二元相图与合金的凝固ppt课件.ppt

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1、上节课重点内容影响扩散程度的因素：温度－成分－结构－其它反应扩散的定义，特点§6-1相与相平衡64页相(Phase)2.组元(Component)3.相平衡在某一温度下，系统中各个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态，这种平衡称为相平衡。处于热力学平衡状态的系统中自由度与组元数和相数之间的关系定律，通常简称为相律。相律概括了平衡状态下系统的组元数C,相数P与独立可变因素—自由度f之间的关系，即f=C-P+2式中：f是自由度数；C是组成材料系统的独立组元数；P是平衡相的数目，2：温度和压力由自度是指给定合金系在平衡相数不变的前提下

2、，能够在一定范围内任意独立改变的因素（温度、压力、成份）的数目。4.吉布斯相律（GibbsPhaseRule）二元系统有两个组元，根据相律：f=C-P+1，二元系统最大的自由度数目f=2，这两个自由度就是温度和成分。故二元凝聚系统的相图，仍然可以采用二维的平面图形来描述。即以温度和任一组元浓度为坐标轴的温度-成分图表示。6二元系相图一二元系相图的建立相图一般是通过实验测定的，并借助相图热力学基础进行分折。测定方法的依据:合金冷却或加热时，伴随相变所产生的结构与成分变化，必然引起某些物理性质的突变。测出不同成分的合金相变温度。在温度—

3、成分坐标平面上标定和连接各同类临界点，即可确定各相的分界区，从而建立表示温度、成分与相状态之间关系的相图。热分析法时间温度凝固开始凝固终了LL+SSCu-Ni相图Cu30%Ni50%Ni70%NiNi时间温度CuNi305070wNi(%)Lα用热分折法测定二元合金相图步骤：1）配制合金2）测冷却曲线3）根据转折点确定相变温度4）在温度一成分坐标平面上标定5）连接相同意义的点二、平衡相成分的确定在二元合金相图的两相区内，当温度变化时，两平衡相的成分随之发生变化。温度一定时，成分为定值。三平衡相相对量的确定－杠杆规则ABCoCLCαT

4、ATBt1LαL+αabo杠杆规则示意图§6.2匀晶相图与固溶体的凝固一.匀晶相图当两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格常数相差不大时，它们不仅可以在液态或熔融态完全互溶，而且在固态也完全互溶，形成成分连续可变的固溶体，称为无限固溶体或连续固溶体，它们形成的相图即为匀晶相图(Isomorphoussystem)。在固态、液态下，A和B无限固溶。二元匀晶相图ABTATBLαL+α二元匀晶相图1）相图分析液相线固相线液相区固相区两相共存区ABTATBLαL+α相图的构成：两条曲线：液相线：不同合金开始结晶的温度的连线。固相线：液体中

5、结晶出固体的终了线。三个区：液相线之上为液相的单相区，常用L表示；固相线之下为固溶体的单相区，常用α表示；两条曲线之间是双相区，标记L+α表示。2）相律2条线：C=2，P=2，f=1液相线固相线2个单相区：C=2，P=1，f=2固相区、液相区1个两相区：C=2，P=2，f=1二、固溶体材料平衡冷却时组织转变1点以上液体1点开始凝固，固体成分在对应固相线处1－2之间，温度下降，液体数量减少，固体数量增加，成分沿液相线和固相线变化，到2点，液体数量为0，固体成分回到合金原始成分，凝固完成2点以下固体冷却，无组织变化1.过程：三、固溶体材

6、料平衡冷却时组织转变1）.与纯金属凝固一样由形核和长大来完成结晶过程，实际进行在一定的过冷度下。2）.凝固在一温度范围内进行。只有在温度不断下降时固体量才增加，温度不变，液固数量维持平衡不变。3）.凝固过程中液体和固体的成分在不断变化。2.特点：ABCoCLCαTATBt1LαL+αabo杠杆规则的应用能量起伏结构起伏成分起伏3、匀晶转变的形核与长大匀晶转变在一定温度范围内进行，随温度变化，液固两相成分不断发生变化。因此，凝固过程，其形核长大过程随遵循一般凝固规律外，还有其特点（1）、形核需（2）、过冷度↑，临界晶核半径↓，临界形核

7、功↓。同时，新相成分与原合金成分愈接近，所需的成分起伏相应降低，均有利形核率的提高。四、固溶体材料非平衡冷却分析：在晶体长大过程中，组元元素在析出的固相中不断的发生迁移。但原子在固体中的迁移相对结晶过程是较慢的(原子的迁移是扩散过程)完全达到平衡凝固是较困难的，需要相当长的时间，一般的冷却凝固达不到平衡状态。1.过程：在冷却速度较快时的凝固是非平衡凝固在略低于开始凝固温度t1下开始析出的固体的成分为α1到t2温度晶体表面生长的成分本应为α2，由于扩散速度跟不上来，心部的成分来不及达到和表面一样就冷却到下一温度t3，因此析出的固体的成

8、分表里不一，平均成分也偏离了固相线。到达平衡和固相线交点的温度tf时还有液相存在，继续冷却到一更低的温度，固体的平均成分回到合金成分时液体消失，凝固过程才结束。2平衡与非平衡结晶时组织的变化温度平衡结晶非平衡结晶ToaoaoT1a1a