α+L α
匀晶转变的特点
合金在一定温度范围内结晶；
在合金结晶过程中，先结晶出的固相和剩余液
相的成分都与原来合金的成分不同，它们分别
沿着固相线和液相线变化。
结论：两相区中，相互处于平衡状态的两个
相的成分，分别沿着两相区的两个边界线改变。
杠杆定律
杠杆定律是确定状态图中两相区内两平衡相
的成分和相对重量的重要工具
成的固溶体。
形成条件：溶剂与溶质原子尺寸相近，直径
差别较小，容易形成置换固溶体。
置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称
之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为 有规则的排列，称为有序固溶体。
固溶体的溶解度
浓度：溶质原子在固溶体中所占的百分比 溶解度：在一定条件下的极限浓度 置换固溶体中，影响溶解度的因素有原子
相图分析（相图三要素）
T,C

Pb
L+
L
L+

Sn
+
Sn%
1 ）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点（是亚共晶、过共晶合金 成分分界点）等。 2）线：液相线、固相线；溶解度曲线；共晶线等。 3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。
液相线：AEB
固相线：AMENB 共晶线：MEN
2、间隙固溶体（interstitial solid solution）
溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体 晶体结构类型
晶格畸变（lattice distortion）
由于溶质原子的介入，原子的排 列规律受到局部的破坏，使晶格 发生扭曲变形。
溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，变形抗力增 大，金属的强度及硬度升高的现象------固溶强化
时间
三相平衡线的图形特征及性质
α β
二元合金相图的总结
• 相图中的每点都代表某一成分的合金在某
一温度的状态 • 两个单相区之间必有一个两相区，并由这 两相组成 • 两个两相区之间必定是以单相区或三相区 （水平线）隔开 • 水平线必定是三相平衡 • 各种反应式
二元合金相图的分析与使用
合金的性能取决于合金的化学成分和组织 合金的化学成分与组织间的关系体现在合
固溶体的分类
•按溶质原子在溶剂晶格中的位置分：
置换固溶体与间隙固溶体
•按溶质原子在溶剂中的溶解度分：
有限固溶体和无限固溶体
•按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分：
无序固溶体和有序固溶体
• 1、置换固溶体 • (substitutional solid solution) • 溶剂原子被溶质原子所置换
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌
组织由相构成，
观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。
金属材料性能由组织决定， 而组织由化学成分和工艺过程决定。
4.2 二元合金相图
相图：描述合金系的状态、温度、压力及成分
之间关系的一种图解，又称状态图。
反映不同成分的材料在不同温度下的相状态、
金相图上
故合金相图与合金的性能之间必然存在着
一定的联系。
铁碳相图
课后作业
1.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金、要进 行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？
2.会画并且学会看铁碳相图。
相和组织的比较
假设：红色、蓝色分 别表示不同的两个相
白口铸铁
球墨铸铁
4.1 合金的相结构
固态合金的相，分成两大类：
固溶体：相的晶体结构与某一组成元素的晶体
结构相同
金属化合物：相的晶体结构与组成元素的晶
体结构均不相同
一、固溶体 固态下互相溶解所形成的物质
固溶体概念 合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、 结构上与组元之一相同的固相。如，Fe(C)固溶 体。
MF是Sn在α相中的溶解度线，
NG是Pb在β中的溶解度线。
三个单相区：α、β、L； 三个双相区：L+α、L+β、α+β； 一个三相区： L+α+β。
二元共晶反应
共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出 两种固相的反应。
LE→αM＋βN
共晶点、共晶线、共晶反应温度
共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金
共晶合金的结晶过程
相图分析
液相线：adb
固相线：aceg cf是Ag在α相中 的溶解度线， eg是Pt在β中的溶解度线。
三个单相区：α、β、L； 三个双相区：L+α、L+β、α+β； 一个三相区： L+α+β。
二元包晶反应
包晶反应：先析相和剩余液相在恒温下发 生反应，生成一种新固相的反应。
αc＋ Ld→βe
平衡结晶过程
结晶过程中发生共晶反应 室温下的相为： α+β 室温下的组织为： 共晶体 （α+β）
共晶体中的α和β的相对重量 可以用杠杆定理计算如下：
• α=EN/MN*100% • β=ME/MN*100% • 图中黑色的α固溶体和白色的β固溶体呈相
间分布；
共晶组织形态
针 状 共 晶
树 枝 状 共 晶 螺 旋 状 共 晶
间隙固溶体的特点
溶质原子分布于溶剂晶格间隙所形成的固溶
体，其溶解度有限。
形成条件：只有溶质原子与溶剂原子的直径
之比小于0.59时，才会形成间隙固溶体
通常，由原子直径很小的碳、氮、氢、硼、
氧等非金属元素溶入过渡族金属元素的晶格 间隙中而形成。
置换固溶体的特点
溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形
尺寸、晶格类型、电化学性质以及电子浓度
等。
间隙固溶体与置换固溶体的比较
晶格畸变
有限固溶与无限固溶 固溶强化
固溶体的晶体结构特点
保持溶剂金属的晶体结构类型；
成分可以在或大或小的范围内变化；
由于溶质原子的加入，使晶格点阵发生畸变，
周围原子离开平衡位置，不可避免地引起溶 剂晶格常数发生变化。
固溶体的性能
固溶强化：通过形成固溶体使
金属强度和硬度提高的现象
固溶强化原因：溶质原子的溶
入→晶格畸变及钉扎位错→增 大位错运动的阻力，提高变形 抗力，从而提高合金的强度和 硬度。
固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含 量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性 和韧性没有明显降低。
组织（显微组织）
1、铜镍合金相图相区分析
液固两相区
T,C 液相线 1500 1400 1300 1200 1100 1083 纯铜 1000 熔点 Cu 固相区 20 40 60 Ni% 80 L 液相区1455 纯镍 熔点

100
固相线
Ni Ni
铜-镍合金匀晶相图
2、合金的结晶过程
形核和晶粒的长大 L
固溶体合金在平衡结晶过程中，固相成分沿固相线变化， 液相成分沿液相线变化
热ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析法
L
温度
凝固开始
凝固终了
L+S
S
时间
差热分析基本原理图
DTA与TG曲线
二、 二元匀晶相图
二元匀晶相图：两组元在液态、固态均能无 限互溶的二元合金系所形成的相图。如Cu-Ni、 Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、Cr-Mo等。
匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程 特点：匀晶相图中任意成分合金在冷却过程 中发生单相固溶体的凝固过程。
第四章
二元合金相图及其分类
内容简介
1.合金相结构和组织的基本概念 2.二元合金相图的建立过程和分析相图的基本
方法
3.了解匀晶、共晶、包晶相图
4.学会看铁碳相图
重点掌握合金相结构，并学会分析二元合金相
图。
1相图的基本知识
合金：一种金属元素同另一种或几种元素(k
可以是金属，也可以是非金属), 通过熔化或 其它方法结合在一起所形成的具有金属特性 的物质。
消除方法：扩散退火
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
平衡组织
枝晶偏析组织
三、 二元共晶相图
二元共晶相图：两组元在液态无限互溶，固
态有限互溶或完全不互溶，且冷却过程中发生 共晶反应的二元合金系所形成的相图。如Pb-Sn 、Cu-Ag、Al-Ag、Al-Si、Pb-Bi等。
共晶转变：由一个液相同时结晶出两种成分
组织状态及温度变化时可能发生的变化。
用途：在生产中，相图可以作为制定金属材料
熔炼、铸造、锻造和热处理等工艺规程的重要 依据。
一、二元合金相图的建立
在常压下，二元合金的相状态决定于温
度和成分。因此二元合金相图是一个以温度 为纵坐标，合金成份为横坐标的平面图形。 到目前为止，几乎所有的合金相图都是 通过实验方法得到的。建立相图最常用的实 验方法是热分析法。
放 射 状 共 晶
Pb-Sn合金 组织组成物 在相图上的 标注
4. 二元包晶相图
二元包晶相图：两组元在液态无限互溶，固
态有限互溶或完全不互溶，且冷却过程中发生 包晶反应的二元合金系所形成的相图。如Pt-Ag 、Ag-Sn、Sn-Sb等。 包晶转变：由先结晶出的固相和剩余液相相 互作用，形成另一种成分不同的固相的过程。
• • • •
合金的结晶过程
① 包晶成分合金：匀晶包晶二次析出。
室温组织为β + II
II出现的原因是因为溶解度随温度的变化而减小
• ② PD成分合金：匀晶包晶二次析出。
• 室温组织为 +βII+β + II
时间
• ③ DC成分合金：匀晶包晶匀晶二次析出
• 室温组织为β +II。
况，包括相的种类和相对量。
组织：在显微镜下所观察到的，具有一定大
小、形状和分布的金属内部的微观形貌。