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1、二元系相图及其合金的凝固第七章第七章本章应掌握的内容1.1.掌掌握握三三种种典典型型的的基基本本相相图图：匀匀晶晶相相图图（Cu-NiCu-Ni合合金金相相图图）、共共晶晶相相图图（Pb-SnPb-Sn合合金金相相图图）、包包晶晶相相图图（Pt-AgPt-Ag合合金金相图）。相图）。2.2.掌握杠杆定律及其应用。掌握杠杆定律及其应用。3.3.了了解解二二元元合合金金相相图图中中的的几几种种平平衡衡反反应应：共共晶晶反反应应、共共析析反反应应、包包晶晶反反应应、包包析析反反应应 、偏偏晶晶反反应应、合合晶晶反反应应、熔熔晶反应。晶反应。4.4.熟熟练练分分析析匀匀晶晶相相图图/共共晶晶相相图图/
2、包包晶晶相相图图中中合合金金的的结结晶晶冷冷却曲线及转变组织。却曲线及转变组织。5.5.了了解解二二元元合合金金的的不不平平衡衡凝凝固固过过程程,及及伪伪共共晶晶、不不平平衡衡共共晶组织、离异共晶基本概念。晶组织、离异共晶基本概念。一、匀晶相图及固溶体的凝固 匀晶相图概念匀晶相图概念l由由液液相相直直接接结结晶晶出出单单相相固固溶溶体体的的过过程程称称为为匀匀晶晶转转变变。l完全具有匀晶转变的相图称为完全具有匀晶转变的相图称为匀晶相图匀晶相图。l特点：特点：两组元在液态和固态都能两组元在液态和固态都能无限互溶无限互溶。晶体结构相同，原子半径（离子半径）相近晶体结构相同，原子半径（离子半径）相近
3、 二元系相图的类型二元系相图的类型给给定定成成分分的的合合金金，在在给给定定温温度度下下，处处于于平平衡衡的的两两个个相相的的成成分分都都已已完完全全确确定定，不不能能任任意意的的改改变变。此此时时两两相相的的成成分分（浓浓度度）和和相相对对含含量量都都可可以以由由杠杠杆杆定定律律确定。确定。1.1.匀晶相图分析匀晶相图分析l计算液相和固相在温度t1时的相对含量。l液相的质量固相的质量合金的总质量1；l合金中的含镍量应等于液相中镍的含量与固相中镍的含量之和。1.1.匀晶相图分析匀晶相图分析绝大多数二元相图都包括匀晶转变部分。绝大多数二元相图都包括匀晶转变部分。l两种特殊的匀晶相图两种特殊的匀晶
4、相图 具有极大点：具有极大点：Pb-TlPb-Tl 具有极小点：具有极小点：Au-CuAu-Cu、Cr-MoCr-Mo、Fe-CoFe-Co 由由于于液液、固固两两相相的的成成分分相相同同，此此时时用用来来确确定定体体系系状状态态的的变变量量数数应应少少掉掉一个，于是自由度一个，于是自由度f=c-pf=c-p=2-2=2-20 0，即恒温转变。即恒温转变。2.2.固溶体的平衡凝固固溶体的平衡凝固l平平衡衡凝凝固固（equilibrium equilibrium solidificationsolidification）是是指指凝凝固固过过程程无无限限缓缓慢慢地地冷冷却却，原原子子(组组元元)有
5、有充充分分的的时时间间扩散，时时处于相平衡。扩散，时时处于相平衡。l平平 衡衡 凝凝 固固 方方 式式 所所 得得 到到 的的 组组 织织 称称 为为 平平 衡衡 组组 织织（equilibrium microstructureequilibrium microstructure）。lCu-NiCu-Ni合合金金冷冷却却曲曲线线（cooling cooling curvecurve）及及结结晶晶过过程程示和合金平衡结晶时的组织变化示意图见下页。示和合金平衡结晶时的组织变化示意图见下页。l固固溶溶体体的的凝凝固固过过程程也也是是一一个个形形核核和和长长大大的的过过程程。形形核核方方式式可可以以是
6、是均均匀匀形形核核，也也可可以以依依靠靠外外来来质质点点非非均均匀形核。匀形核。Cu-NiCu-Ni匀晶相图匀晶相图及平衡结晶过程及平衡结晶过程Cu-NiCu-Ni合金冷却曲线合金冷却曲线及结晶过程示意图及结晶过程示意图固溶体合金与纯金属结晶时的异同点固溶体合金与纯金属结晶时的异同点：l共共同同点点：形形核核与与长长大大过过程程，但但合合金金中中存存在在第第二二组组元元，凝固过程比纯金属复杂。凝固过程比纯金属复杂。l区别：区别：固固溶溶体体结结晶晶是是在在一一温温度度范范围围内内完完成成，而而纯纯金金属属在在恒恒温温下完成。下完成。固固溶溶体体合合金金结结晶晶析析出出的的固固相相成成分分与与液
7、液态态合合金金成成分分不不同同。这这种种结结晶晶称称为为选选分分结结晶晶；结结晶晶过过程程中中液液固固两两相相成成分分都都要要不不断断发发生生变变化化，固固相相成成分分沿沿固固相相线线变变化化，液液相相成成分分沿沿液液相相线线变变化化，因因此此依依赖赖于于两两组组元元的的原原子子扩扩散散过过程程。而而纯纯金金属属在在结结晶晶过过程程中中固固相相与与液液相相的的成成分分始始终终是是相相同同的，这种结晶称为的，这种结晶称为同分结晶同分结晶。l固溶体结晶过程的实质：固溶体结晶过程的实质：a a：液相内的成分扩散、均匀过程；液相内的成分扩散、均匀过程；b b：固相长大过程固相长大过程 c c：固相内的
8、成分扩散、均匀过程；：固相内的成分扩散、均匀过程；l固固溶溶体体平平衡衡结结晶晶时时，液液相相与与固固相相的的相相对对量量可可由由杠杠杆定律杆定律确定。确定。3.固溶体的不平衡结晶 工工业业生生产产中中合合金金溶溶液液浇浇注注后后的的冷冷却却速速度度较较快快，在在每每一一温温度度下下不不能能保保持持足足够够的的扩扩散散时时间间，使使凝凝固固过程偏离平衡条件，称为过程偏离平衡条件，称为非平衡凝固非平衡凝固(结晶结晶)。非平衡凝固非平衡凝固(结晶结晶)得到的组织称为得到的组织称为不平衡组织不平衡组织。在在非非平平衡衡凝凝固固中中，液液、固固两两相相的的成成分分将将偏偏离离平平衡衡相相图图中中的的液
9、液相相线线和和固固相相线线。由由于于固固相相内内组组元元扩扩散散较较液液相相内内组组元元扩扩散散迟迟得得多多，故故偏偏离离固固相相线线的的程程度度就大得多，它成为非平衡凝固过程中的主要矛盾。就大得多，它成为非平衡凝固过程中的主要矛盾。l合合金金在在t1 温温度度时时首首先先结结晶晶出出成成分分为为1 的的固固相相，因因其其含含铜铜量量远远低低于于合合金金的的原原始始成成分分，故故与与之之相相邻邻的的液液相相含含铜铜量量势势必必升升高高至至L1。随随后后冷冷却却到到t2温温度度，固固相相的的平平衡衡成成分分应应为为2，液液相相成成分分则则改改变变至至L2。但但由由于于冷冷却却较较快快，液液相相和
10、和固固相相，尤尤其其是是固固相相中中的的扩扩散散不不充充分分，其其内内部部成成分分仍仍低低于于2，甚甚至至保保留留为为1，从从而而出出现现成成分不匀现象。分不匀现象。l此此时时，整整个个结结晶晶固固体体的的平平均均成成分分应应在在1和和2之之间间，而而整整个个液液体体的平均成分应在的平均成分应在L1和和L2之间。之间。l再再继继续续冷冷却却到到t3温温度度，结结晶晶后后的的固固体体平平衡衡成成分分应应变变为为3，液液相相成成分分变变为为L3，同同样样因因扩扩散散不不充充分分而而达达不不到到平平衡衡凝凝固固成成分分，固固相相的的实实际际成成分分为为1、2 和和3的的平平均均值值。液液相相的的实实
11、际际成成分分则则是是L1、L2和和L3的平均值。的平均值。l合合金金冷冷却却到到t4温温度度才才凝凝固固结结束束。此此时时固固相相的的平平均均成成分分变变回回到到原原合金的成分。合金的成分。l若若把把每每一一温温度度下下的的固固相相和和液液相相的的平平均均成成分分点点连连接接起起来来，分分别别称称为固相平均成分线和液相平均成分线。为固相平均成分线和液相平均成分线。通过对非平衡凝固分析得到如下结论：通过对非平衡凝固分析得到如下结论：l(1)(1)固固相相、液液相相的的平平均均成成分分分分别别与与固固相相线线、液液相相线线不不同同，有有一一定定的的偏偏离离。其其偏偏离离程程度度与与冷冷却却速速度度
12、有有关关。冷冷却却速速度度越越大大，其其偏偏离离程程度度越越严严重重；冷冷却却速速度度越越小小，偏偏离离程程度度越越小小，越越接接近近于于平衡条件。平衡条件。液相线的偏离程度较固相线小。液相线的偏离程度较固相线小。l(2)(2)先先结结晶晶部部分分含含有有较较多多的的高高熔熔点点组组元元(Ni)(Ni)，后结晶部分含有较多的低熔点组元后结晶部分含有较多的低熔点组元(Cu)(Cu)。l(3)(3)非非平平衡衡结结晶晶条条件件下下，凝凝固固的的终终结结温温度度低低于于平衡结晶时的终止温度。平衡结晶时的终止温度。l 固固溶溶体体不不平平衡衡结结晶晶时时，由由于于先先后后从从液液体体中中结结晶晶出出来
13、来的的固固相相成成分分不不同同，并并因因冷冷速速较较快快而而不不能能扩扩散散均均匀匀,结结果果使使每每个个晶晶粒粒内内部部的的化化学学成成分分不不均均匀匀(先先结结晶晶部部分分含含高高熔熔点点组组元元较较多多，后后结结晶晶部部分分含含低低熔熔点点组组元元较较多多，在在晶晶粒粒内内部部存存在在着着浓浓度度差差别别)，这种现象称为，这种现象称为晶内偏析晶内偏析。l 由由于于工工业业用用合合金金固固溶溶体体通通常常以以枝枝晶晶状状方方式式结结晶晶，枝枝晶晶轴轴（干干）含含高高熔熔点点组组元元多多，而而枝枝晶晶间间含含低低熔熔点点的的组组元元多多，导导致致先先结结晶晶的的枝枝干干和和后后结结晶晶的的枝
14、枝间间成成分分不不同同，故故亦亦称称枝枝晶晶偏偏析析（dendriticdendritic segregation segregation）。l 晶晶内内偏偏析析对对合合金金的的力力学学性性能能（mechanical mechanical propertyproperty）影影响响 较较 大大。容容 易易 导导 致致 合合 金金 塑塑 性性（plasticityplasticity），韧韧 性性（toughnesstoughness）下下降降；易易引引起起晶晶间间腐腐蚀蚀（corrosioncorrosion），降降低低合金的抗蚀性能。合金的抗蚀性能。二、共晶相图及合金凝固 共晶相图的概念共晶
15、相图的概念l共共晶晶转转变变（the the eutectic eutectic reactionreaction）：在在一一定定条条件件下下(温温度度、成成分分)，由由均均匀匀液液体体中中同同时时结结晶晶出出两两种种不不同同固固相相的的转转变变。所所得得到到两两固固相相的的混混合合物物称称为为共晶组织（共晶组织（eutectic structureeutectic structure）。l共共晶晶相相图图（the the eutectic eutectic phase phase diagramdiagram）：具有共晶转变的相图。具有共晶转变的相图。l共共晶晶温温度度（the the eu
16、tectic eutectic temperaturetemperature）：发发生生共晶转变的温度共晶转变的温度。l共共晶晶点点（the the eutectic eutectic pointpoint）或或共共晶晶成成分分：发发生共晶转变的液相成分生共晶转变的液相成分点点E E。共晶相图的概念共晶相图的概念l共共晶晶相相图图的的特特点点:液液态态下下两两组组元元能能无无限限互互溶溶，固固态态下下只只能能部部分分互互溶溶(形形成成有有限限固固溶溶体体或或化化合合物物)，甚甚至至有有时时完完全全不不溶溶，并具有共晶转变，并具有共晶转变。l属属于于二二元元共共晶晶相相图图的的合合金金有有：Pb
17、PbSnSn、AlAlSiSi、AlAlCuCu、MgMgSiSi、AlAlMgMg等。等。1.共晶相图分析l点点:A A：PbPb熔点熔点;B B ：SnSn 熔点；熔点；E E：共晶点共晶点l线：线：AEBAEB ：液相线液相线 AMENBAMENB ：固相线固相线 MFMF：固溶线：固溶线 表示表示SnSn在在PbPb中的固溶度曲线中的固溶度曲线 NGNG：固溶线：固溶线 表示表示PbPb在在SnSn中的固溶度曲线中的固溶度曲线 MENMEN：共晶线（恒温转变）：共晶线（恒温转变）l相区：相区：单相区：单相区：L L （SnSn在在PbPb中的固溶体）中的固溶体）（PbPb在在SnSn中
18、的固溶体）中的固溶体）双相区双相区：L+、L+、+三相平衡线：三相平衡线：MENMEN共晶线共晶线 L+，LE M+N2.共晶系合金的平衡凝固l 根根据据相相变变特特点点和和组组织织特特征征将将共共晶晶系系合合金金分分为为四四类：类：l 端际（部）固溶体合金端际（部）固溶体合金l 亚共晶合金（亚共晶合金（hypoeutectic alloyshypoeutectic alloys）l 共晶合金（共晶合金（eutectic alloyeutectic alloy）l 过共晶合金（过共晶合金（hypereutectic alloyshypereutectic alloys）(1)端部固溶体合金l这
19、类合金的冷却曲线为：这类合金的冷却曲线为：l结晶过程：结晶过程：LL（L+L+）（+）匀晶反应匀晶反应 脱溶转变脱溶转变l 室温组织：室温组织：+PbSn 共晶相图合金的平衡结晶过程(2)共晶合金l该合金的冷却曲线为：图该合金的冷却曲线为：图5-135-13l该合金发生共晶反应：该合金发生共晶反应：L LE E M M+N N 这这一一过过程程在在恒恒温温下下进进行行，直直至至凝凝固固结结束束。形形成成共共晶晶体体（+）。）。两个相的相对量可用杠杆法则求得：两个相的相对量可用杠杆法则求得：M M=EN/MN =EN/MN N N=ME/MN=ME/MNl其组织特征如图其组织特征如图5-145-
20、14l结晶过程：结晶过程：LL+LL+（+）(+)共共 共晶反应共晶反应 脱溶转变脱溶转变l室温组织：室温组织：(+)共共 共晶系合金的平衡凝固从从和和中分别析出中分别析出和和和和，次生相常与共晶体中的同次生相常与共晶体中的同类相结合在一起，难以分辨。该共晶合金呈层片交替分布类相结合在一起，难以分辨。该共晶合金呈层片交替分布的室温组织。的室温组织。共晶合金（）的平衡结晶过程从从和和中分别析出中分别析出和和和和，次生相常与共晶体中的同次生相常与共晶体中的同类相结合在一起，难以分辨。该共晶合金呈层片交替分布类相结合在一起，难以分辨。该共晶合金呈层片交替分布的室温组织。的室温组织。共晶合金（）的平衡
21、结晶的显微组织（3）亚共晶合金l合金的冷却曲线合金的冷却曲线l组织变化示意图组织变化示意图l其结晶过程：其结晶过程：LL+L+(+)共共+(+)共共+(+)共共 匀晶反应匀晶反应 (剩余液相剩余液相)共晶反应共晶反应 脱溶转变脱溶转变l室温组织：室温组织：+(+)+(+)共共l在共晶转变之前，从液态中先结晶出的相叫在共晶转变之前，从液态中先结晶出的相叫先共晶先共晶相（相（pro-eutectic phasepro-eutectic phase）。l先共晶相和液相比例可用杠杆法则求出：先共晶相和液相比例可用杠杆法则求出：l初初生生相相 (或或称称先先共共晶晶体体)和和共共晶晶体体(+)共共具具有
22、有不不同同的的显显微微形形态态而而成成为为不不同同的的组组织织。两两种种组组织织相相对对含含量量，也也称称组组织织组组成成体体相相对对量量，也也可可用用杠杠杆杆法法则则计计算算，即即在在共共晶晶线线上上方方两两相相区区(L+L+)中中画画连连结结线线，则则用用质质量量分分数数表表示示两两种组织的相对含量为：种组织的相对含量为：l(+)共共%=mc/me*100%=mc/me*100%l 初初%=%=cece/me*100%/me*100%l共晶反应结束后组成共晶反应结束后组成相的相对含量相的相对含量？亚共晶合金的平衡结晶的显微组织(4)过共晶合金l过过共共晶晶合合金金的的凝凝固固过过程程和和组
23、组织织特特征征与与亚亚共共晶晶合合金金相相类类似似，只只是是初初生生相相(先先共共晶晶相相)为为固固溶体而不是溶体而不是固溶体固溶体。l结结晶晶过过程程：LL+L+LL+L+（+）共共+(+)共共+(+(+)共共 匀晶反应共晶反应脱溶转变匀晶反应共晶反应脱溶转变l 室温组织：室温组织：+(+(+)共共共晶系合金的平衡凝固总结：共晶系合金的平衡凝固总结：l通通过过以以上上分分析析共共晶晶系系合合金金的的平平衡衡凝凝固固可可分分为为两两类类：固固溶溶体体合合金金和和共共晶晶型型合合金金。前前者者的的结结晶晶过过程程主主要要为为匀匀晶晶相相变变脱脱溶溶转转变变，组组织织为为初初生生固固溶溶体体和和次
24、次生生组组织织；后后者者的的结结晶晶过过程程主主要要为为匀匀晶晶相相变变、共共晶晶相相变变和和脱脱溶溶相相变变，组组织织为为初初生生固固溶溶体体、共共晶晶体体和和次次生生组组织织。在在室室温温，FGFG范范围围内内的的合金组织是由合金组织是由和和两个基本相构成。两个基本相构成。l需需要要指指出出的的是是在在分分析析显显微微组组织织时时，应应注注意意组组织织织织成成物物和和相相组组成成的的区区别别。组组织织组组成成物物是是在在结结晶晶过过程程中中形形成成的的，有有清清晰晰轮轮廓廓的的独独立立组组成成部部分分，如如上上述述组组织织中中、(+)共共都都是是组组织织组组成成物物。而而相相组组成成物物是
25、是指指组组成成显显微微组组织织的的基基本本相相，它它有有确确定定的的成成分分及及结结构构但但没没有有形形态态上上的的概概念念，上上述述各各类类合合金金在在室室温温的的相相组组成成物物都都是是相相和和相相。所所以以共共晶晶合合金金都都是是由由相相和和相相组组成成的的机机械械混混合合物（物（mechanical mixturemechanical mixture）。组 织 分 区 图3.3.共晶系合金的非平衡凝固共晶系合金的非平衡凝固(1)(1)伪共晶伪共晶l平平衡衡结结晶晶条条件件下下，只只有有共共晶晶成成分分的的合合金金才才能能获获得得完完全全的的共共晶晶组组织织，任任何何偏偏离离这这一一成成
26、分分的的合合金金都都不不能能获获得得百百分分之之百百的的共共晶晶组组织织。但但在在不不平平衡衡结结晶晶条条件件下下，成成分分在在共共晶晶点点附附近近的的合合金金（亚亚共共晶晶合合金金或或过过共共晶晶合合金金）也也可可能能全全部部转转变变成成共共晶晶组组织织。这这种种由由非非共共晶晶成成分分合合金金所所得得到到的的共共晶晶组组织织称称为为伪伪共共晶晶（pseudo-eutecticpseudo-eutectic）。l在不平衡结晶条件下，由于冷却速度较大，将会产生过在不平衡结晶条件下，由于冷却速度较大，将会产生过冷，当液态合金过冷到两条液相线延长线所包围的阴影冷，当液态合金过冷到两条液相线延长线所
27、包围的阴影线区时，形成初生相的过程被抑制，发生同时结晶出线区时，形成初生相的过程被抑制，发生同时结晶出相和相和相的共晶转变，形成类似共晶组织相的共晶转变，形成类似共晶组织(伪共晶伪共晶)。l图中亚共晶合金过冷到图中亚共晶合金过冷到t t1 1温度以下进行结晶时就可以得温度以下进行结晶时就可以得到全部共晶组织。到全部共晶组织。t1是不是越靠近共晶成分的合金越容易得到伪共晶组织呢？是不是越靠近共晶成分的合金越容易得到伪共晶组织呢？l事实并非如此！l实际的伪共晶区与上图伪共晶区有不同程度的偏离，即伪共晶区并不总是液相线的延长线所包围的区域。l可以分为以下二类：紫色线代表液相线及其延长线紫色线代表液相
28、线及其延长线1 1、若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区一般呈对称分布；、若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区一般呈对称分布；2 2、若若合合金金中中两两组组元元熔熔点点相相差差很很大大时时，伪伪共共晶晶区区将将偏偏向向高高熔熔点点组组元一侧。元一侧。确定伪共晶区在相图分布的位置和大小有何意义？确定伪共晶区在相图分布的位置和大小有何意义？1、对于正确解释合金非平衡组织的形成是极其重要的。2、可用来解释平衡相图方法无法解释的异常现象。如Al-Si合金中，共晶成分合金在快冷条件下未得到共晶组织，为什么？t(2)(2)非平衡共晶组织非平衡共晶组织 对对于于小小于于饱饱和和溶溶解解度度的的合合金金（a
29、 a点点以以左左，c c点点以以右右）在在不不平平衡衡结结晶晶时时固固相相线线下下移移，使使其其冷冷却却到到共共晶晶温温度度时时仍仍有有少少量量液液相相发发生生共共晶晶转转变变而而形形成成不不平平衡衡共共晶晶组组织织。不不平平衡衡共共晶晶组组织织通通常常分分布布在在晶晶界界及及枝枝晶晶间间最最后后凝凝固固部部分分，最后组织为树枝状固溶体及少量共晶体。最后组织为树枝状固溶体及少量共晶体。消除方法消除方法l在稍低于共晶温度下扩散退火。l消除非平衡共晶组织和固溶体的枝晶偏析。l得到均匀单相固溶体组织。(3)离异共晶 当当合合金金中中共共晶晶组组织织(+)相相对对量量较较少少，先先共共晶晶相相()()
30、相相对对量量很很大大时时,有有时时共共晶晶组组织织中中与与先先共共晶晶相相相相同同的的那那一一个个相相就就会会依依附附在在先先共共晶晶相相上上形形核核长长大大,把把另另一一相相推推向向最最后后凝凝固固的的晶晶界界处处,从从而而使使共共晶晶体体两两组组成成相相相相间间的的组组织织特特征征消消失失，这这种种两两相相分分离离的共晶组织称为的共晶组织称为离异共晶（离异共晶（divorced eutecticdivorced eutectic）。注注意意：离离异异共共晶晶可可通通过过非非平平衡衡凝凝固固得得到到，也也可可能能在在平平衡衡凝凝固固条条件件下下得得到到。只只要要初初生生相相很很多多，共共晶晶
31、量很少，都可能出现离异共晶。量很少，都可能出现离异共晶。三、包晶相图及其合金凝固三、包晶相图及其合金凝固 包晶相图概述包晶相图概述l有有些些合合金金当当凝凝固固到到一一定定温温度度时时，已已结结晶晶出出来来的的一一定定成成分分的的固固相相与与剩剩余余液液相相(有有确确定定成成分分)发发生生反反应应生成另一种固相的恒温转变过程称为生成另一种固相的恒温转变过程称为包晶转变。包晶转变。l两两组组元元在在液液态态下下无无限限互互溶溶，固固态态下下只只能能部部分分互互溶溶并具有包晶转变的相图称为并具有包晶转变的相图称为二元包晶相图。二元包晶相图。1.1.包晶相图分析包晶相图分析l线线：液液相相线线、固固
32、相相线线、水水平平线线(PDC)(PDC)为为包包晶晶转转变变线线，包包晶晶线线仅仅有有PDPD为为固固相相线线，而而DCDC为为液液相相线线，固固溶溶度度曲曲线。线。包晶转变：包晶转变：Lc+Lc+D D=P Pl 相区：相区：单相区：单相区：L L、双相区：双相区：L+L+、L+L+、+三相区：三相区：DPCDPC线线 L+L+l 包包晶晶线线与与共共晶晶线线不不同同之之处处在在于于：共共晶晶线线为为固固相相线线，线线上上的的合合金金在在共共晶晶温温度度全全部部凝凝固固完完毕毕，其其组组织织为为两两相混合物。包晶线仅有相混合物。包晶线仅有PDPD为固相线，而为固相线，而DCDC为液相线。为
33、液相线。2.包晶系合金的平衡凝固(1)(1)包晶点包晶点（P P）合金合金发生包晶反应：发生包晶反应：Lc+Lc+D D=P P为恒温反应为恒温反应l结晶过程：结晶过程：LL+L+LL+L+匀晶反应包晶反应脱溶转变匀晶反应包晶反应脱溶转变l室温组织：室温组织：+Lc+D=P 在在大大多多数数情情况况下下，由由包包晶晶反反应应所所形形成成的的相相倾倾向向于于依依附附初初生生相相的的表表面面形形核核，以以降降低低形形核核功功并并消消耗耗液液相相和和相相而而生生长长。当当相相被被新新生生的的相相包包围围以以后后相相就就不不能能直直接接与与液液相相L L接接触触。由由相相图图可可知知，液液相相中中的的
34、AgAg含含量量较较相相高高，而而相相的的AgAg含含量量又又比比相相高高，因因此此，液液相相中中AgAg原原于于不不断断通通过过相相而而向向相相扩扩散散，而而相相的的PtPt原原子子以以反反方方向向通通过过相相向向液液相相中中扩扩散散，这这样样，相相同同时时向向液液相相和和相相方方向向生生长长，直直至至把把液液相相和和相相全全部部吞吞食食为为止止。由由于于相相是是在在包包围围初初生生相相，并并使使之之与与液液相相隔隔开开的的形形式式下下生生长长的的，故故称称之之为为包晶反应包晶反应。液相中的液相中的Ag含量较含量较相高，而相高，而相的相的Ag含量又比含量又比相高相高而而相的相的Pt原子以反方
35、向通过原子以反方向通过相向液相中扩散相向液相中扩散（2）包晶点（P）以右合金 碰碰到到PCPC发发生生包包晶晶 反反 应应 ：Lc+Lc+D D=P P 为恒温反应为恒温反应l结结 晶晶 过过 程程：LL+L+LL+L+L+L+匀匀晶晶反反应应包包晶晶反反应应匀匀晶晶反反应脱溶转变应脱溶转变l室温组织：室温组织：+（3）包晶点（P）以左合金 碰碰到到DPDP发发生生包包晶晶反反应应：Lc+Lc+D D =P P 为为恒恒温反应温反应l 结结 晶晶 过过 程程：LL+L+LL+L+匀匀晶晶反反应应包包晶晶反反应应脱溶转变脱溶转变l 室温组织：室温组织：+3.3.包晶系合金的不平衡凝固包晶系合金的
36、不平衡凝固 实实际际生生产产中中的的冷冷速速较较快快，包包晶晶反反应应所所依依赖赖的的固固体体中中的的原原子子扩扩散散往往往往不不能能充充分分进进行行，导导致致包包晶晶反反应应的的不不完完全全性性，最最终终组组织织不不易易达达到到平平衡衡状状态态，且且包包晶晶反反应应速速度度（主主要要取取决决于于所所形形成成新新相相内内的的扩扩散速率散速率）较慢，易形成非平衡组织。）较慢，易形成非平衡组织。由由于于扩扩散散不不能能充充分分进进行行，由由液液相相直直接接结结晶晶出出相，而相，而相仍保留在相仍保留在相的芯部。相的芯部。l原来不发生包原来不发生包晶反应的合金在晶反应的合金在快冷条件下发现快冷条件下发
37、现包晶反应。包晶反应。四、四、其他类型的二元相图其他类型的二元相图 1.1.具有化合物的二元相图具有化合物的二元相图 2.2.具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图 3.3.具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图 4.4.具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图 5.5.具有固态转变的二元相图具有固态转变的二元相图1.具有化合物的二元相图l在在某某些些二二元元系系中中，可可形形成成一一个个或或多多个个化化合合物物，化化合合物物 一一 般般 处处 于于 相相 图图 的的 中中 间间 位位 置置，又又 称称 为为 中中 间间 相相（intermediate intermediate phasephase）
38、。根根据据两两组组元元间间形形成成化化合合物的稳定性，可分为稳定化合物和不稳定化合物。物的稳定性，可分为稳定化合物和不稳定化合物。(1)(1)形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图l稳稳定定化化合合物物是是指指具具有有固固定定的的熔熔点点，且且在在熔熔点点以以下下保保持固有结构而不发生分解的化合物。持固有结构而不发生分解的化合物。l相相图图特特征征：形形成成的的没没有有溶溶解解度度的的化化合合物物在在相相图图上上表表现现为为一一条条垂垂线线。可可以以把把它它作作为为一一个个独独立立的的组组元元而而把把相相图图分分为为两两部部分分。该该类类化化合合物物成成分分是是固固定定的的，或或在在一定范围
39、内但有确定的熔点。一定范围内但有确定的熔点。l形形成成稳稳定定化化合合物物的的二二元元相相图图有有：MgMgSiSi、CuCuTiTi、FeFe P P、MgMg CuCu、AgAg SrSr、NaNa2 2SiOSiO3 3 SiOSiO2 2、BeOBeOAlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2MgO MgO 形成稳定化合物的相图可把稳定化合物看作一个独立组元，把相图分成几个独立相图。可把稳定化合物看作一个独立组元，把相图分成几个独立相图。形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图(2)(2)形成不稳定化合物的相图形成不稳定化合物的相图l不不稳稳定定化化合合物物是是指指在在加加热热到到
40、一一定定温温度度时时会会发发生生分分解解的化合物。的化合物。l包包晶晶反反应应所所形形成成的的中中间间相相均均属属于于不不稳稳定定化化合合物物。它它们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图。们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图。例如：例如：K KNaNa相图相图 2.2.具有偏晶转变的相图具有偏晶转变的相图 l偏偏晶晶转转变变（monotecticmonotectic reactionreaction）相相图图特特点点：在在一一定定的的成成分分和和温温度度范范围围内内，两两组组元元在在液液态态下下也也只只能能有限溶解，存在两种不同浓度的液相有限溶解，存在两种不同浓度的液相L L1 1和和L
41、 L2 2。l其其转转变变：在在一一定定温温度度下下从从一一个个液液相相中中同同时时分分解解出出一一个固相和另一成分的液相的过程。个固相和另一成分的液相的过程。即：即：L L1 1 +L+L2 2l具有偏晶转变的二元系有：具有偏晶转变的二元系有：CuCuS S、CuCuO O、MnMnP P 偏晶线偏晶线偏晶点偏晶点共晶线共晶线3.3.具有合晶转变的相图具有合晶转变的相图 l合合 晶晶 转转 变变（syntecticsyntectic reactionreaction）相相图图特特点点：二二元元组组在在液液态态下下有有限限溶溶解解，存存在在不不熔熔合合线线，不不熔熔合合线线以以下下为为两液两液
42、相相L L1 1和和L L2 2。l其其转转变变：在在恒恒定定温温度度下下，两两个个成成分分不不同同的的液液相相相相互互作作用用形形成成一一个个固固相相的的转转变变称称为为合合晶转变晶转变。即即 L L1 1+L+L2 2 具有合晶转变的二元系具有合晶转变的二元系如如：NaNaZnZn、K-ZnK-Zn等等4.4.具有熔晶转变的相图具有熔晶转变的相图 l在在某某些些合合金金结结晶晶过过程程中中，当当达达到到一一定定温温度度会会从从一一个个固固相相分分解解为为一一个个液液相相和和另另一一个个固固相相，即即发发生生了了固固相相的的再再熔熔现现象象，这这种种转转变变称称为为熔熔晶晶转转变变（meta
43、tecticmetatectic reactionreaction）。l即即：L+L+l具具有有熔熔晶晶转转变变的的合合金金很很少少，如如FeFeS S、CuCuSbSb 5.5.具有固态转变的二元相图具有固态转变的二元相图 当当合合金金中中组组元元具具有有同同素素(分分)异异构构转转变变时时，则则其其固溶体会出现四种情况：固溶体会出现四种情况：固溶体的多晶型转变固溶体的多晶型转变 共析转变共析转变 包析转变包析转变 偏析转变偏析转变(1)具有固溶体多晶型转变的相图 固固溶溶体体的的多多晶晶型型转转变变又又称称为为多多型型性性转转变变。具具有这类转变的合金有：有这类转变的合金有：FeFeC C
44、、FeFeTiTi合金等。合金等。FeFe和和TiTi在固态均发生同素异构转变，故相在固态均发生同素异构转变，故相图在近图在近TiTi一边有一边有相相(体心立方体心立方)相相(密密排六方排六方)的固溶体多晶型转变；而在近的固溶体多晶型转变；而在近FeFe的一的一边有边有 的固溶体多晶型转变。的固溶体多晶型转变。(2)具有共析转变的相图具有共析转变的相图共共 析析 转转 变变（eutectoid reaction）：是是在在一一定定温温度度下下一一个个固固相相转转变变为为另另两两个个固相的过程。固相的过程。共共析析转转变变与与共共晶晶转转变变相相似似，区区别别在在于于它它是是由由一一个个固固相相
45、在在恒恒温温下下转转变变为为另另外外两两个个固相。固相。共共析析转转变变对对热热处处理理强强化化意意义义很很大大。钢钢的的热热处处理理是是以以共析转变为基础的。共析转变为基础的。(3)具有包析转变的相图具有包析转变的相图包析转变包析转变（peritectoid reaction）类类似似于于包包晶晶转转变变，区区别别在在于于包包析析转转变变是是由由两两个个固固相相反应反应生成另外生成另外一个固相。一个固相。(4)(4)具有脱溶沉淀过程的相图具有脱溶沉淀过程的相图 随随着着温温度度降降低低固固溶溶体体中中溶溶解解度度下下降降，析析出出第二相的过程，称为脱溶过程。第二相的过程，称为脱溶过程。end