金属学与热处理 3.2课件.ppt

二元合金相图的建立 相图分析 二元相图的分析和使用 匀晶相图及固溶体的凝固 共晶相图及合金的凝固 包晶相图及合金的凝固 其他类型的二元合金相图 合金中的相及相结构 第三章 二元合金的相结构与结晶 3.3 二元合金相图的建立 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析。 相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解又称状态图或平衡图。 相图通常以温度和成分为独立变量。 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的状态随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。 * 二元Pb-Sb合金相图 二元合金相图常以温度纵坐标，成分作为横坐标，来表示合金的状态随成分和温度变化而发生变化的情况。 一. 二元相图的表示方法 * 在相图中，任意一点都叫“表象点”。 一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。 在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。 二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表象点的水平线与相界线的交点确定。 将给定两组元配制成一系列不同成分的合金； 将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线 找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）； 将各临界点标在温度——成分坐标中相应的合金成分线上； 连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线； 用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内，即得到一张完整的相图。 二. 二元相图的测定方法 图3-11 用热分析法测定Cu—Ni相图 三. 相律及杠杆定律 相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数（F）、组元数（C）和相数（P）之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式。相律可用下式表示： F=C ? P + 2 当系统的压力为常数时，相律可表达为： F=C ? P + 1 纯金属的自由度数最多只有1个。Why？ 二元合金的自由度最多为2个…… 1. 相律及其应用 三. 相律及杠杆定律 利用相律可以检验、分析和使用相图。例如： 利用相律确定系统中可能共存的最多平衡数。 单组元即C=1，由F=C ? P + 1可知，当F=0时，P最大，为2，即最多可两相共存。 二元系即C=2，由F=C ? P + 1可知，当F=0时，P最大，为3，即最多可三相共存…… 利用相律解释纯金属与二元合金结晶时的一些差别。 纯金属结晶时，两相共存，则F=0，说明只能在恒温下进行。 二元合金结晶时，若两相平衡，则F=1， 说明温度和成分有一个可变因素若三相平衡，则F=0， 说明温度、成分均恒定。 1. 相律及其应用 三. 相律及杠杆定律 2. 杠杆定律 杠杆定律是利用相图确定和计算合金在两相区中，两平衡相的成分和相对量的方法，由于它与力学中的杠杆定律很相似，故称为杠杆定律。 在两相区，自由度为1，只有一个独立变量。如温度变化，两平衡相的成分必须随之而变。两个相的成分点之间连线称为连接线。两个平衡相的成分点即为连接线与平衡曲线的交点。 三. 相律及杠杆定律 2. 杠杆定律 三. 相律及杠杆定律 2. 杠杆定律 上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。 杠杆定律只适用于两相区。 例（如图） 杠杆定律练习 将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后缓慢冷却至如下图所示温度T1，求此时： 两相的化学成分； 两相的质量比； 各相的质量分数； 各相的质量。 3.4 匀晶相图及固溶体的结晶 两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合金相图称为二元匀晶相图。 具有匀晶相图的二元系合金主要有：Cu-Ni, Ag-Au, Cr-Mo, Cd-Mg, Fe-Ni, Mo-W等。 合金结晶时,从液相结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。 一. 相图分析 两条线：液相线、固相线 三个区域：液相区L、固相区α以及液、固两相并存区L+ α。 L α L+α L1 L2 L3 α3 α2 α1 t1 t2 t3 二. 固溶体合金的平衡结晶过程 以wNi=30%的Cu-Ni合金为例分析平衡结晶过程： 冷却过程中，液体从t1温度开始结晶到t3温度结晶结束，液体成分从L1沿液相线变化到L3，结晶出的固相成分从α1沿固相线变化到α3。期间任意温度下两相