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第四章-二元合金相图

Pb WSn(%) Sn
G
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
概括起来,过共晶合金平衡结晶过程为:
t1温度以上: 液态 L70 L
19
t1~ t2温度: 液相中析出 , t2温度时发生共晶反应: L61.9 t2温度以下: 初 Ⅱ
97.5
室温组织: 初 + Ⅱ + (+)共晶
一、相律
在恒压下,在纯固态或纯液态情况下,出现的相数 小于等于主元数。在液固共存(恒温)条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而,对二元合金, 固态下出现的相数为1或2,液固共存(恒温)条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
匀晶转变:在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。 二元匀晶相图:指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
标注在温度— 成分坐标中 无限缓冷下测各 合金的冷却曲线 连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如:0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
1400
1400 1300
L
(L+ )
T
Ni
WCu(%)
Cu
将铸件加热到低于固相线100~200℃的温 度,进行长时间保温,使偏析元素充分进行扩 散,以达到成分均匀化。
设A、B组元的熔点分别为1450℃和1080℃,它们 在液态和固态都无限互溶,则这两种组元组成的 二元相图叫作二元 相图;先结晶的固溶体 中含 组元多,后结晶的固溶体中含 组元多,这种成分不均匀现象称为 , 通过 工艺可以减轻或消除这种现 象。
t 2


60
80
100
Ni
WCu(%)
Cu
时间
平衡结晶过程分析
四、质量分数计算
给定合金的成分,可计算不同温度下,此成分的合金 所形成不同的相的相对含量,即各相的质量分数计算。
引例:100ml的10%的NaCl水溶液和100ml的30%的 NaCl水溶液混合后浓度是多少?
100×10%+100×30%=C×200 C=20% 反过来考虑:把20%的NaCl水溶液分成浓度分别 为10%和 30%的两份,那么两份的体积分数是多 少?
已知A、B二元合金相图属于匀晶相图,A组元 的熔点为500℃,B组元的熔点为300℃,400℃时 液相L中B的质量分数为60%,固相α中B的质量分 数为40%。 (1) 画出该合金相图示意并标注各区域的相组 成物。 (2) 计算wB=50%的合金在400℃时液相和固相的 质量分数。
第二节 二元共晶相图
(Ⅰ)由相图可知,C点 存在L+α两相区
L a C b
+ L
Ca
40
Cb C
WCu(%)
60 80 100
Ni
Cu
(Ⅱ)做水平线,与固相 线和液相线分别交于a、b 点。剩余液相总处于即将 结晶的状态,即t℃的液 相线上的点的成分,即b 点成分Cb ,而刚结晶出来 的固相即t℃的固相线上 的a点的成分Ca。
Pb
WSn(%)
Sn
400
T 327.5 A
L
T/℃
L
L

+
300
L+
t1
61.9
200

M
19
183 +
t2
E
t1

t2
L
t2'
+ + Ⅱ
100
+ Ⅱ
+
0 F 040
50
60
70
80
90 100
t/s
WSn(%)
50% Sn的亚共晶合金的结晶过程分析
概括起来,亚共晶合金平衡结晶过程为: t1温度以上: 液态 L50 L
19
t1~ t2温度: 液相中析出 , t2温度时发生共晶反应:L61.9 t2温度以下: 初 Ⅱ
97.5
室温组织: 初 + Ⅱ + (+)共晶
亚共晶组织( 50% Sn 的Pb-Sn合金)
共晶()
由此可知,两相的相对含量为: Ma/Mb =(Cb-C)/(C-Ca) 若M=Ma+ Mb为已知量,那么, 两相的绝对含量为: Ma=(Cb-C)(Ma+Mb)/(Cb-Ca) Mb=(C-Ca)(Ma+Mb)/(Cb-Ca)

Ca
40
Cb
C
WCu(%)
60 80 100
Ni
Cu
Ca Ma
C
Cb Mb
400
A 327. 300 5 L+
200

M
19
183
+
61.9

E
231. L+ 9 N 97.5 G
100
0
0F
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Pb
WSn(%)
6个区:L、、 100 L+、 L+、 Sn +
识别分析相图要领 基本反应,三种线,水平线是关键;
相区有一有二没有三,三相共存水平线;
V1×10%+V2×30%=20%×(V1+V2)
这种方法可推广到固相和固液混合相 如图:成分为C的Ni-Cu合金,缓冷到t℃时,根据相图分 析:(Ⅰ)此状态下存在哪几相?(Ⅱ)各相的成分如 何?(Ⅲ)各相的数量(绝对数量与相对数量)?
1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 0 20
( Ⅲ )利用引例的思路,问题转化为: 浓度为C的合金,分成浓度为Ca 、 1500 Cb两份,所以有: 1400 Ma×Ca+ Mb×Cb=C×(Ma+ Mb)
1300 1200 1100 1000 900 800 0 20
L c b a
+ L
即 Ma ×(C- Ca)=Mb× (Cb- C)
共晶组织(蛛网状)
(Cu-P)共晶组织(放射状)
(二)亚共晶和过共晶合金平衡结晶过程 及室温组织
亚共晶合金:以Pb-Sn相图为例,成分在M、E 之间的Pb-Sn合金。 过共晶合金: 成分在E 、N之间的Pb-Sn合金。
T
500
400
A
300
200
M
E
B N
100
0 0
G F
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

例如;图为45钢的平衡组织 按相组成为: Fe3C 按组织组成为: F+P
铁素体F
珠光体P( +Fe3C)
3、共晶相图的一般特征
T
L
T
L L+B L+
L+A

A+B


+
L+

A
B%
B
A
B%
B
4、相图分析(以Pb-Sn相图为例 )P52图3-11
500
T
L
1点:共晶点
4种线: 液相线 固相线 溶解度线 B 共晶转变线 共晶反应: L61.919 97.5
后结晶出来的,含A元素少
先结晶出来的,含A元素多
富Ni 相
富Cu 相
Cu-Ni合金晶内偏析的组织
非平衡结晶
晶内偏析
1500 1400
L
塑性、韧性下降,易引起 晶内腐蚀,热加工困难 扩散退火
1300 1200 1100 1000 900 800 0 20 40 60 80 100
+ L
加热温度范围
1200
1200 1100
1000
1000 900

0 20 40 60 80 100
800
800
t
Cu-Ni合金相图的建立
WCu(%)
(二)二元匀晶相图分析
两线:液相线、固相线 1、相图分析 三区:液相、液相+固相、固相
1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 0 20 40 60 80 100
相 图
由 相 图 可
即表示在平衡条件下合金组织与成分、温度之间关
系的图形。合金相图又称合金平衡图或合金状态图
了解合金系中不同成分和温度下的相 的种类、相的成分及相的相对含量。
了解 了解合金在加热和冷却过程中的转变 并预测其性能的变化规律。 相

进行材料研究,金相分析,制定热、 的 铸、锻、焊等热加工工艺规范的重要依据 作用 和有效工具。
2、相与组织
组织 在金属或合金中, 合金的相组成及相 凡化学成分相同、晶体 的数量、形态、大小、 概 结构相同并与其它部分 分布特征。组织可以由 念 有界面分开的均匀组成 一种相组成,也可由多 部分。 种相组成。
例 气相、液相、固相。 子 铁碳合金中的相、 相、 相等。 检 X射线衍射分析 测 亚共晶组织、共晶组织 过共晶组织。铁碳合金 中的珠光体P、铁素体 F、奥氏体A等。 金相显微镜、电镜等
杠杆定律别小看,能定成分能把量来算。
二、平衡结晶过程及室温平衡组织 (一)共晶合金 500
1、共晶合金平衡结晶过程
400
T 327.5 A
300

L
T/℃
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