第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
2.固溶体合金平衡凝固及组织。 （4）固溶体结晶特点（与纯金属相比） ①异分结晶 结晶时，结晶出的晶体成分不同于母体成分称为异分结晶。 对Cu-Ni合金：先结晶部分富Ni;后结晶部分富Cu.
平衡分配系数： 在一定温度下，固—液两平衡相中溶质浓度之比。 用K0= 若把液、固相线看成直线，则K0=常数（可用相似三角形证明） 当K0<1时，K0越小，则液、固相线距离越大，所需成分起伏越大。 当K0>1时，K0越大，则液、固相线距离越大，所需成分起伏越大
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例：
最大特征：三相水平线：
f=2-3+1=0
温度恒定，三相成分固定。 E点：共晶点
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
2．典型合金平衡结晶及组织
（1）固溶体合金的结晶 M点以左（α），N点以右（β） 以含Sn=10%的合金为例 1-2点，与匀晶结晶一样。 2-3点，为单相α。 3点以下：从含Sn过饱和的α中析出βII。 βII-二次晶：常沿晶界析出；也可在晶内析出。 室温组织：α+βII (画组织示意图)
4．2．1匀晶相图
4．成分过冷。
纯金属结晶：在负的温度梯度下---------树枝晶。 在正的温度梯度下------平滑界面（平面长大） 固溶体合金，即使在正的温度梯度下，也会形成树枝晶-------是由于 成分过冷造成的。 （1）成分过冷概念：固溶体合金结晶时，由于液固界面前沿存在溶质 浓度梯度而改变了过冷情况，称为成分过冷。
以Cu-Ni二元合金相图说明：
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识 4．1．3相律及杠杆定律 2.杠杆定律： 以Cu-Ni二元合金相图说明：
计算成分为x的合金在t1℃时，L和两相的相对重量。
根据相律：在t1℃时，L和α两相成分分别为CL,C α.。
设：合金总重量为1，液相重为WL, α相重Wα 则有：WL+Wα=1 WLxCL+Wαx C α=C (液相含Ni量+固相含Ni量=合金含Ni量)
t3温度结晶结束。各部分成分均匀，为含30%Ni的α固溶体。 平衡结晶，极其缓冷，L和α中的Cu、Ni原子有充分的扩散时间。
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
2.固溶体合金平衡凝固及组织。 结晶过程示意图
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
2.固溶体合金平衡凝固及组织。
（2）结晶规律： 形核 长大 （3）结晶条件 ①需过冷，提供驱动力。 ②结构起伏------提供晶胚。 ③能量起伏-------补偿形核功。 ④成分起伏（浓度起伏）：在任一瞬间，液相中某些 微小体积成分偏离于均匀成分，这些微小体积成分、 尺寸、位置在不断变化。
最大偏析程度 Cd-C0=C0K0-C0=C0(K0-1) 对K0>1,K0越大，偏析↑ 对K0<1,K0越小，偏析↑
耐蚀性↓ 压力加工性↓ ③消除枝晶偏析方法。 高温扩散退火（均匀化退火）：将铸 件加热至固相线下100---200℃长期保温， 使溶质、溶剂原子相互扩散。
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
测定方法：
以Pb-Sn二元相图为例，说明相图建立过程。
采用热分析法测冷却曲线。 依据：相变时放热，冷却曲线上有拐点。
测定步骤：（结合黑板）
①配置几组不同成分的合金。
②测定上述合金各自冷却曲线。 ③确定各曲线上的拐点（临界点）温度。 ⑤用字母表示不同相的名称，填入不同相区。
④将临界点引入相图的相应位置，将具有相同意义的点连接起来
在<183℃下，从α中析出βII； 从β中析出αII ; 但两相与其晶体α，β混在一起，难分辨。
室温组织为：（ α +β ）共晶体
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
2．典型合金平衡结晶及组织
（2）共晶合金结晶过程(61.9%Sn) 室温组织为：（ α +β ）共晶体 共晶体中两相相对重量（在183℃）：
3．固溶体合金的非平衡结晶及组织。
（2）区域偏析
实际铸件表面与心部化学成分不均匀现象→宏观偏析。 以K0<1为例 (图示) 先结晶溶质含量低（表面），后结晶溶质含量高（心 部）。 （3）区域提纯 从固溶体合金中提取纯金属。(图示) 依据：非平衡结晶，会产生区域偏析。 常采用区域熔炼法提纯金属。
第四章：二元相图
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
2.固溶体合金平衡凝固及组织。 （4）固溶体结晶特点（与纯金属相比）
②在一定温度范围内结晶。 随T↓,固相↑，液相↓，两相成分分别沿固相线，液相 线变化。 溶质、溶剂不断扩散，在两相中不断重新分配。只在极其 缓冷情况下，才能结晶出成分均匀的固溶体。
第四章：二元相图
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例：
三个单相区：L、α、β α：Sn溶入Pb中固溶体 β: Pb溶入Sn中固溶体
AEB-液相线 E点：共晶合金 AMNB-固相线 ME之间：亚共晶 ; EN之间：过共晶合金 MF-Sn在Pb中溶解度曲线，随T↓,溶解度↓ NG- Pb在Sn中溶解度曲线
第四章：二元相图
复习合金、组元、相、相结构（固溶体、化合物） 纯金属结晶→单相。
相图：以温度为纵坐标，成分为横坐标，反映不同成分的合金 在任意温度下所处的平衡相状态的图解。 相图→状态图，平衡状态图 。 平衡：合金从液态（高温）到室温是在极其缓慢的条件下完成的。 相图用途：①帮助认识相的变化规律 ②计算任意合金在不同温度下相和组织含量。 ③ 帮助制定热加工工艺： a.铸造 、 b.锻造、 c.热处理
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识
4．1．2二元合金相图的建立 实验测定. 测定原理：合金发生相变时，会导致物理、力学性能变化及结构变化。
测定方法：（复杂相图需用几种方法结合） ①热分析法 ⑤电阻法 ②硬度法 ⑥膨胀法 ③金相法 ⑦x-射线检测法 ④磁性法
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识
4．1．2二元合金相图的建立
第四章：二元相图
4．2二元相图的基本类型 基本类型：a.匀晶型
b.共晶型
c.包晶型 （复杂相图都由简单类型组合而成）
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。 表达：L→α
匀晶相图：当合金在液态和固态均为无限互溶时构成的相图。
二元匀晶系：①Cu-Ni;Au-Ag;Cu-Au(fcc) ②Cr-Mo; α-Fe-Cr; α-Fe-V(bcc)
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
3．固溶体合金的非平衡结晶及组织。
（1）晶内偏析： ①概念：由于不平衡结晶，使固 溶体晶粒内部化学成分不均匀现象,称为晶内 偏析.由于结晶成树枝状晶------枝晶偏析 液、固相线距离越大，则偏析越 严重。 冷速越快，偏析越严重。
②枝晶偏析对性能影响
力学性能降低，尤其是塑性、韧性↓↓
5．固溶体合金凝固时生长形态 在负的温度梯度下：树枝晶
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
①共晶反应（共晶转变）：把在一定温度下，由一定成分的液相、同时结晶出
成分和结构不同的两相的过程。 ②二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，且发生共晶 反应的相图。 ③相图特征：
④具有共晶转变的二元合金： Pb-Sn Pb-Sb Fe-C(C>2.11%) Al-Si Al-Cu Ag-Cu
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识 4．1．3相律及杠杆定律 1．相律及应用
相律表达式：f=C-P+1
自由度f:当合金相数固定时，合金相可以独立改变的、影响 合金状态的内、外因素的数目。
内因：成份；外因：温度。
最大自由度数：①纯金属：1个→温度可变（成份不可变）
②二元合金：2个→温度，一个成分 ③三元合金：3个→温度，两个成分。 当f=0时，温度、成分都固定。
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
1．相图分析(以Cu-Ni合金为例)：
A点：纯铜熔点(1083℃)； B点：纯镍熔点(1462 ℃)；
---液相线；
---固相线
所有合金都在一定温度范围内完成结晶。
两相区，自由度f=2-2+1=1
第四章：二元相图
4．2．1匀晶相图
2.固溶体合金平衡凝固及组织。 平衡凝固：极其缓慢冷却，凝固每一阶段 都达到平衡。 （1）合金结晶过程。 以30%Ni(70%Cu)合金为例： 在t1温度: 开始结晶出含Ni为α 1成分的晶核（Ni多，Cu少） 在t2温度： 液相平衡成分为L2点，α相平衡成分为α 2点。
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识
4．1．1相图的表示方法 相图反映的是相的平衡状态，是在极其缓慢冷却条件下测定 的，以温度为纵坐标， 成分为横坐标。
以Pb-Sn二元合金相图为例说明。
温度：纵坐标 成分：横坐标，用重量百分数表示 例“10”表示：含Sn=10%，含Pb=90% 相区用一些字母表示： 如：L----表示液相区 L+α ----表示液相和固相（α）两相区 相区交界线： 例AE线，L与L+α交界线 AEB线：液相线 AMENB线：固相线 表象点：标图上任意一点，反映给定成分合金在一定温度下所具有的相的状态。
解得：
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第四章：二元相图
4．1相图的基本知识 4．1．3相律及杠杆定律 2.杠杆定律：

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*①杠杆定律适用于任何二元相图两相区两相重量的计算。 ②在单相区，其相占100% （二元相图的几何规律，后面讲解）