T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1000
a1 a 1083
b1
L+
c1

答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。 Ni 80 100
Cu
18 20
30
40
60 Ni%
66
2.4 二元共晶相图
当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限
互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相
a 、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。 （只能是置换固溶体） b、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无规律的分布。
① 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶 体。
溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布 的称有序固溶体。
黄铜置换固溶体组织
② 间隙固溶体
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。
2.1合金中的相 2.2二元合金相图的建立
2.3 二元匀晶相图 2.4 二元共晶相图 2.5 二元包晶相图 2.6 形成稳定化合物的二元相图 2.7 由相图判断合金性能
学习要求和难点
学习重点：
1. 匀晶体相图特点、结晶过程。 2. 杠杆定律及其应用。 3. 运用相图分析合金的性能。
学习难点：
杠杆定律及其应用。
在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之 间的关系。 f=c-p+2 当系统的压力为常数时(恒压下)： ， f=c-p+1 f：自由度数，能改变系统状态的、独立可变的因素 （包括温度、成分等）的数目。fmin=0。 c：组元数。 p：相数。 由公式可知： fmin=c-pmax+1 故：pmax=c-fmin+1=c-0+1
二元合金相图的绘制步骤
1 配制不同成分的二元合金；
2 作出每个合金的冷却曲线；
3 建立T-x坐标系，把每个合金冷却曲线上的临界点分别标
在各个合金的成分垂线上。
4 将各个成分垂线上具有相同意义的点连接成线，再加上 标注。
2.2二元合金相图的建立
1500
Ni
温度/ ℃
80%Ni
1300
温度/ ℃
1400
2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 0 20 40 Wt% FeO 60 80 100
2.3 二元匀晶相图
Equilibrium Phase Diagram - Nb-W
3400 3300 3200
Temperature (C)
3100 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 0 20 40 60 80 100 Weight % W
2.3 二元匀晶相图 4.2.2. 合金平衡结晶过程分析
以Cu-Ni合金
为例进行分析。
Cu-Ni合金相图
2.3 二元匀晶相图
• ⑴ 合金的结晶过程
• 除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ
合金为例说明。

当液态金属自高温 冷却到 t1温度时，
L
开始结晶出成分为
1的固溶体，其Ni 含量高于合金平均 成分。
平衡组织
枝晶偏析组织
速度越大 冷却速度 影响 因素 偏析相对越严重
距离越大
给定成分合金的液相线 与固相线的垂直距离 力学性能
偏析相对越严重
可使原子充 分扩散，使 成分均匀
对合金性 能的影响
耐腐蚀性能 加工性能
解决方法
将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间 保温来消除枝晶偏析，称为扩散退火
2.3 二元匀晶相图 消除枝晶偏析的办法

2.3 二元匀晶相图

这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变
或匀晶反应。
• 随温度下降，固 溶体重量增加，
液相重量减少。
同时，液相成分 沿液相线变化， 固相成分沿固相 线变化。
2.3 二元匀晶相图
• 成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时，最后 一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时固溶体的成分又
2.3 二元匀晶相图 相图分析
液相线 L B熔点
L+α
α 固相线 A B% B
A熔点
与纯金属的结 晶过程不同，固 溶体合金的结晶 是在一定的温度 范围内完成的。
• 相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。 • 相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L ，固相线以下为
固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+ ）。
• 合金的结晶只有在缓慢冷却条件
下才能得到成分均匀的固溶体。
但实际冷速较快，结晶时固相中 的原子杢不及扩散，使先结晶出
的枝晶轴含有较多的高熔点元素
（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶 的枝晶间含有较多的低熔点元素( 如Cu-Ni合金中的Cu)。
2.3 二元匀晶相图
Cu-30%Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
L L+α α
60%Ni
1200
40%Ni
1100
20%Ni Cu
1000
时间
Cu
20
40
60
80
Ni
Ni%
Cu-Ni合金的冷却曲线和相图的绘制
二元合金相图的应用
• 由相图确定某成分合金在某温度时的相 • 由相图确定给定合金的相变温度 • 由相图某成分合金在某温度时的两个平衡相的成分和相对质量 －杠杆定律
合金中含Ni的总质量=L相中含Ni的质量 +α相中含Ni的质量
因为
所以 化简后得
c-b为线段 bc的长度; b-a为线段 ab的长度。 故得：
或
这个式子与力学中的杠杆定律相似, 因而亦被称作杠 杆定律。由杠杆定律不难算出合金中液相和固相在合金中 所占的质量分数（即相对质量）分别为：
例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量 解：作成分线和温度线 如图。 L c 1455 根据杠杆定律推论， Q / QH = a1b1 /a1c1 1280 C =12/48=1/4
图。
2.4 二元共晶相图
以 Pb-Sn 相图 为例进行分析。
Pb
成分（wt% Sn ）
Sn
Pb-Sn合金相图
2.4 二元共晶相图
相图分析
A ① 相：相图中有L、、三种
相, 是溶质Sn在 Pb中的固
溶体， 是溶质Pb在Sn中的 固溶体。
B
② 相区：相图中有三个单相区：
L、、；三个两相区： L+、 L+、+ ；一个三相区：即 水平线CED。
变回到合金成分3上杢。
液固相线不仅是相区分界 线, 也是结晶时两相的
成分变化线；匀晶转变
是变温转变。
2.3 二元匀晶相图 非平衡结晶—枝晶偏析
Cu-Ni合金枝晶偏析示意图范围内成分 不均匀的现象称作枝
晶偏析。
Cu-Ni合金枝晶偏析显微组织
2.3 二元匀晶相图
生产上常将铸件加热到 固相线以下100-200℃长时 间保温，以使原子充分扩散、 成分均匀，消除枝晶偏析， 这种热处理工艺称作扩散退 火。
大型铝合金铸造板材的扩散 退火
难点： 杠杆定律证明
• 设合金的质量为Q合金 , 其中 Ni质量分数为b%, 在 T1温度时, L相中的 Ni质量分数为a%, α相中 的Ni质量分数为c%。
于间隙相。
b. 具有复杂结构的间隙化合物 当r非/r金>0.59时形成复杂结 构间隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。 Fe3C称渗碳体，是钢中重要组 成相，具有复杂斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原
Fe3C的晶格
子，形成以化合物为基的固溶
体。
高温合金中的Cr23C6
2.2二元合金相图的建立
所谓相是指金属或合金中凡 成分相同、结构相同，并与其 它部分有界面分开的均匀组成 部分。 显微组织实质上是指在显微
单相 合金
镜下观察到的金属中各相或各
晶粒的形态、数量、大小和分
布的组合。
固态合金中的相分为固溶体
和金属化合物两类。
两相 合金
⑴ 固溶体
固溶体：合金组元通过溶解形成 一种成分和性能均匀的，且结构与组 元之一相同的固相。习惯以、、 表示。 与合金晶体结构相同的元素称溶 剂。其它元素称溶质。
2.3 二元匀晶相图
两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的 相图称为匀晶相图。
Liquid Two Phase Solid X
% Y added
Y
2.3 二元匀晶相图
Equilibrium Phase Diagram - Mg0-Fe0
3000 2800 2600
Temperature (C)
原子使晶格发生畸变及对位错
的钉扎作用。 与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但 与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。 故固溶体的综合力学性能较好，多为合金的基体相。
⑵ 金属化合物
合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称 金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可 用分子式表示其组成。 金属化合物也是合金的重 要组成相。 弥散强化：金属化合物 硬而脆，当其以极小的粒子 均匀分布在固溶体基体上时， 使合金的强度、硬度增加， 而塑性、韧性降低不多的现 象。 故金属化合物多为合金
固溶体是合金的重要组成相，实际 合金多是单相固溶体合金或以固溶体 为基的合金。 固溶体的溶解度：溶质原子在固溶 体中的极限浓度。
Cu-Ni置换固溶体
Fe-C间隙固溶体
固溶体的分类： a、置换固溶体：溶质原子取代溶剂原子的位置， 但整个结构仍然是溶剂的晶体结构。 b、间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子的间隙 位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的 非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族 元素。 a、有限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一 极限浓度，如超过此浓度则有其它相形成。 b、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可 达100%。 （只能是置换固溶体）组成元素原子半径、 电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可 能形成无限固溶体。