而在一定電子化合物的成分不是固定的，而在一定范圍內變化，電子化合物可以溶解一定量的組范圍內

16、變化，電子化合物可以溶解一定量的組元，形成以元，形成以電子化合物為基的固溶體電子化合物為基的固溶體。C、間隙化合物、間隙化合物 由原子直徑較大的過渡族元素與原子直徑由原子直徑較大的過渡族元素與原子直徑很小的很小的C、N、B等元素組成，過渡族元素的原等元素組成，過渡族元素的原子占據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬元子占據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬元素原子有規(guī)則地嵌入晶格空隙中，形成素原子有規(guī)則地嵌入晶格空隙中，形成間隙化間隙化合物合物。 間隙相間隙相 當非金屬元素原子與過渡族金屬元素原當非金屬元素原子與過渡族金屬元素原 子直徑的比值子直徑的比值（d非非/d過過）0.59時，形成的間隙化合物

17、時，形成的間隙化合物一般具有復雜的晶格結構，稱為一般具有復雜的晶格結構，稱為間隙化合物間隙化合物。 如：如：Fe3C, dC/dFe =0.61, 正交晶格正交晶格 形成間隙化合物的過渡族元素的形成間隙化合物的過渡族元素的d 層電子層電子越少，與碳的親和力越強，所形成的化合物越越少，與碳的親和力越強，所形成的化合物越穩(wěn)定，熔點、硬度越高。穩(wěn)定，熔點、硬度越高。 間隙化合物具有很高的硬度、熔點，是合間隙化合物具有很高的硬度、熔點，是合金的強化相。金的強化相。 如：在鋼中加入如：在鋼中加入V，形成的，形成的VC可提高鋼的可提高鋼的耐磨性耐磨性耐磨鋼耐磨鋼；加入；加入Ti，形成的，形成的 TiC 可

18、阻可阻礙高溫奧氏體晶粒長大礙高溫奧氏體晶粒長大耐熱鋼耐熱鋼；而；而W2C,VC是是高速鋼高速鋼的主要強化成分，的主要強化成分，TiC，W2C是是硬硬質合金質合金的主要成分。的主要成分。第二節(jié)第二節(jié) 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立一、一、 基本概念基本概念1、組元：組成合金最基本的，能夠獨立存在、組元：組成合金最基本的，能夠獨立存在 的物質。組元一般是元素，也可以的物質。組元一般是元素，也可以 是穩(wěn)定的化合物，如是穩(wěn)定的化合物，如Fe3C。 2、合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例、合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例 配制而成的一系列不同成分的合金。配制而成的一系列不同成分的合金。

19、如：如：Cu-Ni, Fe-Fe3C, Cu-Zn等。等。 3、相圖：合金系的、相圖：合金系的溫度溫度-成分圖成分圖，表示合金系中，表示合金系中 各個合金的結晶過程的平衡圖（或狀各個合金的結晶過程的平衡圖（或狀 態(tài)圖）。態(tài)圖）。 相圖中的線條（相線）表示相轉變溫度和平衡相圖中的線條（相線）表示相轉變溫度和平衡 相的成分相的成分。 被相線所劃分的區(qū)域稱為相區(qū)被相線所劃分的區(qū)域稱為相區(qū)。4、相變：一種相轉變?yōu)槠渌嗟倪^程。、相變：一種相轉變?yōu)槠渌嗟倪^程。5、相平衡：系統(tǒng)中同時共存的各相在長時間、相平衡：系統(tǒng)中同時共存的各相在長時間 內不互相轉化內不互相轉化動態(tài)平衡動態(tài)平衡。二、二元合金相圖的建立

20、方法二、二元合金相圖的建立方法臨界點：臨界點：合金從一種相態(tài)轉變?yōu)榱硪环N相態(tài)的合金從一種相態(tài)轉變?yōu)榱硪环N相態(tài)的 起始溫度起始溫度。 物理意義相同的臨界點連接起來就構成物理意義相同的臨界點連接起來就構成 相線，所以相圖的建立就是測定不同成分合相線，所以相圖的建立就是測定不同成分合 金的臨界點。臨界點的測定是通過實驗進行金的臨界點。臨界點的測定是通過實驗進行 的，常用的方法有的，常用的方法有熱分析法，熱分析法，X射線分析法，射線分析法， 金相組織法，硬度法，電阻法，熱膨脹法，金相組織法，硬度法，電阻法，熱膨脹法， 磁性法磁性法等。等。 精確測定一個相圖常需要選用幾種方法相互精確測定一個相圖常需要選

21、用幾種方法相互配合，取長補短。配合，取長補短。 熱分析法是常用的方法，它是通過測定合金熱分析法是常用的方法，它是通過測定合金的冷卻曲線來測定臨界點，具體步驟如下：的冷卻曲線來測定臨界點，具體步驟如下：1、配制不同成分的合金（選擇合金系中有代表性的成分）、配制不同成分的合金（選擇合金系中有代表性的成分）2、分別測出美中合金的冷卻曲線，得到相變臨界點、分別測出美中合金的冷卻曲線，得到相變臨界點3、將臨界點對應地繪在成分、將臨界點對應地繪在成分-溫度圖上溫度圖上4、將同類臨界點連接起來，即可繪出該合金系的相圖。、將同類臨界點連接起來，即可繪出該合金系的相圖。注意：注意：利用熱分析法測定相圖時，冷卻速

22、度應利用熱分析法測定相圖時，冷卻速度應 非常緩慢（平衡結晶）非常緩慢（平衡結晶）第三節(jié)第三節(jié) 二元勻晶相圖二元勻晶相圖 當兩組元在當兩組元在液相液相和和固相固相均均無限互溶無限互溶時時，構成的合金系相圖為二元勻晶相圖構成的合金系相圖為二元勻晶相圖。屬于此類的合金系有屬于此類的合金系有：Cu-Ni, Cu-Au, Au-Ag, Fe-Ni, W-Mo, Ti-Zr, Bi- Sb 等。等。二元勻晶合金結晶過程分析二元勻晶合金結晶過程分析液相區(qū)液相區(qū)一定成分的合金一定成分的合金液液-固兩相區(qū)固兩相區(qū)固相區(qū)固相區(qū)CuNiABLL+溫度溫度kt x112233 44 Cu-Ni 合金相圖合金相圖 xx

23、kxQL xxkxQakxkxQQLa QLQkxxk與力學中的杠桿定律完全類似與力學中的杠桿定律完全類似于是：于是：也即：也即：二、杠桿定律的適用范圍二、杠桿定律的適用范圍 二元平衡相圖 兩相平衡區(qū)注意：注意：杠桿定律不能用于三相平衡區(qū)！杠桿定律不能用于三相平衡區(qū)！四、固溶體合金中的偏析 合金相圖中，合金的凝固過程是在無限緩慢的冷卻條件下進行的，但實際上合金不可能無限緩慢冷卻，一般冷卻速度較快，由于原子來不及充分擴散，會出現(xiàn)先結晶出來的合金含Ni量高的現(xiàn)象，對于一個晶粒，心部含Ni量高，表層含Ni量低。 晶體內化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶體內化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內偏析或枝晶偏析晶內偏析或

24、枝晶偏析。 偏析的存在，會使金屬強度下降，塑偏析的存在，會使金屬強度下降，塑性較差，耐腐蝕性降低，應采用性較差，耐腐蝕性降低，應采用均勻化退均勻化退火火（擴散退火擴散退火）予以消除。）予以消除。第四節(jié)第四節(jié) 二元共晶相圖二元共晶相圖 當合金的二組元在液態(tài)時無限互溶，當合金的二組元在液態(tài)時無限互溶，在固態(tài)時有限互溶，且發(fā)生共晶反應，在固態(tài)時有限互溶，且發(fā)生共晶反應，此合金系的相圖為二元共晶相圖。此合金系的相圖為二元共晶相圖。 屬于此類相圖的合金系有：屬于此類相圖的合金系有：Pb-Sn, Al-Si, Al-Sn, Au-Pt 等。等。PbSnabcdefgLL+L+亞共晶合金共晶合金過共晶合金I

25、IIIIIPb-Sn 合金相圖一、相圖分析一、相圖分析 合金系有兩種有限固溶體：合金系有兩種有限固溶體：以以Pb 為溶劑，為溶劑，以以Sn 為溶質的為溶質的固溶體固溶體；以以Sn 為溶劑，以為溶劑，以Pb 為溶質的為溶質的固溶體固溶體。ced 水平線水平線-共晶反應線：共晶反應線： 發(fā)生恒溫反應發(fā)生恒溫反應 Lec+d注意：在共晶線注意：在共晶線ced 上屬于三相平衡區(qū)上屬于三相平衡區(qū)該合金系有兩類合金：該合金系有兩類合金： 固溶體合金固溶體合金 共晶型合金共晶型合金c點以左，點以左，d點以右的合金屬于點以右的合金屬于固溶體型合固溶體型合金金；cd 之間的合金為之間的合金為共晶型合金共晶型合金

26、，其中，其中，e點以左為點以左為亞共晶合金亞共晶合金，e點以右為點以右為過共晶過共晶合金合金，e點合金為點合金為共晶合金共晶合金。二、典型合金的結晶過程分析第五節(jié)第五節(jié) 二元包晶合金相圖二元包晶合金相圖 當合金的二組元在當合金的二組元在液態(tài)時無限互溶液態(tài)時無限互溶，在在固態(tài)時有限互溶固態(tài)時有限互溶，形成有限固溶體且，形成有限固溶體且發(fā)生發(fā)生包晶反應包晶反應，此合金系的相圖為二元，此合金系的相圖為二元包晶相圖包晶相圖。屬于此類相圖的合金系有屬于此類相圖的合金系有：Pt-Ag, Ag-Sn, Al-Pt, Sn-Sb, Cu-Zn, Cu-Sn 等等。一、相圖分析一、相圖分析aeb -液相線；液相

27、線；acdb -固相線；固相線；cf -固溶體的溶解度曲線；固溶體的溶解度曲線；dg-固溶體的溶解度曲線；固溶體的溶解度曲線；cde -包晶反應線包晶反應線：c +Le d（恒溫）（恒溫）二、典型合金的結晶過程分析二、典型合金的結晶過程分析PtAgabcdefgLL+L+ +213Pt-Ag 合金相圖合金相圖三、三、 包晶反應與共晶反應的區(qū)別包晶反應與共晶反應的區(qū)別1、共晶反應為分解型：共晶反應為分解型：Le c+d 包晶反應為合成型：包晶反應為合成型：c +Le d2、共晶線為固相線，合金在共晶溫度完全凝固；共晶線為固相線，合金在共晶溫度完全凝固； 包晶線僅有包晶線僅有cd 段為固相線段為固

28、相線3、共晶轉變后的組織均為兩相混合物，組織較細；共晶轉變后的組織均為兩相混合物，組織較細； 包晶轉變后的組織只有包晶轉變后的組織只有cd 段為兩相混合物，段為兩相混合物， 組織較粗，而組織較粗，而de段凝固完畢后為單相固溶體段凝固完畢后為單相固溶體。4、共晶反應中的液相成分點（反應相）位于共晶、共晶反應中的液相成分點（反應相）位于共晶 線中間，生成相位于共晶向兩端；包晶反應中線中間，生成相位于共晶向兩端；包晶反應中 的兩個反應相成分點位于包晶線的兩端，而一的兩個反應相成分點位于包晶線的兩端，而一 個生成相位于包晶線中間。個生成相位于包晶線中間。四、包晶系合金的非平衡組織四、包晶系合金的非平衡

29、組織 包晶反應時，包晶反應時，相很快就將相很快就將相包圍起來，相包圍起來，從而使從而使相和液相被相和液相被相分隔開來，要繼續(xù)進相分隔開來，要繼續(xù)進行包晶反應，必須通過行包晶反應，必須通過相層進行原子擴散，相層進行原子擴散，液體才能和液體才能和相繼續(xù)相互作用形成相繼續(xù)相互作用形成相，但在相，但在固相中的原子擴散要比在液相中困難得多，所固相中的原子擴散要比在液相中困難得多，所以包晶轉變過程是一個很緩慢的過程，如果冷以包晶轉變過程是一個很緩慢的過程，如果冷卻速度較快，包晶轉變就被抑制，從而形成卻速度較快，包晶轉變就被抑制，從而形成非非平衡組織平衡組織 留下的液體在溫度低于包晶溫度后，將留下的液體在溫

30、度低于包晶溫度后，將直接析出直接析出相，而未轉變的相，而未轉變的相就保留在相就保留在相中間。相中間。第六節(jié) 形成穩(wěn)定化合物的二元合金相圖 所謂穩(wěn)定化合物是指具有一定的熔點，所謂穩(wěn)定化合物是指具有一定的熔點，在熔點溫度以下能夠保持自己固有結構而不在熔點溫度以下能夠保持自己固有結構而不發(fā)生分解的化合物，如：發(fā)生分解的化合物，如：Mg2SiMg-Si 合金相圖合金相圖MgMg2SiSiLMg+ Mg2SiMg2Si+ SiL+MgL+ Mg2SiL+ Mg2SiL+Si1087溫度溫度638.8946.71414 這類相圖的特點是在相圖中有一個代表這類相圖的特點是在相圖中有一個代表穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合

31、物的垂直線（單相區(qū)、成分固定）的垂直線（單相區(qū)、成分固定）,垂足代表化合物的垂足代表化合物的成分成分，垂直線的頂點代表，垂直線的頂點代表其其熔點熔點，若把穩(wěn)定化合物，若把穩(wěn)定化合物 Mg2Si 看作一個獨看作一個獨立組元，則可以把立組元，則可以把Mg- Si 相圖看成是由相圖看成是由Mg-Mg2Si和和Mg2Si-Si兩個共晶相圖并列而成，兩個共晶相圖并列而成，這樣可使問題大大簡化。如圖：這樣可使問題大大簡化。如圖：第七節(jié)第七節(jié) 具有共析反應的二元合金相圖具有共析反應的二元合金相圖共析反應共析反應：從某種均勻一致的從某種均勻一致的固相固相中中 同時析出兩種化學成分和同時析出兩種化學成分和 晶格

32、結構完全不同的新固晶格結構完全不同的新固 相的轉變過程。相的轉變過程。 共析反應從形式上與共晶反應十分相似，共析反應從形式上與共晶反應十分相似，只是共析反應的反應物是固相，而共晶反應只是共析反應的反應物是固相，而共晶反應物是液相而已。物是液相而已。 由于共析反應是在固態(tài)合金中進行的，轉由于共析反應是在固態(tài)合金中進行的，轉變溫度較低，原子擴散困難，因而容易達到較變溫度較低，原子擴散困難，因而容易達到較大的過冷度，所以同大的過冷度，所以同共晶體共晶體相比相比共析組織共析組織更細更細致、更均勻。致、更均勻。溫度ABb1a2b2dcefgLL+121+2+1+2B%a1具有共析反應的二元合金相圖具有共析反應的二元合金相圖第八節(jié)第八節(jié) 合金的性能與相圖之間的關系合金的性能與相圖之間的關系一、當合金形成單相固溶體時一、當合金形成單相固溶體時 合金的性能取決于組成元素的性質及溶合金的性能取決于組成元素的性質及溶質元素的含量，對于一定的組成元素，溶質質元素的含量，對于一定的組成元素，溶質元素的溶入量越多，合金晶格畸變程度越大，元素的溶入量越多，合金晶格畸變程度越大，合金的強度、硬度越高合金的強度、硬度越高固溶強化固溶強化，但單，但單相固溶體合金仍保持較好的塑性。相固溶體合金仍保持較好的塑性。 單相固溶體合金塑性較好單相固溶體合金塑性較好，因而具有良好因而具有良好的壓力加工性能的壓力加工性能，但