第四章二元合金相图 与合金凝固 本章主要内容:合金相与组织形成的规 律,特别是成分、温度对相与组织的影 响规律。合金相图是重要研究工具 相图:合金结晶过程的简明图解,反映 不同成分合金在不同温度下所存在的相 及其相平衡关系,以了解合金在温度变 化时的相变过程及组织形成的规律。是 分析合金组织、确定热加工工艺、预泱 材料性能的依据
第四章 二元合金相图 与合金凝固 • 本章主要内容：合金相与组织形成的规 律，特别是成分、温度对相与组织的影 响规律。合金相图是重要研究工具。 • 相图：合金结晶过程的简明图解，反映 不同成分合金在不同温度下所存在的相 及其相平衡关系，以了解合金在温度变 化时的相变过程及组织形成的规律。是 分析合金组织、确定热加工工艺、预测 材料性能的依据
§4.1概述 二元合金相图的表示方法 ·二元合金相图通常用温度、成分两个坐 标表示。纵坐标表示温度,横坐标表示 成分 合金成分一般用重量百分数(w%)和 原子百分数(at%)表示 表象点
§4.1 概述 一、二元合金相图的表示方法 • 二元合金相图通常用温度、成分两个坐 标表示。纵坐标表示温度，横坐标表示 成分。 • 合金成分一般用重量百分数（wt%）和 原子百分数（at%）表示 • 表象点
二、二元合金相图的建立 用热分析法建立Cu-N二元合金相图为例: 配制不同成分的合金;测定其冷却曲线, 确定临界点;将各临界点标注在温度-成 分坐标系中,并将意义相同的点用曲线 连接 注意:冷速要慢;纯金属冷却曲线出现 平台;临界点连线为相界线,分割区域 为相区;由成分、温度可确定相状态
二、二元合金相图的建立 • 用热分析法建立Cu-Ni二元合金相图为例： 配制不同成分的合金；测定其冷却曲线， 确定临界点；将各临界点标注在温度-成 分坐标系中，并将意义相同的点用曲线 连接。 • 注意：冷速要慢；纯金属冷却曲线出现 平台；临界点连线为相界线，分割区域 为相区；由成分、温度可确定相状态
相仹 相律:合金系在平衡状态下,系统的自 由度(f)与组元数(C)和平衡相数(P)之 间关系的定律。f=C-P+2 ·自由度:保持合金系相的数目不变条件 下,可独立改变的影响合金状态的内部 及外界因素的数目 在恒压下,f=C-P+1,对二元系,C=2, 则f=3-P,可知:f=0,P=3,平衡相最大 为3;P=3,f=0温度、相成分一定;P=2, f=1,温度或相的成分可变,但只有一个独 立变量;P=1;f2,温度和相成分均可 独立改变
三、相律 • 相律：合金系在平衡状态下，系统的自 由度（f）与组元数(C)和平衡相数(P)之 间关系的定律。 f =C-P+2 • 自由度：保持合金系相的数目不变条件 下，可独立改变的影响合金状态的内部 及外界因素的数目。 • 在恒压下，f =C-P+1，对二元系，C=2, 则f =3-P，可知： f =0，P=3,平衡相最大 为3；P=3，f=0,温度、相成分一定；P=2， f=1,温度或相的成分可变，但只有一个独 立变量；P=1；f=2，温度和相成分均可 独立改变
四、杠杆定律 杠杆定律:用来确定二相平衡时,两平 衡相的成分和相对量 1确定两平衡相成分的方法 2确定两平衡相相对量的方法: W1·ar=Wa·rb或 WI/War b/ar 注意:杠杆定律只适用于两相区
四、杠杆定律 • 杠杆定律：用来确定二相平衡时，两平 衡相的成分和相对量。 1.确定两平衡相成分的方法 2.确定两平衡相相对量的方法： WL • a r = Wa • r b 或 WL / Wa= r b/ a r 注意：杠杆定律只适用于两相区
§4.2匀晶相图 及固溶体合金结晶 匀晶相图:两组元在液态和固态下均无 狠互溶合金所形成的相图。 匀晶转变:由液相结晶出均一固相过程 、相图分析 以CuN合金相图为例: 相线:液相线、固相线 相区:单相区、两相区
§4.2匀晶相图 及固溶体合金结晶 • 匀晶相图：两组元在液态和固态下均无 限互溶合金所形成的相图。 • 匀晶转变：由液相结晶出均一固相过程。 一、相图分析 以Cu-Ni合金相图为例： 相线：液相线、固相线 相区：单相区、两相区
二、结晶过程及其组织(1) 结晶过程: 0-1,1,L相,降温过程; 1-2,L→>a相变过程; 2,a相,成分为合金成分; 2-3,a相,降温过程 3,相,室温组织
二、结晶过程及其组织（1） • 结晶过程： 0-1, 1，L相, 降温过程； 1-2，L→ 相变过程； 2， 相，成分为合金成分； 2-3，相，降温过程； 3， 相，室温组织
二、结晶过程及其组织(2) 相变过程: t1:液相开始析出α,α成分由固相线确定, 为a1,液相成分L1 t2:L+α,成分分别由液相线和固相线确 定,为L2、α2,x1→x2,L1→L2 两相的相对量用杠杆定律确定 继续降温,成分分别沿固、液相线变 化,Wa个,W1 t3:结晶结束,固溶体成分α3合金成分 总之,结晶过程是一动态过程
二、结晶过程及其组织（2） • 相变过程： t1 : 液相开始析出， 成分由固相线确定, 为1，液相成分L1 ; t2 : L+ , 成分分别由液相线和固相线确 定，为 L2、2，1 → 2，L1 →L2,, 两相的相对量用杠杆定律确定; 继续降温，成分分别沿固、液相线变 化，W ， WL ； t3：结晶结束，固溶体成分3 =合金成分 总之，结晶过程是一动态过程
二、结晶过程及其组织(3) 选份结晶(选择结晶):从液相结晶出 的固溶体成分与液相成分不同,含有较 多的高熔点组元。 固溶体结晶与纯金属结晶的异同: 相同点:一定过冷度,形核与长大过程 不同点:纯金属:恒温结晶;结构起伏 与能量起伏;结晶时无成分变化; 固溶体:变温结晶;结构起伏、能量起伏 和成分起伏;结晶过程总存在原子扩散, 以进行溶质在液固两相中的再分配
二、结晶过程及其组织（3） • 选份结晶（选择结晶）：从液相结晶出 的固溶体成分与液相成分不同，含有较 多的高熔点组元。 • 固溶体结晶与纯金属结晶的异同： 相同点：一定过冷度，形核与长大过程 不同点： 纯金属：恒温结晶；结构起伏 与能量起伏；结晶时无成分变化； 固溶体：变温结晶；结构起伏、能量起伏 和成分起伏；结晶过程总存在原子扩散， 以进行溶质在液固两相中的再分配
非平衡结晶及其组织(1) 非平衡结晶:在实际冷却条件下合金以 较大速度冷却,偏离平衡条件的结晶过 程 非平衡结晶的特点:冷速快,原子扩散 不充分,合金成分均匀化来不及进行, 导致液相和固相内部存在浓度剃度,固 溶体中出现偏析
三、非平衡结晶及其组织（1） • 非平衡结晶：在实际冷却条件下合金以 较大速度冷却，偏离平衡条件的结晶过 程。 • 非平衡结晶的特点：冷速快，原子扩散 不充分，合金成分均匀化来不及进行， 导致液相和固相内部存在浓度剃度，固 溶体中出现偏析
