(戴)第4章 二元相图ppt课件.ppt

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1、第四章二元相图合金：由两种以上的金属和非金属熔合（或烧结）在一起而具有金属特性的物质。相：相是合金中结构相同、化学成分和性能均一，原子聚集状态相同，并以界面相互分开的均匀组成部分。固态合金中相分为固溶体和中间相（金属间化合物）。相变：相与相之间的转变。相图：用图的形式表示物质成份、温度和相态之间的关系。相图通常是平衡相图，表示物质在热力学平衡条件下的情况。相图的用途：①得到合金的相组成、相成分；②研究合金的相变、组织形成及变化规律；③制定合金加工工艺的重要工具。相图分类：二元相图，三元相图4.1相图的基本知识4.1.1相图的表示方法横坐标：

2、成分（重量百分比wt%或原子百分比at%）纵坐标：温度相区：字母表示L、α、β、L+α、L+β、α+β液相线：AEB固相线：AMENB表象点：任意一点E、O、P[组织组成体：具有一定组织特征的组成体。]二元系合金的两相共存区：（区分两个概念：合金成分、相成分）①两相成分确定：r点：L+αL相成分：a点对应成分α相成分：b点对应成分O点：α+βα相成分：k点对应成分β相成分：h点对应成分二元系合金的两相共存区：②两相相对量的确定（O点）：两相总量：两相成分：二元系合金两相区“杠杆定理”——（只适合两相区）②两相相对量的确定O点：4.1.2相图

3、建立二元合金相图是根据实验得到，通过测试材料的相变临界点绘制而成的。测定相图常用的物理方法有：热分析法、金相组织法、X射线分析法、硬度法、电阻法、热膨胀法、磁性法等。精确地测定一个相图，通常都是各种方法配合使用，以充分利用每一种方法的优点。热分析法是测定合金的冷却（或加热）曲线的方法。由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上会出现转折，因此常用热分析法来测定合金的结晶温度，即测液相线、固相线。纯金属的冷却曲线和相图（Ｃｕ）二元合金相图（Ｃｕ－Ｎｉ）的建立：①配制成分不同的合金；②测量冷却曲线；③根据冷却曲线折点确定合金临界点；④将各临

4、界点引入相图相应位置，关联点连线。4.1.3　相平衡与相律１、相平衡在一定温度和压力下，多相体系中组成相的各个组元的浓度不随温度变化而改变，则体系达到相平衡。２、相律表示在平衡条件下，系统的自由度、组元数和平衡相数之间的关系。（１）吉布斯(Gibbs)相律：式中，f：体系的自由度数．指不影响体系平衡状态的独立可变的参数的数目，如温度、压力、浓度等；C：组元数；P：平衡相数。对于凝聚体系，压力一般可认为是常量。相律可写成：例如：①二元相图中单相区内：Ｃ＝２，Ｐ＝１，f＝2-1+1=2说明合金在此相区范围内，可改变温度、成分，仍然保持原状态。②

5、二元相图中两相区内：Ｃ＝２，Ｐ＝２，f＝2-２+1=１说明温度、成分中只有一个独立变量，即在此相区内任意改变温度，则成分随之而变，不能独立变化；反之亦然。例如：③二元相图中三相共存时（Ｅ点）：Ｃ＝２，Ｐ＝３，f＝2-３+1=０说明此时三个平衡相的成分和温度都不变，属恒温转变，故在相图上表示为水平线，称为三相水平线。（２）平衡相数确定：利用相律可以判断合金中最多的相数。自由度的最小值为0（小于0无意义）令f＝0，所以在恒压下，根据：即：纯金属最多有二相共存（Ｌ、Ｓ）二元系最多有三相共存（Ｌ、α、β）三元系最多有四相共存以此类推4.1.4　二元

6、相图的几何规律１、两个单相区之间必定有一个由两相区把它们分开，而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开，在二元相图中，相邻相区的相数差为1（点接触情况除外），这个规则称为相区接触法则。２、二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反应。在这条水平线上存在3个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间。水平线的上下方分别与3个两相区相接。３、如果两个恒温转变中有两个相同的相，则这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区。４、当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进人另一两相区内，

7、而不会进人单相区内。匀晶相图共晶相图包晶相图4.2二元相图的基本类型4.2.1　匀晶相图１、匀晶相图分析匀晶转变：液相结晶出单相固溶体的过程。匀晶相图：表示匀晶转变的相图。Ｌαab：液相线ab：固相线Ｌ：液相α：固相Ｌ＋α：液固+固相　　（两相共存）二元系合金Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、W-Mo等属于匀晶系２、固溶体合金的平衡凝固及组织（结晶过程缓慢，冷却速度小，成分扩散充分）Cu-Ni合金平衡结晶过程匀晶合金与纯金属不同，没有一个固定的熔点，而是在液、固相线温区内进行结晶。结晶过程中，随温度的降低，两相成分分别沿液相线和固相线

8、变化。3、固溶体合金的非平衡凝固及组织（结晶过程快，冷却速度大，成分几乎无扩散）成分过冷，液相线、固相线偏离平衡相图两相成分变化：L1→L’2→L’3→L’4,α1→α’2→α’