哈工大材料考研必備08金屬學(xué)講義-2

1、3.3 勻晶相圖和固溶體凝固勻晶相圖和固溶體凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元系合金相圖二元系合金相圖 二元二元合金結(jié)晶時(shí)，從液相結(jié)晶出的都是單相的固溶體，這種結(jié)晶過(guò)程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。1、 勻晶相圖勻晶相圖勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變?373.3 勻晶相圖和固溶體凝固勻晶相圖和固溶體凝固 兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶、固態(tài)也無(wú)限互溶的二元合金相圖，稱為勻晶相圖。第三節(jié)第三節(jié) 二元系合金相圖二元系合金相圖 勻晶相圖勻晶相圖? 產(chǎn)生勻晶相圖的兩金屬組元必須具備如下條件：1、兩者的金屬結(jié)構(gòu)相同，原子尺寸相近，尺寸差小于15%；2、兩者具有相同的原子價(jià)和相似的電負(fù)性。具有這類相圖的二元合金系主要有：Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mg、

2、Fe-Ni、Mo-W 等。1、 勻晶相圖勻晶相圖38 1、 勻晶相圖勻晶相圖 勻晶相圖還可有其他形式，如Au-Cu、Fe-Co等在相圖上有極小點(diǎn)、而Pb-Ti等在相圖上有極大點(diǎn)。 應(yīng)當(dāng)指出，幾乎所有的二元合金相圖都包含有勻晶轉(zhuǎn)變部分，因此掌握這一類相圖是學(xué)習(xí)二元合金相圖的基礎(chǔ)。1、 勻晶相圖勻晶相圖40 平衡凝固是指凝固過(guò)程中的每個(gè)階段都能達(dá)到平衡，即在相變過(guò)程中有充分的時(shí)間進(jìn)行組元間的擴(kuò)散，以達(dá)到平衡成分。2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固平衡凝固?2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固( a ) 結(jié)晶瞬間 ( b ) 液態(tài)擴(kuò)散 ( c ) 固態(tài)擴(kuò)散

3、2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固結(jié)晶瞬間固態(tài)晶核界面的組元成分分布2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固合金組元液態(tài)原子擴(kuò)散 2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固合金組元固態(tài)原子擴(kuò)散 固溶體的平衡凝 固與純金屬一樣， 包括形核與長(zhǎng)大 兩個(gè)階段。2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固固溶體凝固的特點(diǎn)固溶體的平衡凝固 形核時(shí)也需要在液 態(tài)合金溶液中存在 一定的成分起伏和 溫度起伏；2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固晶核 的長(zhǎng)大包括三個(gè)過(guò)程:2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固u液相內(nèi)的擴(kuò)散；u固相的長(zhǎng)大；u固相內(nèi)的擴(kuò)散。 和純金屬不同，固溶體合金在結(jié)晶時(shí)有以下兩個(gè)顯著

4、特點(diǎn)：2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固異分結(jié)晶固溶體合金的結(jié)晶需要一定的溫度范圍2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固固溶體合金結(jié)晶時(shí)所結(jié) 晶出的固相成分與液相 成分不同，這種結(jié)晶出 的晶體與母相化學(xué)成分 不同的結(jié)晶稱為異分結(jié) 晶，或稱選擇結(jié)晶。異分結(jié)晶異分結(jié)晶2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固 既然固溶體的結(jié)晶屬于異分結(jié)晶，那么在結(jié)晶時(shí)的溶質(zhì)原子必然要在液相和固相之間重新分配，這種溶質(zhì)原子的重新分配程度通常用平衡分配系數(shù)表示。 平衡分配系數(shù)K0定義為：在一定溫度下，固液兩平衡相中溶質(zhì)濃度之比值，即:平衡分配系數(shù)2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡

5、凝固固溶體合金的結(jié)晶需要一定的溫度范圍這就意味著，在結(jié)晶時(shí)，始終進(jìn)行著溶質(zhì)和溶劑原子的擴(kuò)散過(guò)程，其中不但包括液相和固相內(nèi)部原子的擴(kuò)散，而且包括固相與液相通過(guò)界面進(jìn)行原子的互擴(kuò)散，這就需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間，才得以保證平衡結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。t3t0固溶體的平衡凝固 因?yàn)楸仨氝M(jìn)行充分 的擴(kuò)散，故具有以 下特點(diǎn)：2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固u所需時(shí)間長(zhǎng)；u除晶界之外，晶粒 之間以及晶粒內(nèi)部 的成分相同。 在實(shí)際生產(chǎn)中，合金溶液冷卻速度較快，在每一溫度下不能保持足夠的擴(kuò)散時(shí)間，使凝固過(guò)程偏離了平衡條件，稱之為非平衡凝固。3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固非平衡凝固3、 固溶體的非平衡凝固固溶

6、體的非平衡凝固3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固固相、液相平均 成分線與固相線、 液相線不同；3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固非平衡凝固具有以下特征：先結(jié)晶部分高 熔點(diǎn)組元含量 高，后結(jié)晶部 分低熔點(diǎn)組元 多；3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固非平衡凝固具有以下特征：總是導(dǎo)致凝固 終結(jié)溫度低于 平衡凝固時(shí)的 終結(jié)溫度3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固非平衡凝固具有以下特征：3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固3、 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固3.4 共共晶相圖及其合金凝固晶相圖及其合金凝固第三節(jié)第三節(jié) 二元系合金相圖二元系合金相圖 1、 共共晶相

7、圖晶相圖 在一定的溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分一定的固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程，稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物為兩個(gè)相的混合物，稱為共晶組織。共晶反應(yīng)1、 共共晶相圖晶相圖 兩組元在液態(tài)時(shí)相互無(wú)限互溶，在固態(tài)時(shí)有限互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的二元系相圖，稱為二元共晶相圖。共晶相圖1、 共共晶相圖晶相圖u 2條液相線u 1條固相線u 2條溶解度曲線1、 共共晶相圖晶相圖u 3個(gè)單相區(qū)u 3個(gè)雙相區(qū)u 1個(gè)三項(xiàng)共存區(qū)1、 共共晶相圖晶相圖u 共晶點(diǎn)、共晶線u 共晶溫度、共晶合金u 亞共晶、過(guò)共晶3.4 共共晶相圖及其合金凝固晶相圖及其合金凝固2、 共共晶合金的平衡凝固及其組織晶合金

8、的平衡凝固及其組織2、 共共晶合金的平衡凝固及其組織晶合金的平衡凝固及其組織2、 共共晶合金的平衡凝固及其組織晶合金的平衡凝固及其組織2.1、含錫量小于、含錫量小于2% 的合金的合金2.1、含錫量小于、含錫量小于2% 的合金的合金圖3.16 局部放大示意圖圖3.17 勻晶相圖示意圖2.2、含錫量小于、含錫量小于19% 的合金的合金2.2、含錫量小于、含錫量小于19% 的合金的合金2.2、含錫量小于、含錫量小于19% 的合金的合金由固溶體中析出另一個(gè)固相的過(guò)程稱為脫溶，即過(guò)飽和固溶體的分解過(guò)程，也稱之為二次結(jié)晶。脫溶2.2、含錫量小于、含錫量小于19% 的合金的合金2.2、含錫量小于、含錫量小于19% 的合金的合金2.2、含錫量小于、含錫量小于19% 的合金的合金凝