+ Ⅱ
组织组成物
Ⅱ
冷却曲线
t

组织中，由一定的相构成 的，具有一定形态特征的 组成部分。
X2合金结晶过程分析 （共晶合金）
T,C
L
T,C
L
(+ )
183

L+
M
L
E
L
L+
N

L(+ ) 共晶体
(+ )
+
Pb Sn X2
冷却曲线
t
(+ )
铅锡共晶合金的显微组织
液固相线距离愈小， 结晶温度范围愈小，则流 动性好，不易形成分散缩 孔，铸造性能好。 共晶成分的合金铸造 性能最好。
锻造、轧制性能：
单相固溶体合金， 变形抗力小，变形均匀， 不易开裂，锻造、轧制性 能最好。
T,C
T,C L
1
L L+(+ )+
L+
183
L+
M
E
+
L+ N
2
(+ )+
(+ )+ + Ⅱ
Sn
Pb
X3
t
亚共晶合金的平衡结晶过程
(+ )+ + Ⅱ
β II
α
α+β
WSn50%的Pb-Sn合金的显微组织
(+ )+ + Ⅱ
L

T,C

3 F 4 X1
L+
M
c
LEL+ 来自L L+
e
N


+
G Sn
+Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
Pb
{
含锡量为10％的Pb-Sn合金平衡结晶过程
L

X1合金结晶特点
1.没有共晶反应过程， 而是经过匀晶反应形成 单相固相。
L

T,C L L+

2.要经过脱溶反应， 室温 组织组成物为 + Ⅱ
Cu 20
QL/Q=b1c1/a1b1
L+ c1 1455 c 杠杆定律推论：在两 相区内，对应温度T1时 两相在合金b中的相对 T1 质量各为 T2 QL/QH=b1c1/a1c1
b
40
60 Ni%
80
100
Q/QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH Ni
注意：杠杆定律适用于平衡结晶时的两相区。
第4章 合金的结构与结晶
4.1 合金中的相 4.2 合金相图的建立 4.3 匀晶相图 4.4 共晶相图 4.5 包晶相图 4.6 其他相图 4.7合金的性能与相图的关系
4.1
合金中的相
合金：一种金属元素与另一种或几种其它 元素，通过熔炼或其它方法结合在一起所形成 的具有金属特性的物质。
组元：组成合金独立的、最基本的单元。 例如：元素、稳定化合物。如，Fe-C合金 中，Fe、C均为组元。 二元合金：由两个组元组成的合金。
TiC
NbC
ZrC
VC
Mo2C 1480
WC
Cr23C6 1650
Fe3C 860
硬度 3200 （HV）
熔点 （℃） 3140
2055
2840
2094
1730
3480
3350
2830
2410
2755
1580
1650
4.2
合金相图的建立
4.2.1 相图概述
合金相图：表示合金系在平衡条件下，不 同压力、温度、成分时的各相关系的图解。 平衡：合金系中各相成分与相质量比不再 随时间变化的一种状态。 相图→平衡图→状态图。 平衡条件：极缓慢冷却条件。 常压下，横坐标→成分，纵坐标→温度。
杠杆定律
杠杆定律：在两相区内，对 1. 随着温度的降低，两 2. 在两相区内，对应每 应每一确定的温度 一确定的温度，两相的成 相的成分分别沿液相线和 T1，两相 质量的比值是确定的。即 分是确定的。 固相线变化。
T,C L 1500 1 1400 a1 b1 1300 1200 1100 a 1083 2 1000
匀晶相图——单相固 溶体：
性能与成分呈曲线关 系。溶质浓度↑ → 强度、 硬度↑ 共晶相图——两相混 合物： 性能与成分呈直线关 系。组织越细密，强度越 高，十分细密时偏离直线 ，出现峰值。 化合物： 对应化合物的曲线上 出现奇异点。
4.7.2 合金的工艺性能与相图的关系
铸造性能：
4.2.2
相图的建立方法
相图的测定方法：
热分析法、膨胀法、电阻法、磁性法等。 热分析法测Cu-Ni合金相图： 1、配制系列成分的Cu-Ni合金。 2、测出合金的冷却曲线，找出各冷却曲线上的临界点 温度。 3、画出温度—成分坐标系，在各合金成分垂线上标出 临界点温度。 4、将具有相同意义的点连接成线，标明各区域内所 存在的相
亚共析钢 x400
合金中有两类基本相 —— 固溶体 和 化合物
4.1.1 固溶体
固溶体：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。Fe－溶剂，C－溶质
固溶体的分类
按溶质原子在晶格中的位置： 置换固溶体： 间隙固溶体： 按溶质原子在固溶体中的溶解度（固溶度）： 有限固溶体：溶质含量超过其固溶度，则有其它相 形成。 无限固溶体：溶质可以任意比例溶入溶剂中，即固 溶度可达100%。只能是置换固溶体。 按溶质原子在固溶体中的分布状态： 无序固溶体：溶质在晶格中随机分布。 有序固溶体：溶质原子和溶剂原子各占据晶体结构 一定位置而规则排列。
铜-镍合金匀晶相图分析
液相区 L
1455
L+
纯镍 熔点

固相线 Ni
20 液固两相区
40
60 Ni%
80
100
匀晶合金的平衡结晶过程
T,C 1500 1400 c 1300 1200d 1100 1000 1083 Cu 20 40 60 Ni% 80 L
T,C L
L

1455 a
L+ b
Ni
匀晶转变过程中原子 扩散示意图
不平衡结晶
固溶体不平衡结晶示意图
1 1 1 3 4 5 固相平均成份线 1 2
晶内偏析（枝晶偏析）
枝晶偏析：晶粒内部出现的 成份不均匀现象。 先结晶：含高熔点组元多； 后结晶：含低熔点组元多。 结果：力学性能降低，特别 是塑性降低；抗蚀性能下降。 消除方法：扩散退火或均匀 化退火。使异类原子互相充分 扩散均匀。
II合金 组织： α+β+αII+βII III合金 组织：β+αII
合金Ⅱ的平 衡结晶过程
44
合金Ⅲ的平 衡结晶过程
4.6 其他相图
4.6.1
共析转变：
共析相图
T,C
( + ) 共析体 L L+


A
+
c
+ d
e
+

B
4.6.2 形成化合物的二元相图
自己固有的结构而不发生分解，当温度达到熔点时，化合物 发生熔解，熔解时所生成的熔体与化合物成分完全一致。
+ LE M
+ N
共晶反应要点
• • • • 共晶转变在恒温下进行。 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。 T,C
183

L+
M
L
E
L+
N

+
Pb Sn
X1合金结晶过程分析
T,C 1 2 183 L
39
500×
过共晶合金（VI合金）组织
β + α II +(α+β)
α II β
(α+β)
WSn70%的Pb-Sn合金的显微组织
40
500×
标注了组织组成物的Pb-Sn相图
A B
M
E
N
F
G
4.5
相图分析
包晶相图
液相线：ACB 固相线：APDB 固溶线：PE、DF 包晶线：PDC 单相区 ：L,α,β 两相区：L+α，L+β， α +β 三相区：PDC
固溶体类型
置 换 固 溶 体 Z
间 隙 固 溶 体
Z
置换原子
间隙原子
Y Y X X
形成无限固溶体时两组元连续置换示意图
固溶体中溶质原子分布示意图 （a)完全无序；(b)偏聚；(c）部分有序；(d)完全有序
8
固溶体的性能
形成固溶体后溶剂晶体结构的变化： 造成局部晶格畸变。 形成固溶体后性能的变化： 强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，塑、 固溶强化 韧性稍有下降的现象。
共晶组织中两相的相对含量为：
W EN 97.5 61.9 100% 100% 45.4% MN 97.5 19
ME 61.9 19 W 100% 100% 54.6% MN 97.5 19
Pb-Sn合金相图
X3合金结晶过程分析 （亚共晶合金）
相：
在金属或合金中，化学成分、晶体结构相同、性 能均一，且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。 组织（显微组织） 指在金相显微镜下观察到的材 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。