第六章二元合金相图课件.ppt

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1、《材料科学基础》李香芝第六章二元合金的结晶同学们好！主讲教师§6.1二元合金相图1.相图：研究合金在平衡的条件下,（无限缓慢冷却）合金的状态与温度、成分间的关系的图解称为相图或平衡图。2.组元：组成合金的基本物质。包括：单个元素或金属化合物。如:Fe-C合金组元Fe、Fe3C、Cu-Ni合金组元Cu、Ni3.合金系：指研究的对象。如：Fe-C系，Pb-Sn系等。4.状态：指合金在一定条件下有那几相组成，称为合金在该条件下的状态。如：水在零度时的状态是水和冰两项共存，在零度以上为水，在零度以下为固相冰。5.组织：合金中的相以不同的大小、形状、分布组成为组织。如：珠光体是由F和Fe3C组成的组织。

2、一.相图的基本知识系统平衡:如果某组元在各相中的化学位相同，那么就没有物质的迁移现象，系统处于平衡状态。相律：处于平衡状态的合金，保持相数不变的条件下，独立可变的，且影响和金状态的内、外部因素的数目。数学表达式：f=C-P+1（恒压）f-为系统的自由度数（系统中独立可变因素）；C-系统的组元；P-相数实例：1.纯金属-正在结晶时相数不变（P=2）f=02.二元合金-正在结晶时两相平衡,（P=2）若温度独立可变（T1T2）则f=C-P+1=2-2+1=1,说明温度是自（二）相律（恒压状态下）变量，两平衡相的成分是应变量，温度变化，两平衡相的成分随之而变。3.二元合金：三相平衡,（P=3）则f=

3、C-P+1=2-3+1=0,说明二元合金三相平衡时恒温结晶,独立可变的因素为0。4.三元合金：三相平衡f=C-P+1=3-3+1=1,独立可变的因素为1；四相平衡f=C-P+1=3-4+1=0,独立可变的因素为0,说明四相平衡时恒温结晶。二元共晶相图二元匀晶相图（三）应用：（1）确定平衡系中的最大平衡相数；（2）判断相图正确与否；（3）分析合金的平衡结晶。错误二元相图二、二元合金相图的表示方法横坐标表示成分A％＋B％＝100％纵坐标表示温度C点（表象点）成分:30％Sb，70％Bi温度:50℃二元相图的表示方法三.二元相图的建立（Cu-Ni系以匀晶相图为例）(一)用热分析方法建立相图1.配制不

4、同成分的合金（TmA>TMb）①100％Cu，0％Ni②70%Cu，30％Ni③50%Cu，50％Ni④30％Cu，70％Ni⑤0％Cu，100％Ni2.熔化后作各合金的冷却曲线（T-t）；3.将各T-t曲线上、下各临界点投影到温度-成分坐标系中；4.连接同类型的临界点即得到Cu-Ni二元相图。由上图可看出：纯金属的结晶恒温结晶（f=1-2+1=0）二相区的结晶在温度区间完成（f=2-2+1=1）（二）使用二元相图的基本方法1.表象点:二元相图的任一点均为表象点（表示合金的成分与温度）;2.确定合金的状态：b表示50%Cu合金刚刚结晶;b’表示50%Cu合金结晶完成;bb’线段上的点表示合金正

5、在结晶过程中，处于L和α两相区;3.确定合金的相变温度;4.杠杆定律：成分为b的合金在温度T1时处于两相共存，两相的重量比是一定的，wL、wS分别为T1温度时的剩余的液相及结晶出的固相。（1）利用杠杆定律可确定平衡两相区内平衡两相成分CL及Cα（2）确定α固溶体的相对量和剩余液相L的相对量。满足α％＋L％＝100％和ca×WL＝ob×Wα或写成(杠杆定律仅适用于平衡的两相区)匀晶相图－A、B两组元在液、固态均能完全互溶形成无限固溶体的相图。具有匀晶相图的二元合金有:Cu—Ni、Cu—h、Au—Ag、Au—Pd、Bi—Sb等§6-2匀晶相图一、相图分析匀晶相图1.液相线－a1b线,由L→α固溶体

6、的开始线。2.固相线－a2b线，由L→α固溶体的结晶完成线（一）平衡结晶1.当温度到达1点或稍下时，由L→α固溶体随着温度的降低α％↑，L％↓。并呈树枝状形态2.当温度到达2点时液相完全消失得到100％α,液相的成分由1→α1→α2→…以致消失。固相成分由c1→c2→2→…α(ob成分)最后得到成分均匀的ob成分等轴状的α固溶体。二.平衡结晶分析及其组织（ob成分的合金）固溶体合金的结晶过程分析（二）平衡结晶过程分析1.形核（与纯金属比较）满足形核的三个条件：共性：（1）热力学条件：GS

7、晶，且依靠液相中存在的“成分起伏”提供。2.晶核的长大(a)在T1温度时，开始从液相L结晶出α固溶体,结晶出的固溶体成分为αc1，而液相的成分为La1,在固、液界面建立相平衡(b)αc1的析出使液相中产生浓度差，从而导致Cu、Ni原子的扩散，前沿液相-La1大体积液相-(c)平衡关系被破坏，必然自发恢复相平衡直至所有液相成分都变成La1为止，于是达到了在T1温度时的稳的地平衡状态。CuNi(d)要