金属共晶相图.doc

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1、5.3.2二元共晶相图①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图5.26,下面以它为例进行讲解。首先分析相图中的点,线和相区。图5.26铅锡相图一、相图分析1、点：tA，tB点分别是纯组元铅与锡的熔点，为327.5oC和231.9oC。M点：为锡在铅中的最大溶解度点。N点：为铅在锡中的最大溶解度点。E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变LE→αM+βN共晶转变：是具有一定成分

2、的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。F点：为室温时锡在铅中的溶解度。G点：为室温时铅在锡中的溶解度。2、tAEtB线：为液相线，其中tAE线：为冷却时L→α的开始温度线，EtB线：为冷却时L→β的开始温度线。tAMENtB线：为固相线，其中tAM线：为冷却时L→α的终止温度线，tBN线：为冷却时L→β的终止温度线。MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转变LE→（αM+βN）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体或共晶组织。MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。3、相区（1）单相区：在tAEtB液相线以上

3、,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。tAMF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。tBNG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。（2）两相区：在tAEMtA区为L+α相区，在tBENtB区为L+β相区。在FMENGF区为α+β相区。（3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。由相律可知三相平衡共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含Sn61.9%的合金。②成分位于共晶点（E）以左，M点以右的合金称为亚共晶

4、合金，如含Sn19%~61.9%的合金都是亚共晶合金。③成分位于共晶点（E）以右，N点以左的合金称为过共晶合金。如含Sn61.9%~97.5%的合金都是过共晶合金。④成分位于M点以左，N点以右的合金称为端部固溶体合金。如含Sn小于19%和大于97.5%的合金都是端部固溶体合金。二.共晶系典型合金的平衡凝固过程分析1.端部固溶体合金（10%Sn-Pb合金）由图5.26可以看出，合金①冷却到t1温度时开始发生匀晶转变从L→α。随着温度的降低α量不断增加，L量不断减少，并且α相的成分沿固相线tAM变，L相的成分沿液相线tAE变。当冷却到t2温度时L全部转变成α相，继续降低温度α相自然冷却不发生成分和

5、相的变化。当冷却到t3温度时，Sn在α固溶体中达到饱和状态，因此随着温度的降低，它处于过饱和状态，多余的Sn以β固溶体的形式从α固溶体中析出，这时α固溶体的平衡成分沿MF线变化，相对量逐渐减少，而析出的β固溶体的平衡成分沿NG线变化，相对量逐渐增加。通常将固溶体中析出另一种固相的过程称为脱溶转变，脱溶转变的产物一般称为次生相或二次相。次生相β固溶体用βⅡ表示，以区别从液相中直接凝固出的β固溶体。由于次生相是从固相中析出的，而原子在固相中的扩散速度慢，所以次生相一般都较细小，并分布在晶界上或固溶体的晶粒内部。由上述分析可知该合金在室温时的组织为α+βⅡ，见图5.27。图中黑色基体为α相，白色颗粒

6、为βⅡ相。图5.28为该合金的平衡凝固过程示意图。图5.2710%Sn-Pb合金显微组织500×图5.2810%Sn-Pb合金凝固过程示意图由相图可以看出F点以左，G点以右的合金凝固过程与匀晶合金完全相同，而成分位于F点和M点之间的所有合金的平衡凝固过程都与上述合金相同,显微组织都为α+βⅡ,只是α和βⅡ的相对量不同。合金成分越接近M点，其含βⅡ越多，而越接近F点，其含βⅡ越少。另外由相图还可以看出，成分位于N点和G点之间的所有合金的平衡凝固过程与上述合金相似，所不同的是它从L→β，从β→αⅡ。由于某些固溶体合金的溶解度随温度的降低而降低，因此可以通过热处理来控制次生相的析出量和大小，从而达到

7、改善合金性能的目的。所以，由相图不仅可以判断合金的特性，还可以指导热处理生产。2．共晶合金（61.9%Sn-Pb）由相图可以看出共晶合金②从液态缓慢冷却到tE温度时,在恒温下从液相中同时结晶出两个成分不同的固相,即发生共晶转变LE→αM+βN(L61.9%→α19%+β97.5%)由于发生共晶转变时是三相平衡,所以可以用相律证明它是在恒温下进行的。共晶转变在恒温下一直进到液相完全消失,继续冷却αM