机械工程材料第四章 二元合金相图ppt课件.ppt

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1、第四章二元合金相图第一节二元匀晶相图第二节二元共晶相图第三节二元包晶相图第四节其它常用的二元合金相图类型第五节二元合金相图与性能的关系第一节二元匀晶相图一、相律二、二元匀晶相图的分析三、合金的平衡结晶过程四、合金中各相的质量分数计算（杠杆定律）二元单相合金：二元合金在固态时只有一种相（固溶体）的合金。如Ni-Cu合金相图：描述在平衡条件下合金状态（组织）与成分、温度之间关系的图形。合金相图又称合金平衡相图或合金状态图。相平衡：在合金系中，在一定条件下，参与结晶或相变过程的各相的相对量和相的浓度不再随时间改变时的

2、一种动态平衡状态。相图进行材料研究、金相分析、制定热、铸、锻、焊等热加工工艺规范的重要依据和有效工具。了解合金系中不同成分的合金在不同温度下的相的种类、相的成分及相的相对含量。了解合金在加热和冷却过程中的组织转变并预测其性能的变化规律。了解由相图可作用相图的一、相律描述在平衡条件下，合金系的组元数c、相数p和自由度数f间关系的定律。自由度数表示在平衡相数不变条件下，影响相状态的独立可变的参数（如温度、压力、浓度等）。恒压条件下：相律的作用确定不同合金系中最大的自由度数。如二元系合金，最大自由度数为2。可知不同合

3、金系中最多的平衡相数。如二元系合金为3。判断不同相平衡时相图的结构形状。（以二元合金相图为例）单相时，相图中该相在相图中占有一定面积；两相时，自由度数为1，温度与成分只有一个是独立的。成分定，两相平衡存在于一个温度区间，可确定相变温度；温度定，可确定两平衡相成分点所限定的成分范围。三相时，自由度为0，温度和成分都不可改变,属恒温转变，相图中会出现三相平衡的水平线。二、二元匀晶相图的分析二元匀晶相图：指两组元在液态和固态均无限互溶时的二元合金相图。匀晶转变：在一定温度范围内由液相结晶出单相固溶体的结晶过程。L→α

4、具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。（一）二元合金相图的建立（以Cu-Ni二元合金为例）无限缓冷下测各合金的冷却曲线标注在温度—成分坐标系中连接各相变点1、建立相图的思路：合金相变时，伴随物理、化学性能的变化，可利用热分析法（或者热膨胀法、磁性测定法、金相法、电阻法和X射线结构分析法等）精确测定相变临界点（即临界温度），确定不同相存在的温度和成分区间，建立相图。2、具体步骤：选组元，配合金系，熔化确定各合金的相变温度确定相0%Ni30%Ni50%Ni70%Ni

5、100%NiCu-Ni合金相图的建立CuNiNi%T/C2040608010010001100120013001400150010831455L+Lt/sT/℃（二）二元匀晶相图分析两线：液相线、固相线三区：液相（L）、液相+固相（L＋α）、固相（α）纯铜熔点纯镍熔点液相线固相线液相区固相区液固两相区AbLCuNiNi%T/C2040608010010001100120013001400150010831455L+a表象点三、合金的平衡结晶过程平衡结晶过程分析所谓平衡结晶过程是指合金从液态无限缓慢冷

6、却，原子扩散非常充分，冷却过程中每一时刻都能达到相平衡条件的一种结晶过程。LLLtT/℃LLT/CCuNiNi%2040608010010001100120013001400150010831455L+obadc给定合金的成分，可计算不同温度下，组成该合金的相的相对含量，即各相的质量分数计算。引例：100ml的10%的NaCl水溶液和100ml的30%的NaCl水溶液混合后浓度是多少？100×10%+100×30%=200×CC=20%反过来考虑：把20%的NaCl水溶液分成浓度分别为10%和3

7、0%的两份，那么两份的体积分数是多少？V1×10%+V2×30%=20%×(V1+V2)四、合金中各相的质量分数计算（杠杆定律）这种方法可推广到固相和固液混合相。CaCbCT1ab12LCuNiNi%T/C2040608010010001100120013001400150010831455L+成分为C的Cu-Ni合金，缓冷到T1℃时，根据相图分析：（1）此状态下存在哪几相？（2）各相的成分如何？（3）各相的数量（绝对数量与相对数量）？O（1）由相图可知，合金在O点由L、α两相组成。（2）确定两平衡相的成

8、分：T1℃时液相的成分为液相线上b点的成分Cb；而刚结晶出来的固相的成分为固相线上a点的成分Ca。（根据相律，若温度一定，则自由度为0，平衡相成分随之确定。）液、固相线不仅是相区分界线，也是结晶时两相成分变化线。（3）确定两平衡相的相对重量：利用引例的思路，问题转化为：浓度为C的合金，分成浓度为Ca、Cb两份，所以有:Ma×Ca+Mb×Cb=C×(Ma+Mb)即Ma×（Ca-C）=Mb