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，從液相結(jié)晶出的都是單相的固溶體，這種結(jié)晶過程稱為勻晶轉(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)無限互溶、固態(tài)也無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、而Pb-Ti等在相圖上有極大點。 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程中的每個階段都能達(dá)到平衡，即在相變過程中有充分的時間進行組元間的擴散，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)擴散 ( c ) 固態(tài)擴散

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)原子擴散 固溶體的平衡凝 固與純金屬一樣， 包括形核與長大 兩個階段。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固溶體的平衡凝固 形核時也需要在液 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 的長大包括三個過程:2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固u液相內(nèi)的擴散；u固相的長大；u固相內(nèi)的擴散。 和純金屬不同，固溶體合金在結(jié)晶時有以下兩個顯著

4、特點：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，始終進行著溶質(zhì)和溶劑原子的擴散過程，其中不但包括液相和固相內(nèi)部原子的擴散，而且包括固相與液相通過界面進行原子的互擴散，這就需要足夠長的時間，才得以保證平衡結(jié)晶過程的進行。t3t0固溶體的平衡凝固 因為必須進行充分 的擴散，故具有以 下特點：2、 固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固u所需時間長；u除晶界之外，晶粒 之間以及晶粒內(nèi)部 的成分相同。 在實際生產(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散時間，使凝固過程偏離了平衡條件，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 熔點組元含量 高，后結(jié)晶部 分低熔點組元 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結(jié)晶出兩個成分一定的固相的轉(zhuǎn)變過程，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)時相互無限互溶，在固態(tài)時有限互溶，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個單相區(qū)u 3個雙相區(qū)u 1個三項共存區(qū)1、 共共晶相圖晶相圖u 共晶點、共晶線u 共晶溫度、共晶合金u 亞共晶、過共晶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固相的過程稱為脫溶，即過飽和固溶體的分解過程，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