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1、工程材料及应用多媒体教案ENGINEERINGMATERIALS五邑大学机电工程学院第三章二、合金相图相图表示在平衡条件下给定合金系中合金的成分、温度与其相和组织状态之间关系的坐标图形，也称为平衡图或状态图。平衡在一定条件下合金系中参与相变的各相的成分和质量分数不再变化。合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，可以认为是平衡的结晶过程。合金系两个或两个以上的组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金。合金系名称A金属B金属晶格类型bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%……..……..…….合金920%80%合金1010%90%合金110%10
2、0%热分析法装置2.二元合金相图的建立时间温度90705030AB温度A温度冷却曲线成分90705030100abab:液相线ab:固相线LL+SSL:液相区S:固相区L+S:液固共存区AB温度在常压下，二元合金的相状态决定于温度和成分。二元合金相图用温度－成分坐标系的平面图来表示。铜镍二元合金相图图中的每一点表示一定成分的合金在一定温度时的稳定相状态。三、二元合金相图与结晶分析1、匀晶相图在液态和固态能无限互溶，且只发生匀晶反应
3、（从液相中直接结晶出固溶体的反应）的相图。（1）图形特点（2）合金平衡结晶过程（3）杠杆定律（只用于两相区）枝晶偏析结晶过程匀晶反应：L→α固溶体
4、Cu-Ni、Fe-Cr、Au-Ag合金具有匀晶相图。Cu-Ni相图1）图形特点aa1c线为液相线,该线以上合金处于液相;ac1c线为固相线,该线以下合金处于固相。●单相区L相：液相,Cu和Ni形成的液溶体;α相：Cu和Ni组成的无限固溶体。●双相区:L+α相区。匀晶结晶过程冷却时组织转变匀晶结晶特点(1)形核与长大与纯金属一样,固溶体结晶也包括形核、长大两个过程。固溶体更趋向树枝状长大。(2)变温结晶固溶体结晶在一个温度区间内进行,变温结晶。(3)两相的成分确定在两相区内,温度一定时,两相的成分(即L相中Ni的质量分数和α相中Ni的质量分数)确定。过温度T1作水平线,交液相线
5、和固相线于a1、c1。a1、c1点在成分轴上的投影点即为L相和α相中Ni的质量分数。随着温度的下降,液相成分沿液相线变化,固相成分沿固相线变化。匀晶结晶(4)两相的质量比一定在两相区，温度一定时,两相的质量比符合杠杆定律。在T1温度时：QL:L相的质量;Qα:α相的质量;a1b1、b1c1为线段长度。液相的质量分数:α相的质量分数:老师提示杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点,支点为合金的成分点。杠杆定律只适用于相图中的两相区；杠杆定律只能在平衡状态下使用。(5)容易产生枝晶偏析固溶体结晶时成分变化。慢冷时原子扩散充分进行，固溶体成分均匀。快冷时原子扩散不充分，固溶体成分不
6、均匀。枝晶偏析：在一个晶粒内化学成分分布不均匀。Cu-Ni合金枝晶偏析示意图对材料的机械性能、抗腐蚀性能、工艺性能都不利。扩散退火：把合金加热到低于固相线100℃左右,长时间保温,原子充分扩散,获得成分均匀的固溶体。2、共晶相图Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu合金具有共晶相图。在液态无限互溶而在固态只能有限互溶，并发生共晶反应，所构成的相图，称为共晶相图。Pb-Sn合金相图（1）图形特点点与线；相区；共晶反应2、共晶相图Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu合金具有共晶相图。Pb-Sn合金相图中有三个单相区:L：Pb与Sn形成的液溶体α：Sn溶于Pb中的有限固溶体β：Pb溶于S
7、n中的有限固溶体三个双相区：L+α、L+β、α+β一条L+α+β三相共存线(水平线cde)。这种相图称共晶相图。Pb-Sn合金相图d点为共晶点,表示d点成分(共晶成分)的液相合金冷却到d点温度(共晶温度)时,共同结晶出c点成分的α相和e点成分的β相。Ld→(αc+βe)共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应，生成的两相混合物叫共晶体。d点以左、c点以右的合金称为亚共晶合金，d点以右、e点以左的合金称为亚过共晶合金。发生共晶反应时三相共存,三相各自成分确定,恒温进行。Pb-Sn合金相图水平线cde为共晶反应线,成分在ce之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。cf线为
8、Sn在Pb中的溶解度线(α相的固溶线)。Sn含量大于f点的合金从高温冷却到室温时,从α相中析出β相，叫二次β：α→βII。eg线为Pb在Sn中溶解度线。Sn含量小g点的合金,冷却过程中同样发生二次结晶,析出二次α。共晶产物为两相机械混合物共晶体的形成形核特点交替形核在一定的过冷度下，尽管两固相都可能从液体中形核，由于两固溶体的成分结构的差别，总有一个固相先形核，它称为领先相，设领先相为α，由于α富A组元，其生长时附近液体则富B组元，α的存在和液体中B的富集，β相将附着在α上形核并长大，同理在β相外将附着
