材料科學(xué)基課件-之合金的結(jié)構(gòu)二元系相圖三元系相圖全套課件

材料科學(xué)基礎(chǔ)FundamentalsofMaterialsScience第三章合金相結(jié)構(gòu)二元和三元相圖1編輯版ppt3.1合金相結(jié)構(gòu)★3.2液態(tài)合金固化★★3.3二元相圖的建立

3.4二元?jiǎng)蚓鄨D★3.5二元共晶相圖★3.6二元包晶相圖★3.7其它類型二元相圖

3.8相圖與性能

3.9二元相圖熱力學(xué)初步★3.10三元相圖主要內(nèi)容2編輯版ppt為何工業(yè)上很少使用純金屬，而多使用合金？純金屬性能有限。合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)，或用其他方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。(如二元、三元、多元合金)可以是純?cè)?，也可以是化合物。合金相結(jié)構(gòu)3.13編輯版ppt合金相結(jié)構(gòu)相(phase)

：合金中具有同一聚集狀態(tài)、成分和性能均一，并以界面分開的組成部分。合金相由固溶體和中間相兩大類相組成。4編輯版ppt3.1.2固溶體SolidSolution固溶體：溶質(zhì)原子完全溶入固態(tài)溶劑中，并能保持溶劑元素的晶格類型所形成的合金相。1.分類：ABA為純金屬：第一類固溶體A為化合物：第二類固溶體5編輯版ppt置換固溶體(SubstitutionalSS)間隙固溶體(InterstitialSS)6編輯版ppt有限固溶體(FinitudeSS)無限固溶體(InfinitudeSS)有序固溶體(OrderedSS)無序固溶體(RandomSS)7編輯版ppt8編輯版ppt2.置換固溶體(SubstitutionalSS)溶質(zhì)原子取代了溶劑原子在結(jié)構(gòu)中的位置所形成的固溶體。9編輯版ppt影響固溶度的因素(1)尺寸因素(SizeFactor)溶質(zhì)和溶劑的相對(duì)尺寸差別Δr＝(r質(zhì)-r劑)/r劑必須小于15%，才可能有比較大的固溶度。點(diǎn)陣畸變：rb＞ra

膨脹

rb＜ra

收縮10編輯版ppt(2)電負(fù)性因素(ElectronegativityFactor)電負(fù)性：原子吸引電子形成負(fù)離子的傾向。影響固溶度的因素11編輯版ppt(3)電子濃度因素(ElectronconcentrationFactor)電子濃度：合金相中各組元價(jià)電子總數(shù)與原子總數(shù)之比。溶劑原子與溶質(zhì)原子的電負(fù)性差越大，固溶度越小。影響固溶度的因素12編輯版ppt尺寸因素有利情況下，溶質(zhì)元素的原子價(jià)越高，固溶度越小。Zn,Ga,Ge,As在一價(jià)銅中最大溶解度分別為38%,20%,12%,7%;溶劑元素為1價(jià)面心立方時(shí)，C電子極限＝1.36溶劑元素為1價(jià)體心立方時(shí)，C電子極限＝1.48溶劑元素為1價(jià)密排六方時(shí)，C電子極限＝1.7513編輯版ppt(4)晶體結(jié)構(gòu)因素(StructureFactor)溶質(zhì)原子與溶劑原子的晶體結(jié)構(gòu)不同時(shí)，一般是有限固溶體。晶體結(jié)構(gòu)相同并同時(shí)滿足電負(fù)性和尺寸相近的條件下可能形成無限固溶體。Ni-Cu,Fe-Cr,Au-Ag影響固溶度的因素14編輯版ppt3.間隙固溶體(InterstitialSS)尺寸很小的溶質(zhì)原子，在固溶體中處在晶胞的間隙位置，形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子HBCNO原子半徑(?)0.460.970.770.710.60Δr>0.4115編輯版ppt間隙固溶體都是有限固溶體。間隙固溶體的固溶度還與晶格類型有關(guān)。面心立方：八面體間隙>四面體間隙體心立方：更容易進(jìn)入到八面體間隙16編輯版ppt☆碳和氮與鐵形成的間隙固溶體是鋼中的重要合金相。面心立方的γ-Fe,C,N在八面體間隙。體心立方的α-Fe,C,N在八面體間，盡管四面體間隙大。17編輯版ppt(1)晶格畸變?nèi)苜|(zhì)溶劑原子大小不同－－局部晶格畸變－－彈性應(yīng)力場(chǎng)－－晶格常數(shù)變化。補(bǔ)充：固溶體的微觀不均勻性18編輯版ppt固溶體中的溶質(zhì)原子分布可分為無序分布、偏聚分布和短程有序分布。(2)偏聚與有序19編輯版ppt溶質(zhì)原子和溶劑原子分別占居固定位置，而且晶胞中溶質(zhì)和溶劑原子之比都是一定的，又稱有序固溶體。

(3)有序固溶體20編輯版ppt21編輯版ppt固溶強(qiáng)化：間隙原子造成的點(diǎn)陣不對(duì)稱畸變，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)應(yīng)力場(chǎng)，該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)產(chǎn)生強(qiáng)烈的交互作用。固溶體的性能馬氏體轉(zhuǎn)變：馬氏體具有較高的強(qiáng)度。22編輯版ppt3.1.3金屬間化合物/中間相定義：不和相圖端際相連接的相。成分處在A于B中和B于A中的最大溶解度之間?？梢允腔衔铮部梢允且曰衔餅榛墓倘荏w。結(jié)構(gòu)不同于組成化合物的組元。主要為金屬鍵，兼有離子鍵、共價(jià)鍵。具有金屬的性質(zhì)，又稱為金屬間化合物。23編輯版ppt中間相的分類正常價(jià)化合物(ValenceCompoud)：電負(fù)性控制，符合原子價(jià)規(guī)律電子化合物(ElectronCompound)：電子濃度控制，電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)尺寸因素化合物(Size-FactorCompound)：間隙相，間隙化合物，△r>41%結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，△r<41%，復(fù)雜結(jié)構(gòu)。拓?fù)涿芏严啵喝炕蛑饕撬拿骟w間隙的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。24編輯版ppt1.正常價(jià)化合物結(jié)合一般是離子鍵，具有穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)。NaCl型結(jié)構(gòu)，fcc:HfC,HfN,VC,TiC,ZrC,PbS,PbSe。25編輯版ppt正常價(jià)化合物CaF2型，fcc:Be2B,Be2C,Mg2Si,Mg2Si。閃鋅礦ZnS結(jié)構(gòu)，立方:AlSb,

CdS,β-SiC。26編輯版ppt正常價(jià)化合物纖維鋅礦(ZnS),

密排六方:AlN,γ-MnS,GaAs,GaSb,InSb,AlP。NiAs:As組成密排六方，Ni在其間隙中。27編輯版ppt2.電子化合物Hume(休姆)：電子濃度和晶體結(jié)構(gòu)有明確對(duì)應(yīng)關(guān)系。電子濃度通常為21/14，21/13，21/12。幾種電子化合物的電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)電子濃度＝21/14＝3/221/1321/12β體心立方復(fù)雜立方β-Mn結(jié)構(gòu)密排六方ζγ黃銅結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)CuBe,FeAlCuZn,NiAlCu3Al,Cu3Sn,Cu3InCu5Si,Ag3Al,AgHg,Au3AlCu5Ge,AgZn,Ag3Al,Cu5SnCu5Zn8,Cu31Si8,Ni5Be21,Fe5Zn21CuZn3,Cu3Sn,Cu3Si,Ag3Sn,Au5Al328編輯版ppt計(jì)算電子濃度，各元素的價(jià)電子價(jià)電子元素價(jià)電子元素1Cu,Ag,Au4Si,Ge,Sn,Pb2Be,Mg,Zn,Cd,Hg5P,As,Bi,Sb3Ga,Al,In6Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Pt,Ir,Ds29編輯版ppt3.間隙相與間隙化合物由原子半徑比較大的過渡族金屬(M)與原子半徑比較小的非金屬(X=H,B,C,N,O)組成，非金屬占間隙位置。RX/RM=0.23,占四面體間隙CN=4RX/RM=0.41～0.59,占據(jù)八面體間隙CN=6RX/RM>0.59,如硼化物與硅化物(Cr,Mn,Fe,Al的碳化物),則會(huì)形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)30編輯版ppt31編輯版ppt(1)間隙相結(jié)合一般是共價(jià)鍵和金屬鍵，一般可用簡(jiǎn)單化學(xué)式表示，并且一定化學(xué)式對(duì)應(yīng)一定的晶體結(jié)構(gòu)。具有極高硬度和熔點(diǎn)，多數(shù)具有金屬性，是合金工具鋼及硬質(zhì)合金中的強(qiáng)化相。32編輯版ppt(2)間隙化合物Fe3C種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。熔點(diǎn)和硬度均比間隙相略低，是鋼中最常見的強(qiáng)化相。33編輯版ppt4.拓?fù)涿芏严?TopologicallyClose-

PackedPhase)拓?fù)鋵W(xué)形成空間利用率很高配位數(shù)大的一類結(jié)構(gòu)。利用兩種尺寸不同原子的配合，盡是成四面體堆垛(為主)。密堆結(jié)構(gòu)配位數(shù)很高，都大于12，可為14、15、16。拓?fù)涿芏呀Y(jié)構(gòu)可用配位多面體來描述：原子為中心，周圍原子用直線連接構(gòu)成的多面體。多面體的面為三角形，稱為三角形配位多面體，如此類推……34編輯版ppt拓?fù)涿芏严?TopologicallyClose-

PackedPhase)35編輯版ppt配位多面體的幾何特性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可以看作層狀結(jié)構(gòu)，主要原子層通常由較小的原子所組成。具有一定的形狀，常常包含有六角形、四角形和三角形的圖案。次層由大原子組成并分布于主層的大空隙中。拓?fù)涿芏呀Y(jié)構(gòu)相通常有下面幾種：拉弗斯(Laves)相、σ相、R相和P相。Laves：MgZn2型結(jié)構(gòu),MgCu2結(jié)構(gòu),MgNi2相36編輯版pptMgCu2每個(gè)單胞：16個(gè)Cu原子8個(gè)Mg原子37編輯版pptσ相σ相比較穩(wěn)定，引起鋼中脆性，特別在不銹鋼中38編輯版ppt合金相結(jié)構(gòu)總結(jié)合金相固溶體中間相/金屬間化合物置換固溶體間隙固溶體正常價(jià)化合物電子化合物間隙相與間隙化合物拓?fù)涿芏严?9編輯版ppt當(dāng)二組元的電負(fù)性差別較大時(shí)，可能形成正常價(jià)化合物。當(dāng)電子濃度是控制因素，并達(dá)到21/12、21/13、21/14時(shí)，可能形成電子化合物。當(dāng)尺寸因素為主要因素時(shí)，還要看電子濃度因素與電化學(xué)因素：

1.當(dāng)二組元的原子半徑差Δr<8-15%，結(jié)構(gòu)類型相同、電負(fù)性相差很小、價(jià)電子數(shù)相等時(shí)，可能形成無限固溶體；如果，Δr<15%，但結(jié)構(gòu)不同，或15%<Δr<20%，均可能形成有限固溶體。合金相結(jié)構(gòu)總結(jié)40編輯版ppt當(dāng)尺寸因素為主要因素時(shí)，還要看電子濃度因素與電化學(xué)因素：

2.30%<Δr<41%，電負(fù)性相差較大，可能形成間隙化合物。

3.Δr>41%，電負(fù)性相差較大，可能形成間隙相。

4.Δr>41%，電負(fù)性相差不大，可能形成間隙固溶體。合金相結(jié)構(gòu)總結(jié)41編輯版ppt由一種元素或化合物構(gòu)成的晶體稱為單組元晶體或純晶體，該體系稱為單元系。3.3二元相圖的建立42編輯版ppt對(duì)于不含氣相的凝聚體系，相律可寫成：43編輯版ppt二元合金相圖的基本知識(shí)44編輯版ppt相圖的物理意義二元相圖通常用縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示成分a.已知合金成分，根據(jù)相圖找出不同溫度下合金所處的狀態(tài)和相變點(diǎn)。b.溫度一定，合金所處的狀態(tài)以及合金隨成分發(fā)生的相轉(zhuǎn)變。45編輯版pptc.相圖表明的是熱力學(xué)的平衡狀態(tài)。d.相圖并未表明各相的分布狀態(tài)。如彌散度、晶粒大小，與形狀。e.許多理論研究和實(shí)際生產(chǎn)工藝都是從相圖出發(fā)或以此為依據(jù)的。f.不同溫度時(shí)組織狀態(tài)隨成分而改變的規(guī)律---金相分析的重要依據(jù)。

(新合金的研制--熔鑄--加工--熱處理工藝規(guī)范)46編輯版ppt47PhaseDiagrams?IndicatephasesasafunctionofTemp,CompandPressure.?Focuson:-binarysystems:2components.-independentvariables:TandC(P=1atmisalmostalwaysused).Cu-Nisystem?2phases:

L(liquid)a

(FCCsolidsolution)?3differentphasefields:LL+aawt%Ni2040608010001000110012001300140015001600T(°C)L(liquid)a

(FCCsolidsolution)L

+aliquidussolidus47編輯版ppt48?ChangingTcanchange#ofphases:pathAtoB.?ChangingCocanchange#ofphases:pathBtoD.EffectofTemperature&Composition(Co)wt%Ni2040608010001000110012001300140015001600T(°C)L(liquid)a

(FCCsolidsolution)L

+aliquidussolidusABDCuCu-Nisystem48編輯版ppt合金相結(jié)構(gòu)總結(jié)合金相固溶體中間相/金屬間化合物置換固溶體間隙固溶體正常價(jià)化合物電子化合物間隙相與間隙化合物拓?fù)涿芏严?9編輯版ppt當(dāng)二組元的電負(fù)性差別較大時(shí)，可能形成正常價(jià)化合物。當(dāng)電子濃度是控制因素，并達(dá)到21/12、21/13、21/14時(shí)，可能形成電子化合物。當(dāng)尺寸因素為主要因素時(shí)，還要看電子濃度因素與電化學(xué)因素：

1.當(dāng)二組元的原子半徑差Δr<8-15%，結(jié)構(gòu)類型相同、電負(fù)性相差很小、價(jià)電子數(shù)相等時(shí)，可能形成無限固溶體；如果，Δr<15%，但結(jié)構(gòu)不同，或15%<Δr<20%，均可能形成有限固溶體。合金相結(jié)構(gòu)總結(jié)50編輯版ppt當(dāng)尺寸因素為主要因素時(shí)，還要看電子濃度因素與電化學(xué)因素：

2.30%<Δr<41%，電負(fù)性相差較大，可能形成間隙化合物。

3.Δr>41%，電負(fù)性相差較大，可能形成間隙相。

4.Δr>41%，電負(fù)性相差不大，可能形成間隙固溶體。合金相結(jié)構(gòu)總結(jié)51編輯版ppt可用重量百分?jǐn)?shù)wt%，原子百分?jǐn)?shù)at%，通常是wt%組元A、B；原子量為MA、MB；a、b為A、B的重量百分?jǐn)?shù)；k,h表示原子百分?jǐn)?shù)。兩者換算關(guān)系是相圖的表示方法52編輯版ppt表象點(diǎn)：二元相圖圖面的任意一點(diǎn)→所在相區(qū)，該合金在某一溫度下的相→所有合金在不同溫度下的狀態(tài)。相變溫度確定：對(duì)給定合金的成分作垂線，與相圖中各曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度就是相變溫度，有時(shí)稱臨界點(diǎn)。53編輯版ppt測(cè)定合金系中若干成分不同的合金的平衡凝固溫度和固態(tài)相變溫度具體方法：熱分析、金相分析、硬度測(cè)試、X射線分析、膨脹試驗(yàn)、電阻試驗(yàn)等。是根據(jù)相變時(shí)發(fā)生某些物理變化為基礎(chǔ)，精確建立相圖常采用幾種方法來校定。二元相圖的建立54編輯版ppt熱分析法是利用相變潛熱來測(cè)定的，步驟如下：配制合金系中幾種不同成分合金熔化后，測(cè)試其冷卻曲線根據(jù)曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，確定各合金的凝固溫度將上述數(shù)據(jù)引入以溫度為縱軸，成分為橫軸的坐標(biāo)平面中連接意義相同的點(diǎn)，作出相應(yīng)的曲線曲線將圖面分成若干區(qū)域----相區(qū)。經(jīng)過金相組織分析，測(cè)出各相區(qū)所含的相，將相的名稱標(biāo)注其中，相圖工作就完成測(cè)試時(shí)要求合金的成分準(zhǔn)確，純度高，冷卻速度要慢0.5~1.5℃/min55編輯版pptNi-Cu合金相圖，是最簡(jiǎn)單的相圖之一56編輯版ppt兩個(gè)單相之間必定有一個(gè)由這兩個(gè)相組成的兩相區(qū)，而不能以一條線接界。在二元相圖中，若是三相平衡，則三相區(qū)必為水平線，這條水平線與三個(gè)單相區(qū)的接觸點(diǎn)確定了三個(gè)平衡相及相濃度。如果兩個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變中有兩個(gè)相同的相，則這兩條水平線之間一定是由這兩個(gè)相組成的兩相區(qū)。當(dāng)兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線與三相等溫線相交，則分界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入另一兩相區(qū)，而不會(huì)進(jìn)入單相區(qū)。二元合金相圖的一些幾何規(guī)律57編輯版pptT/℃Cu%oLαabcO杠桿定律表象點(diǎn)若在雙相區(qū)，以表象點(diǎn)作水平線，與兩側(cè)的相區(qū)邊界線相交，通過交點(diǎn)成分坐標(biāo)可確定兩相的平衡成分。58編輯版ppt例：設(shè)合金O重量為W0，液相為WL，固相為Wα，則WL+Wα=W0.液相中含Cu重WL.ca,固相中含Cu重Wα.cb.杠桿定律只能在兩相平衡的狀態(tài)下使用59編輯版ppt勻晶、共晶、包晶是基本相圖1，確立液固相線，若存在穩(wěn)定化合物，可視為一組元將相圖劃分2，確立單相區(qū)，根據(jù)相圖接觸法則，確立各相區(qū)的組成，相界線—成分點(diǎn)3，找出三相共存的水平線，確立相變特征點(diǎn)、反應(yīng)式、轉(zhuǎn)變類型4，單相區(qū)，相的成分是合金的成分；兩相區(qū)，相的成分沿相界線變化，符合杠桿定律；三相區(qū)，各相成分恒定。應(yīng)用條件：①研究不同成分合金隨溫度改變組成相的平衡狀態(tài)；但未表明相形態(tài)、大小、分布②實(shí)際是非平衡狀態(tài)，尤其要重視分析可能出現(xiàn)的相及組織二元相圖的分析方法60編輯版ppt3.4二元?jiǎng)蚓鄨D3.4.1相圖分析二組元在液態(tài)、固態(tài)均無限互溶的合金系的相圖為勻晶相圖。如：Cu-Ni,Nb-Ti,Cr-Mo,Sb-Bi,Au-Ag,Cd-Mg,Pt-Rh等。61編輯版ppt62?Rule1:IfweknowTandCo,thenweknow:--howmanyphasesandwhichphasesarepresent.?Examples:Cu-NiphasediagramDeterminationofphase(s)presentMeltingpoints:Cu=1085°C,Ni=1453°CSolidus-Temperaturewherealloyiscompletelysolid.Abovethisline,liquefactionbegins.Liquidus-Temperaturewherealloyiscompletelyliquid.Belowthisline,solidificationbegins.62編輯版ppt液相區(qū)L固相α固相區(qū)+液相區(qū)(α+L)t1t3t2ABB%溫度分析：液相線之上，單一液相區(qū)固相線之下，單一固相區(qū)兩線之間，是液相與α固溶體的二相平衡區(qū)63編輯版ppt合金凝固時(shí)，t1溫度是凝固開始溫度t2溫度是凝固過程溫度t3溫度是凝固結(jié)束溫度在一定溫度范圍內(nèi)不斷由液相中凝固出固溶體，液相和固相成分都不斷隨溫度下降而沿液相線和固相線變化的過程---勻晶轉(zhuǎn)變64編輯版ppt65?Rule2:IfweknowTandCo,thenweknow:--thecompositionofeachphase.?Examples:Cu-NisystemPhaseDiagrams:compositionofphasesAtTA

=1320°C:

OnlyLiquid(L)present

CL=C0

(=35wt%Ni)AtTB

=1250°C:

Both

andLpresentAtTD

=1190°C:

OnlySolid(a)present

C=C0

(=35wt%Ni)

CL

=C

liquidus

(=32wt%Ni)

C

=C

solidus

(=43wt%Ni)65編輯版ppt66?Rule3:IfweknowTandCo,thenweknow:--theamountofeachphase(giveninwt%).Cu-Nisystem?Examples:PhaseDiagrams:weightfractionsofphases=27wt%66編輯版ppt67wt%Ni20120013003040501100L(liquid)a

(solid)L

+aL

+aT(°C)A35C0L:35wt%NiCu-Nisystem?Phasediagram:Cu-Nisystem.?Considermicrostucturalchangesthataccompanythecoolingofa

C0=35wt%Nialloy46354332a:43wt%NiL:32wt%NiBa:46wt%NiL:35wt%NiCEL:24wt%Nia:36wt%Ni2436D3.4.2勻晶系合金的平衡凝固67編輯版ppt固溶體合金的平衡結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的比較①

相同點(diǎn)：基本過程：形核－長(zhǎng)大；熱力學(xué)條件：⊿T>0；能量條件：能量起伏；結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏。②不同點(diǎn)：合金在一個(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)晶（可能性：相律分析；必要性：成分均勻化。）合金結(jié)晶是選分結(jié)晶：需成分起伏。68編輯版pptc10f05Developmentofmicrostructureduringthenon-equilibriumsolidificationofa35wt%Ni-65wt%Cualloyoutcome:Segregation-nonuniformdistributionofelementswithingrains.Weakergrainboundariesifalloyisreheated.3.4.3勻晶系合金的不平衡凝固69編輯版ppt?Ca

changesasitsolidifies.?Cu-Nicase:?Fastrateofcooling:Coredstructure?Slowrateofcooling:EquilibriumstructureFirst

a

tosolidifyhasCa

=46wt%Ni.Last

a

tosolidifyhasCa

<35wt%Ni.CoredvsEquilibriumPhasesCoringcanbeeliminatedbymeansofahomogenizationheattreatmentcarriedoutattemperaturesbelowthealloy’ssolidus.Duringtheprocess,atomicdiffusionproducesgrainsthatarecompositionallyhomogeneous.70編輯版ppt偏析：實(shí)際鑄造生產(chǎn)中，合金在鑄型中的冷卻速度比較快，是非平衡態(tài)。☆晶體內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱晶內(nèi)偏析☆晶內(nèi)偏析決定于冷卻速度，偏析元素的擴(kuò)散能力以及液固相線之間距離枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。71編輯版ppt嚴(yán)重枝晶偏析使鑄件力學(xué)性能降低，枝晶空隙位置有夾雜(低熔點(diǎn))，抗蝕能力下降。可利用擴(kuò)散退火，在低于固相線100~200℃長(zhǎng)期保溫來消除枝晶偏析。72編輯版ppt73?Effectofsolidsolutionstrengtheningon:--Tensilestrength(TS)--Ductility(%EL,%AR)--PeakasafunctionofCo--Min.asafunctionofCoMechanicalProperties:

Cu-NiSystem73編輯版ppt74wt%Ni20120013003040501100L(liquid)a

(solid)L

+aL

+aT(°C)A35C0L:35wt%NiCu-Nisystem?Phasediagram:Cu-Nisystem.?Considermicrostucturalchangesthataccompanythecoolingofa

C0=35wt%Nialloy46354332a:43wt%NiL:32wt%NiBa:46wt%NiL:35wt%NiCEL:24wt%Nia:36wt%Ni2436D勻晶系合金的平衡凝固74編輯版pptc10f05Developmentofmicrostructureduringthenon-equilibriumsolidificationofa35wt%Ni-65wt%Cualloyoutcome:Segregation-nonuniformdistributionofelementswithingrains.Weakergrainboundariesifalloyisreheated.勻晶系合金的不平衡凝固75編輯版ppt3.2液態(tài)合金固化勻晶轉(zhuǎn)變---一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，固液相成分都隨溫度下降而發(fā)生變化。盡管溫度不同，但兩平衡相成分的比值卻基本為恒定值：CS/CL=k0(平衡分配系數(shù))。平衡分配系數(shù)76編輯版pptCLCSB%A(a)CS/CL=k0<1T0TCLCSB%A(b)CS/CL=k0>1T0T平衡分配系數(shù)：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值。k0=Cs/Cl在此只討論k0<1的情況，合金濃度為C0，自左端向右端凝固(水平團(tuán)圓棒)。77編輯版pptL

SL

SL

SL

SLS

SLt=t1C0C0C1C1C1C2K0C0K0C1K0C1K0C2t=0t=t1t=t2t=t2t=t3t=t3B%B%C2K0C2K0C2K0C3=C0C3C2K0C3K0C11)固溶體平衡凝固溶質(zhì)分布3.2.1合金凝固時(shí)的溶質(zhì)分布78編輯版ppt2)液相中完全混合時(shí)的溶質(zhì)分布凝固速度慢,液相中溶質(zhì)通過擴(kuò)散,對(duì)流攪拌而完全混合,液相均勻.設(shè)凝固過程某一時(shí)刻界面到達(dá)Z,固相體積,fS=Z/L,液體體積fL=1-Z/L79編輯版ppt80編輯版ppt液相完全混合時(shí)溶質(zhì)分布SLdCLCSk0C0C0dZ01ZCL81編輯版ppt根據(jù)凝固前后體積元中質(zhì)量平衡，可寫出下式：82編輯版ppt因液固界面處保持平衡，CS=K0CL：83編輯版ppt給定合金成分：k0和C0均為定值k0＜1時(shí)，隨Z/L的增大，cL和cS均不斷升高，凝固結(jié)束后，金屬棒兩端產(chǎn)生顯著的濃度差異，偏析嚴(yán)重S84編輯版ppt凝固速度很快時(shí)，界面很快推移；固體中沒有擴(kuò)散液體中僅靠擴(kuò)散混合3）液相完全不混合的溶質(zhì)分布凝固開始時(shí)：L：C0；S：K0C0凝固dZ距離：L：C0+dCL；S：K0(C0+dCL)；液相和固相的濃度均不斷增加。凝固某一距離后：L：C0/K0；S：C0；此時(shí)液體中離開的溶質(zhì)和進(jìn)入的溶質(zhì)相等，濃度穩(wěn)定。85編輯版pptSLC00LZ86編輯版ppt把凝固開始一直到(CL)i/(CL)B開始變?yōu)槌?shù)階段稱為初始過渡區(qū)。初始過渡區(qū)為1cm長(zhǎng)。SL(CL)i(CL)B(CS)iC00LZCLCSC04）液相部分混合時(shí)的溶質(zhì)分布87編輯版ppta.平衡凝固，b.熔液中溶質(zhì)完全混合c.熔液中溶質(zhì)完全不混合d.熔液中溶質(zhì)部分地混合濃度C010C0k0cdbac88編輯版ppt對(duì)于給定合金，k0<1時(shí)，隨著凝固體積分?jǐn)?shù)Z/L的增大，CL和CS均不斷升高；凝固結(jié)束后，金屬棒兩端產(chǎn)生顯著的濃度差異：宏觀范圍內(nèi)，濃度不均勻性稱為宏觀偏析。k0越大，偏析越嚴(yán)重。固溶體不平衡凝固時(shí)，凝固速度愈慢，液相中溶質(zhì)混合愈充分，凝固后溶質(zhì)分布愈不均勻，宏觀偏析愈嚴(yán)重。89編輯版ppt5）區(qū)域熔煉90編輯版ppt3.2.2成分過冷TAT0LTA-mC0/K0B%C0A溫度(a)純金屬有其固定的理論凝固溫度Tm,當(dāng)液態(tài)金屬中實(shí)際溫度低于Tm時(shí)引起的過冷－－熱學(xué)過冷。91編輯版pptSLZ溫度界面T0GRTT1溫度溫度溫度界面C0界面距離ZZZT0(b)(c)(d)(e)92編輯版ppt成分過冷：合金凝固過程中，液固界面前沿液體中的實(shí)際溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時(shí)產(chǎn)生的過冷。形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低：液相線溫度從低到高。93編輯版ppt1.合金的液相線越陡（m），合金含溶質(zhì)濃度越大（C0），液體的擴(kuò)散系數(shù)越?。―），K0<1時(shí)，K0越小，K0>1時(shí)K0越大則成分過冷傾向越大。2.液相中實(shí)際溫度分布（G）越平緩，凝固速度（R）越快，成分過冷傾向越大。94編輯版ppt成分過冷對(duì)晶體生長(zhǎng)形狀和鑄錠組織的影響a.無成分過冷界面形貌和純金屬相似，正溫度梯度下液固界面保持平面狀向前推移，先凝固與后凝固部分溶質(zhì)濃度不同。SL95編輯版pptb.有較小過冷區(qū)液固界面上偶然突出部位就伸入過冷區(qū)，長(zhǎng)大速度快，凸向液體形成胞狀界面,k0<1時(shí)，溶質(zhì)富集于胞界，k0>1，富集在胞心.T0T1GLxSL96編輯版pptc.較大過冷區(qū)液固界面凸出部分繼續(xù)向過冷液體長(zhǎng)大，其側(cè)向也有分枝，形成樹枝狀界面，k0<1,溶質(zhì)富集于枝晶，k0>1,富集于枝間。SL97編輯版ppt98編輯版ppt99編輯版ppta.平衡凝固，b.熔液中溶質(zhì)完全混合c.熔液中溶質(zhì)完全不混合d.熔液中溶質(zhì)部分地混合濃度C010C0k0cdbac內(nèi)容回顧100編輯版pptSLZ溫度界面T0GRTT1溫度溫度溫度界面C0界面距離ZZZT0(b)(c)(d)(e)內(nèi)容回顧101編輯版ppt3.5二元共晶相圖液相互溶，固相有限溶解，并且發(fā)生共晶反應(yīng)的相圖。如Pb-Sn,Pb-Sb,Al-Si等?兩相性能不同，通過定向結(jié)晶---新型的復(fù)合材料；共晶合金以共晶為基礎(chǔ)而形成的。3.5.1相圖分析二元共晶相圖如下圖：102編輯版ppt1032componentshasaspecialcompositionwithamin.meltingT.Binary-EutecticSystems?3singlephaseregions

(L,a,b)

?Limitedsolubility:a:mostlyCub:mostlyAg

?TE:NoliquidbelowTE:CompositionattemperatureTE

?CE

Cu-Agsystem

L(liquid)aL

+aL+b

ba+b

C,wt%Ag2040608010002001200T(°C)

400600800

1000CETE8.071.991.2779°C

coolingheating?Eutecticreaction

L(CE)

(CE)+(CE)103編輯版ppt共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分固相的轉(zhuǎn)變。EutecticReaction共晶相圖：具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。（是兩相混合物）104編輯版pptc10f07Copper-SilverPhaseDiagram105編輯版pptc10f08Pb-SnPhaseDiagramLiquidusSolidusSolidusSolidusSolvusSolvus106編輯版ppt107L+aL+ba+b200

T(°C)18.3C,wt%Sn2060801000300

100

L(liquid)a183°C

61.997.8b?Fora40wt%Sn-60wt%Pballoyat150°C,determine:--thephasespresentPb-Snsystem(Ex1)Pb-SnEutecticSystem

Answer:a+b--thephasecompositions--therelativeamount

ofeachphase15040C011C99CAnswer:Ca=11wt%SnCb=99wt%SnW=C

-C0C

-C=99-4099-11=5988=0.67WC0

-CC-C==2988=0.33=40-1199-11Answer:107編輯版ppt108Answer:Ca=17wt%Sn--thephasecompositionsL+ba+b200

T(°C)C,wt%Sn2060801000300

100

L(liquid)a

bL+

a183°C?Fora40wt%Sn-60wt%Pballoyat220°C,determine:--thephasespresent:(Ex2)Pb-SnEutecticSystem--therelativeamount

ofeachphaseWa=CL-C0CL-C=46-4046-17=

629=0.21WL=C0-CCL-C=2329=0.7940C046CL17C220

Answer:a+LCL=46wt%SnAnswer:108編輯版ppta.平衡凝固，b.熔液中溶質(zhì)完全混合c.熔液中溶質(zhì)完全不混合d.熔液中溶質(zhì)部分地混合濃度C010C0k0cdbac內(nèi)容回顧109編輯版pptSLZ溫度界面T0GRTT1溫度溫度溫度界面C0界面距離ZZZT0(b)(c)(d)(e)內(nèi)容回顧110編輯版ppt1112componentshasaspecialcompositionwithamin.meltingT.Binary-EutecticSystems?3singlephaseregions

(L,a,b)

?Limitedsolubility:a:mostlyCub:mostlyAg

?TE:NoliquidbelowTE:CompositionattemperatureTE

?CE

Cu-Agsystem

L(liquid)aL

+aL+b

ba+b

C,wt%Ag2040608010002001200T(°C)

400600800

1000CETE8.071.991.2779°C

coolingheating?Eutecticreaction

L(CE)

(CE)+(CE)111編輯版ppt?Foralloyswhere

C0<2wt%Sn?ResultatroomtemperatureisapolycrystallinewithgrainsofaphasehavingcompositionC0MicrostructuralDevelopments

inEutecticSystems-I0L+a200T(°C)

C,wt%Sn10220C0300100La

30a+b400(roomTsolubilitylimit)TEaLL:C0wt%Sna:C0wt%SnPb-Snsystem3.5.2合金的平衡結(jié)晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）112編輯版ppt2wt%Sn<C0<18.3wt%Sn?Resultsinpolycrystallinemicrostructurewitha

grainsandsmallb-phaseparticlesatlowertemperatures.MicrostructuralDevelopments

inEutecticSystems-IIL

+

a200T(°C)

C,wt%Sn1018.3200C0300100La30

a+b400(sol.limitatTE)TE2(sol.limitatTroom)LaL:C0wt%Snaba:C0wt%SnPb-Snsystem113編輯版ppt114編輯版pptc10f13MicrostructuresinEutecticSystems-IIIPb-Snsystem?Co=CE

?Resultsinaeutecticmicrostructurewithalternatinglayersofa

and

b

crystals.coolingheating115編輯版pptPb-SnMicrostructuresThedarklayersarePb-richαphase,thelightlayersaretheSn-richβphase.116編輯版ppt117?Foralloyswith18.3wt%Sn<C0<61.9wt%Sn?Result:

aphaseparticlesandaeutecticmicroconstituentMicrostructuresinEutecticSystems-IV18.361.997.8eutecticaeutecticbWL=(1-Wa)

=0.50Ca

=18.3wt%Sn

CL

=61.9wt%SnWa

==0.50?JustaboveTE:?JustbelowTE:C

=18.3wt%SnC

=97.8wt%Sn

W

=

=0.727W

=0.273wt%SnPb-SnsystemL+200

T(°C)C,wt%Sn2060801000300

100

LabL+40+TEL:C0wt%SnLLCL-C0CL-CCβ-C0Cβ-CPrimaryα

117編輯版ppt118編輯版pptc10f13coolingheating119編輯版ppt

組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料的中各個(gè)不同本質(zhì)和形態(tài)的部分。組織圖：用組織組成物填寫的相圖。組織組成物相對(duì)量的計(jì)算：杠桿定律。α,β,αⅡ,βⅡ,(α+β)稱為組織組成物α,αⅡ?yàn)橐粋€(gè)相。(α+β)兩相混合物，稱共晶體。求組織組成物的相對(duì)量，同樣可用杠桿定理120編輯版ppt3.共晶組織的形態(tài)形態(tài)(千姿百態(tài))：片層狀，棒狀(條狀或纖維狀)，球狀(短棒狀)，針片狀，細(xì)螺狀(實(shí)際上是層片狀共晶體的一種變態(tài))★影響因素：形貌受多種因素影響，其中兩個(gè)組成相的本質(zhì)是主要因素★凝固時(shí)，液固相界面微觀粗糙的相是金屬相，界面光滑的相是非金屬相。121編輯版ppt122編輯版ppt123/57Ni-AlPb-SnCopperphosphoruseutectic20mol%CeO2-80mol%CoO.Ir-Si123編輯版ppta.粗糙-粗糙界面（金屬-金屬界面）：層片狀（一般情況）、棒狀、纖維狀（一相數(shù)量明顯少于另一相）究竟是層片狀還是棒狀，是由共晶組織的總界面能決定的。若兩相中的一相體積占約28%以下為棒狀，否則為片層狀。另外，片層狀組織的相界是平面，兩相可能呈某種取向關(guān)系以降低比界面能。因此，當(dāng)一相體積在30%-50%時(shí)，總是有利于形成片層狀。124編輯版ppt125編輯版ppt126編輯版pptb.粗糙－平滑界面：具有不規(guī)則或復(fù)雜組織形態(tài)由于兩相微觀結(jié)構(gòu)不同，所需動(dòng)態(tài)過冷度不同，金屬相任意長(zhǎng)大，另一相在其間隙長(zhǎng)大?？傻玫角驙睢⑨槧?、花朵狀、樹枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差別大。形成較大成分過冷，率先長(zhǎng)大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網(wǎng)狀的共晶體。127編輯版ppt128編輯版ppt129編輯版ppt130編輯版pptC.片層狀共晶組織的形核與長(zhǎng)大131編輯版ppt共晶凝固時(shí)同時(shí)結(jié)晶出2個(gè)固相，但總是有一個(gè)相領(lǐng)先形核。并會(huì)排出（或吸收）溶質(zhì)原子，使界面附近液相富（貧）溶質(zhì)原子，這有利于另一相的結(jié)晶。另一相結(jié)晶時(shí)也是如此，于是就形成了兩相的交替組織。共晶中兩相交替成長(zhǎng)，并不意味著共晶中每一片都要單獨(dú)形核。實(shí)際上是通過“搭橋”方式相連接的，使同類相的片層增殖形成一個(gè)共晶團(tuán)。由一個(gè)晶核成長(zhǎng)出一個(gè)兩相交替的共晶團(tuán)又稱為共晶領(lǐng)域。132編輯版ppt133編輯版ppt

協(xié)進(jìn)：α生長(zhǎng)派出B元素β生長(zhǎng)派出A元素片層間距：片層間距越小，擴(kuò)散有利↑片層間距越小，界面↑λ134編輯版ppt初生晶的形態(tài)：金屬固溶體：粗糙界面－樹枝狀；非金屬相：平滑界面－規(guī)則多面體。135編輯版ppt初晶組織形態(tài)136編輯版ppt①偽共晶：在非平衡凝固的條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的合金也能獲得100%的共晶組織。稱為偽共晶組織。②形成原因：不平衡結(jié)晶；合金成分位于共晶點(diǎn)附近。③不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。

共晶成分的合金得到的亞、過共晶組織。（偽共晶區(qū)偏移）1.偽共晶3.5.3非平衡結(jié)晶137編輯版ppt138編輯版ppt①當(dāng)共晶中兩相結(jié)晶速度相差很大時(shí)，結(jié)晶快的相就會(huì)形成類似先共晶相的組織，而不能得到全部共晶組織。②當(dāng)兩組成相的熔點(diǎn)相差懸殊時(shí)，平衡共晶成分點(diǎn)通常偏向高熔點(diǎn)相一邊。這是因?yàn)閮蓚€(gè)組元擴(kuò)散速度差異引起的。139編輯版ppt鋁硅合金系：共晶合金在快冷時(shí)凝固后會(huì)得到亞共晶組織，圖共晶區(qū)偏向硅側(cè)，共晶成分的過冷液體的表象點(diǎn)a落不到共晶區(qū)，只有先結(jié)晶出α相，使液相成分點(diǎn)移向b點(diǎn)，才能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，好象共晶成分點(diǎn)向右移動(dòng)。140編輯版ppt2.不平衡共晶①

不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共晶反應(yīng)而形成的組織。②原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶線以外端點(diǎn)附近。141編輯版ppt有些非發(fā)生共晶反應(yīng)的合金，非平衡凝固(快速)，冷到共晶線以下，有少量液相殘留下來，這些液相部分可能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成不平衡共晶組織。這種組織很粗大，在冶金工廠的低倍檢驗(yàn)中稱為液析。Ⅱ溫度成分Lαβα＋βL+αL+β142編輯版ppt143編輯版ppt3.離異共晶①

離異共晶：兩相分離的共晶組織。②

形成原因平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。③

消除：擴(kuò)散退火。144編輯版ppt

包晶轉(zhuǎn)變：由一個(gè)特定成分的固相和液相生成另一個(gè)特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。3.6.1相圖分析點(diǎn)、線、區(qū)。3.6包晶相圖(PeritecticReaction)145編輯版ppt146編輯版ppt

3.6.2

Pt-Ag合金的平衡凝固

(1)含42.4％Ag的Pt-Ag合金(合金I)結(jié)晶過程：包晶線以下，L,α對(duì)β過飽和－界面生成β－三相間存在濃度梯度－擴(kuò)散－β長(zhǎng)大－全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?。室溫組織：β或β＋αⅡ。147編輯版ppt(2)42．4％＜Ag<66．8％的Pt-Ag合金(合金Ⅱ)(3)10.5％＜Ag<42.4％的Pt-Ag合金(合金Ⅲ)148編輯版ppt

包晶偏析：因包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而導(dǎo)致的成分不均勻現(xiàn)象。異常β相由不平衡包晶轉(zhuǎn)變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點(diǎn)附近。SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E3.6.3不平衡結(jié)晶及其組織149編輯版ppt

包晶轉(zhuǎn)變的應(yīng)用（1）組織設(shè)計(jì)。如軸承合金需要的軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的組織。（2）晶粒細(xì)化。如在鋁合金中添加少量的鈦（TiAl3)150編輯版ppt包晶轉(zhuǎn)變溫度很高時(shí)，原子擴(kuò)散快、轉(zhuǎn)變可能完成不能發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的合金可能發(fā)生包晶反應(yīng)，出現(xiàn)β相不平衡組織，采用長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散退火消除?共晶體是兩種共晶相的高度彌散的混合體。兩相同時(shí)從液相中結(jié)晶，兩相結(jié)晶是互相促進(jìn)。?包晶組織，包含一次晶體的枝晶，不彌散，兩相則是分先后兩步由液體結(jié)晶。后結(jié)晶的阻礙另一相反應(yīng)。?利用包晶反應(yīng)可以細(xì)化晶粒。如Al-Ti合金、銅合金中加入少量Mg或Fe；Mg合金中加入少量鋯等。151編輯版ppt1.熔晶轉(zhuǎn)變3.7其它類型的二元相圖152編輯版ppt?反應(yīng)生成的固相一般占多數(shù),固相可連成一體。?L2包圍Cu,有阻止反應(yīng)，但不那么嚴(yán)重.?可以利用該反應(yīng)(單向生長(zhǎng))得到纖維狀組織。2.偏晶轉(zhuǎn)變326369559911084.5L8799.94(Cu)(Pb)Pb(%)300400500600700800900100011001200CuPb溫度(℃)20406080153編輯版ppt3.合晶反應(yīng)L1αβγABα+ββ+γL2L1+L2SL1+αL1+βL2+βL2+αB%成分在a,b之間的合金是有限溶解。形成L1和L2兩相:K-ZnNi-MgNa-Zn154編輯版ppt固溶體也發(fā)生與液體類似的轉(zhuǎn)變，如共析轉(zhuǎn)變、包析轉(zhuǎn)變，特點(diǎn)：

a.反應(yīng)進(jìn)行慢得多，表現(xiàn)出較大的熱滯(過冷、過熱)，很難平衡

b.固相是晶體，新相形成具有一定取向，新舊相有取向關(guān)系。原因是降低表面能。4.有固態(tài)相變的相圖155編輯版ppt2).包析轉(zhuǎn)變：兩個(gè)一定成分的固相轉(zhuǎn)變成一個(gè)新的一定成分的固相的恒溫反應(yīng)1).共析轉(zhuǎn)變(Eutectoid)：一種固溶體分解成兩種新的固體過程。也是一種協(xié)同生長(zhǎng)，呈片層狀結(jié)構(gòu)156編輯版ppt1.兩組元形成穩(wěn)定化合物相圖?穩(wěn)定化合物：有一定熔點(diǎn)，且在熔點(diǎn)以下不發(fā)生分解的化合物。如Mg-Si合金，中間垂線是Mg2Si單相區(qū)?？梢詫⑾鄨D分成Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si兩個(gè)相圖來討論。二、組元間形成中間相的相圖157編輯版ppt1.兩組元形成穩(wěn)定化合物相圖?如果穩(wěn)定化合物可以溶解其組成元素，構(gòu)成以化合物為溶劑的固溶體，則相圖中部的垂線將變?yōu)橛袑挾鹊南鄥^(qū)----中間相。158編輯版ppt2.兩組元形成不穩(wěn)定化合物

加熱至一定溫度即發(fā)生分解的化合物。該化合物不能將整個(gè)相圖截然分開。159編輯版ppt三、具有異晶轉(zhuǎn)變的相圖160編輯版ppt四、具有固溶體形成中間相轉(zhuǎn)變的相圖161編輯版ppt五、具有有序-無序轉(zhuǎn)變的相圖162編輯版ppt六、具有磁性轉(zhuǎn)變的相圖163編輯版ppt4.3.2復(fù)雜二元相圖的分析方法164編輯版ppt3.8相圖與性能的關(guān)系165編輯版pptB%ⅠⅡAB集中縮孔集中面積ⅡⅠAB流動(dòng)性ⅠⅡABT166編輯版ppt合金由兩相組成時(shí)，性能是組成相性能的計(jì)算平均值，即與成分呈直線關(guān)系固溶體的力學(xué)性能及物理性能與合金成分成曲線關(guān)系相圖中有化合物則性能曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)但性能還與材料中缺陷、組成物的分布及大小有關(guān)，這在相圖上無法反應(yīng)出來。共晶合金的性能最好、流動(dòng)性好，分散縮孔較少，固溶體合金流動(dòng)性不及純金屬，而且液固相線間隔越大，流動(dòng)性差，偏析大，分散縮孔越多。異類原子間的結(jié)合力使流動(dòng)性減小單相區(qū)的鍛造性能最好167編輯版ppt1．力學(xué)性能單相固溶體的強(qiáng)度、硬度大于純金屬，具有良好的塑性；金屬化合物硬度而脆；機(jī)械混合物的性能取決于組成相的比例、形態(tài)及細(xì)密程度。2．工藝性能單相固溶體的鑄造性能和切削加工性能差：熔點(diǎn)高，結(jié)晶溫度間隔大，流動(dòng)性差；塑性好，切削時(shí)易粘刀，不易斷屑；168編輯版ppt單相固溶體具有良好的可鍛性和焊接性：塑性好，壓力加工用單相固溶體合金，如鋼鍛造時(shí)要加熱到奧氏體區(qū)；共晶和接近共晶成分的合金鑄造性能好：熔點(diǎn)低，結(jié)晶溫度低，結(jié)晶溫度間隔小，鑄造時(shí)常選用共晶合金；如鑄鐵碳當(dāng)量在4％左右。兩相混合物的可鍛性和焊接性差，但切削加工性好。169編輯版ppt3.9二元相圖熱力學(xué)初步170編輯版ppt補(bǔ)充：自由能－成分曲線及共切線171編輯版ppt172編輯版ppt勻晶相圖173編輯版pptαβγAB174編輯版ppt175編輯版ppt176編輯版ppt第七節(jié)相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)

1固溶體的自由能——成分曲線

G=xAA+

xBB+xAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）=f（xA，xB）

G0ΔHm-TΔSm(式5-20)

其中：=NZ[VAB-（VAA+VBB）/2]

（為A，B原子間相互作用參數(shù)，與原子間結(jié)合能有關(guān);V

–原子間的結(jié)合能。)177編輯版ppt第七節(jié)

相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)

2化學(xué)位與相平衡條件（1）化學(xué)位：偏摩爾吉布斯自由能。用表示。化學(xué)位的確定：在自由能—成分曲線上，過成分點(diǎn)的切線與兩縱軸的交點(diǎn)。（2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學(xué)位分別相等。

A=A=……

在自由能—成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線。178編輯版ppt第七節(jié)

相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)

3二元系自由能曲線與相圖的關(guān)系

179編輯版ppt本章小結(jié)二元相圖包晶相圖共晶相圖勻晶相圖鐵碳相圖應(yīng)用：鑄錠的三種不均勻性成因如何消除或減弱180編輯版ppt本章內(nèi)容要點(diǎn)1、合金、相、組織（顯微）2、二元?jiǎng)蚓А⒐簿?、包晶相圖、二元共晶、包晶、共析反應(yīng)3、平衡結(jié)晶組織、偽共晶、離異共晶、晶內(nèi)（枝晶）偏析4、共晶體、共晶、亞（過）共晶合金5、成分過冷、平衡分配系數(shù)k。1.會(huì)利用相律來判斷相圖的正確與否。2.會(huì)進(jìn)行二元合金平衡組織的分析。3.利用杠桿定律計(jì)算：相組成物與組織組成物的百分含量。4.明確合金結(jié)晶過程與純金屬結(jié)晶過程的異同點(diǎn)。5.根據(jù)相圖簡(jiǎn)單判斷合金的性能。181編輯版ppt3.10三元相圖

一、三元相圖的成分表示法

二、杠桿定律及重心法則

三、勻晶三元相圖

四、簡(jiǎn)單三元共晶相圖

五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖

六、有包共晶反應(yīng)的三元相圖

七、三元包晶相圖

八、形成穩(wěn)定化合物的三元相圖

九、三元相圖分析法總結(jié)

十、三元相圖實(shí)例182編輯版ppt必要性：工業(yè)材料為多元合金本章主要內(nèi)容：

1.三元相圖的表達(dá)方式，使用方法

2．幾種基本的三元相圖立體模型

3．各種等溫截面，變溫截面及各相區(qū)在濃度三角形上的投影圖

4．典型合金的凝固過程及組織，各種相變過程及相平衡關(guān)系。183編輯版ppt一、三元相圖的成分表示法

1．濃度等邊三角形：三個(gè)頂點(diǎn)為純組元，三條邊為二元合金，三角形內(nèi)任一點(diǎn)為三元合金

184編輯版ppt一．三元相圖的成分表示法：等腰三角形185編輯版ppt一．三元相圖的成分表示法：直角坐標(biāo)系186編輯版ppt3．濃度三角形中特殊線：

3.1平行濃度三角形任一邊的直線

3.2從濃度三角形的一個(gè)頂點(diǎn)到對(duì)邊的任意直線

187編輯版ppt二、杠桿定律及重心法則

單相平衡勿須計(jì)算，四相平衡無從計(jì)算1．兩相平衡：杠桿定律

共線法則：三元合金中兩相平衡時(shí)合金成分點(diǎn)與兩平衡相成分點(diǎn)在濃度三角形的同一直線上杠桿定律表達(dá)式α%=EO/DE×100%，β=OD/DE×100%注意：當(dāng)一個(gè)合金O在液相的凝固過程中，析出α相成分不變時(shí)，液相成分一定沿α相成分點(diǎn)與O點(diǎn)連線延長(zhǎng)線變化。188編輯版ppt2．三相平衡重心法則（重量三角形重心）

x，y，z分別為α，β，γ成分點(diǎn)，則

α%=oa/ax×100%，β=ob/by×100%，

γ%=oc/cz×100%

189編輯版ppt三、勻晶三元相圖

1．

立體模型 液相區(qū)，固相區(qū)，液、固兩相區(qū)

190編輯版ppt勻晶三元相圖---合金凝固過程及組織a.平衡凝固b.蝶形法則：如圖勻晶合金凝固中相成分變化，凝固中固、液相成分沿固相面、液相面呈曲線變化，每一個(gè)溫度下的固、液相成分連線在濃度三角形中投影呈蝴蝶狀191編輯版ppt3．勻晶三元系的等溫截面

192編輯版ppt勻晶三元系兩相區(qū)中的共軛線，等溫截面中兩相區(qū)平衡兩相的成分連線

共軛線的確定：實(shí)驗(yàn)確定，測(cè)定兩平衡相中任一相的一個(gè)組元含量193編輯版ppt

等溫截面作用勻晶三元系等溫截面作用：該溫度下三元系中各合金的相態(tài)

2．杠桿定律計(jì)算平衡相的相對(duì)量

3．反映液相面、固相面走向和坡度，確定熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)

194編輯版ppt勻晶三元系變溫截面：某合金不同溫度下狀態(tài)分析合金的相變過程

195編輯版ppt四、簡(jiǎn)單三元共晶相圖

1．立體模型：簡(jiǎn)單三元共晶相圖模型3個(gè)初晶液相面，3條單變量線或二元共晶線，一個(gè)三元共晶點(diǎn),三相區(qū)開始面，結(jié)束面，

196編輯版ppt197編輯版ppt各相區(qū)在濃度三角形上的投影圖198編輯版ppt簡(jiǎn)單三元共晶中共晶點(diǎn)

3.二元共晶成分的確定

F4-14二元共晶成分的確定共晶成分在變化，切線法確定199編輯版ppt簡(jiǎn)單三元共晶結(jié)晶過程如圖x合金L→A，L→A+B，L→A+B+C200編輯版ppt2． 合金的凝固過程和組織201編輯版ppt簡(jiǎn)單三元共晶

4．簡(jiǎn)單三元共晶的等溫截面二相區(qū)：共軛線，三相區(qū)：三角形，三個(gè)頂點(diǎn)代表成分點(diǎn)202編輯版ppt

5．簡(jiǎn)單三元共晶的變溫截面：平行于濃度三角形一邊的變溫截面cd，合金x的結(jié)晶過程：L→B，L→A+B，L→A+B+C，練習(xí)：分析p-f之間合金的結(jié)晶過程203編輯版ppt簡(jiǎn)單三元共晶的變溫截面：通過頂點(diǎn)的變溫截面，注意：不能用杠桿定律，F(xiàn)4-17中A1g1非四相平衡

204編輯版ppt五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖

1．固態(tài)有限溶解三元共晶立體模型三個(gè)液相面，三個(gè)固溶體相面，一個(gè)三元共晶固相面三個(gè)二元共晶完畢固相面，三組二元共晶開始面205編輯版ppt固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖

固態(tài)有限溶解三元共晶三組六個(gè)固溶度面：三條同析線及構(gòu)成的一個(gè)同析臺(tái)206編輯版ppt固態(tài)有限溶解三元共晶各相區(qū)在濃度三角形上的投影圖207編輯版ppt208編輯版ppt固態(tài)有限溶解的三元共晶凝固過程

2．固態(tài)有限溶解三元共晶合金的凝固過程