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1、4 4 合金的合金的结构与构与结晶晶4.1 4.1 合金中的相合金中的相4.2 4.2 合金相合金相图的建立的建立4.3 4.3 匀晶相匀晶相图4.4 4.4 共晶相共晶相图4.5 4.5 包晶相包晶相图4.6 4.6 其他相其他相图4.7 4.7 合金的性能与相合金的性能与相图的关系的关系常用概念常用概念 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。合金。合金：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），通过合金：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），通过熔炼或其它方法结合在一起所形成
2、的具有金属特性的物质。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。实际应用中多运用合金，主要因为：实际应用中多运用合金，主要因为：组元是指组成合金的最简洁、最基本、能够独立存在的物质。组元是指组成合金的最简洁、最基本、能够独立存在的物质。二元合金：由两个组元（组成元素）组成的合金。二元合金：由两个组元（组成元素）组成的合金。多数状况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生多数状况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元任何反应的化合物也可看作组元,如如Fe-C合金中的合金中的Fe3C。纯金属机械性能差，种类有限。纯金属机械性能差，
3、种类有限。合金机械性能好（有固溶强化、弥散强化等），种类多，可满足各方面合金机械性能好（有固溶强化、弥散强化等），种类多，可满足各方面要求。要求。4.1 4.1 合金中的相合金中的相 相：在金属或合金中，凡化学成分相：在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体相同、晶体结结构及性能相同并有界面与构及性能相同并有界面与其它部分分开的匀整其它部分分开的匀整组组成部分。成部分。组织组织由相构成，有由相构成，有单单相相组织组织、两相、两相组组织织、多相、多相组织组织等。等。组织组织：用肉眼或用：用肉眼或用显显微微镜视镜视察到的材察到的材料微料微观观形貌形貌图图像的像的统统称。称。同同样样的几种相，当形的几种
4、相，当形态态、数量、大小、数量、大小和分布方式不同和分布方式不同时时，构成不同的，构成不同的组织组织。金属材料性能由金属材料性能由组织组织确定，而确定，而组织组织由化由化学成分和工学成分和工艺过艺过程确定。程确定。合金中有两合金中有两类类基本相基本相 固溶体和固溶体和金属化合物。金属化合物。亚共析钢亚共析钢 x400过共析钢过共析钢 x400固溶体的分固溶体的分类：a、置、置换固溶体：溶固溶体：溶质原子取代溶原子取代溶剂原子的位置，原子的位置，但整个但整个结构仍旧是溶构仍旧是溶剂的晶体的晶体结构。构。b、间隙固溶体：溶隙固溶体：溶质原子位于溶原子位于溶剂原子的原子的间隙隙 位置中。形成位置中。
5、形成间隙固溶体的溶隙固溶体的溶质元素是原子半径元素是原子半径较小的非金小的非金属元素，如属元素，如C、N、B等，而溶等，而溶剂元素一般是元素一般是过渡族元素。渡族元素。形成形成间隙固溶体的一般隙固溶体的一般规律律为r质/r剂0.59。a、有限固溶体：在确定的条件下，溶、有限固溶体：在确定的条件下，溶质在固溶体中存在一极在固溶体中存在一极限限浓度，如超度，如超过此此浓度度则有其它相形成。有其它相形成。b、无限固溶体：溶、无限固溶体：溶质可以随意比例溶入到溶可以随意比例溶入到溶剂中，最高可达中，最高可达100%。（只能是置。（只能是置换固溶体）固溶体）a、有序固溶体：溶、有序固溶体：溶质原子在固溶
6、体中有原子在固溶体中有规律的分布。律的分布。（只能（只能是置是置换固溶体）固溶体）b、无序固溶体：溶、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无原子在固溶体中无规律的分布。律的分布。固溶体固溶体合金组元通过溶解形成一种成分和性能匀整的，且结构与组元之合金组元通过溶解形成一种成分和性能匀整的，且结构与组元之一相同的固相。习惯以一相同的固相。习惯以、表示。表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。固溶体的性能：固溶体的性能：随溶质含量增加随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度增固溶体的强度、硬度增加加,塑性、韧性下降不多的现象塑性、韧性下降不多的现象固
7、溶强化固溶强化。故固溶体的综合力学性能较好，多为合金的故固溶体的综合力学性能较好，多为合金的基体相。基体相。金属化合物金属化合物化合物类型化合物类型 合金组元相互作用形成的晶格类型和性能与任一组元都不相合金组元相互作用形成的晶格类型和性能与任一组元都不相同的新相。同的新相。正常价化合物正常价化合物 按化合价规律形成，如，按化合价规律形成，如，MgMg2 2Si Si。间隙化合物间隙化合物 过渡族金属过渡族金属+小半径非金属元素小半径非金属元素电子化合物电子化合物 按电子浓度规律形成，如，按电子浓度规律形成，如，CuCu3 3Al Al。间隙相：间隙相：r r非非/r/r金金 0.590.59，
8、如，如，WCWC、TiCTiC、VCVC。间隙相具。间隙相具 有有金属特征和极高的硬度及熔点，特别稳定。部分碳化物和全金属特征和极高的硬度及熔点，特别稳定。部分碳化物和全部氮化物属于间隙相。部氮化物属于间隙相。困难结构的间隙化合物：困难结构的间隙化合物：r r非非/r/r金金 0.590.59如，如，Fe3CFe3C、Cr23C6Cr23C6。金属化合物的性能：金属化合物的性能：熔点高、硬度高，脆性大。熔点高、硬度高，脆性大。弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以微弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以微小的粒子匀整分布在固溶体基体上时，使合小的粒子匀整分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度增加，而
9、塑性、韧性降低不金的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低不多的现象。多的现象。故金属化合物多为合金的强化相（也称其故金属化合物多为合金的强化相（也称其次相）。次相）。4.2 4.2 合金相合金相图图的建立的建立 相相图图（/平衡平衡图图/状状态图态图）：平衡条件下，）：平衡条件下，合金的相状合金的相状态态与温度、成份与温度、成份间间关系的关系的图图形。是形。是制制订订熔熔炼炼、铸铸造、造、热热加工及加工及热处热处理工理工艺艺的重要的重要依据。依据。依据依据组组元（元（组组成元素）数成元素）数,分分为为二元相二元相图图、三元相三元相图图和多元相和多元相图图。（补充）相率（补充）相率恒压下：恒压下：f
10、=c-p+1f：自由度数，能变更系统状态的、独立可变的因素（包括温：自由度数，能变更系统状态的、独立可变的因素（包括温度、成分等）的数目。度、成分等）的数目。fmin=0。c：组元数。：组元数。p：相数。：相数。由公式可知：由公式可知：fmin=c-pmax+1故：故：pmax=c-fmin+1=c-0+1相图的表示相图的表示 单单元元系系：单单元元系系成成分分不不变变，恒恒压压下下只只有有温温度可变，故相图由一根温度纵坐标轴组成。度可变，故相图由一根温度纵坐标轴组成。二二元元系系：二二元元系系恒恒压压下下有有一一个个独独立立可可变变的的成成分分变变量量和和一一个个温温度度变变量量，故故相相图
11、图有有一一根根成成分横坐标轴和一根温度纵坐标轴组成平面图。分横坐标轴和一根温度纵坐标轴组成平面图。三三元元系系：三三元元系系恒恒压压下下有有两两个个独独立立可可变变的的成成分分变变量量和和一一个个温温度度变变量量，故故相相图图有有两两根根成成分横坐标轴和一根温度纵坐标轴组成立体图。分横坐标轴和一根温度纵坐标轴组成立体图。在在相相图图中中，随随意意一一点点都都叫叫“表表象象点点”。一一个个表表象象点点的的坐坐标标值值反反映映一一个个给给定定合合金金的的成成分分和和温温度度。在在相相图图中中，由由表表象象点点所所在在的的相相区区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。可以判定在该温度下合金由哪些相组成
12、。恒压下纯铁的相图恒压下纯铁的相图相图的建立方法相图的建立方法 方法：试验法和计算法。方法：试验法和计算法。试验法建立相图是依据各种成分材料的临界点绘制的，临界点试验法建立相图是依据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质变更的相变点。测定材料临界点有表示物质结构状态发生本质变更的相变点。测定材料临界点有动态法和静态法两种方法，如前者有热分析、膨胀法、电阻法动态法和静态法两种方法，如前者有热分析、膨胀法、电阻法等；后者有金相法、等；后者有金相法、X射线结构分析等。相图的精确测定必需射线结构分析等。相图的精确测定必需由多种方法协作运用。下面介绍用室温的冷却曲线，得到各临由多种方
13、法协作运用。下面介绍用室温的冷却曲线，得到各临界点。界点。用用热分析法建立分析法建立 Cu-Ni相相图4.3 4.3 二元匀晶相二元匀晶相图 两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀二元匀晶相图晶相图。以以Cu-Ni合金为例进行分析。合金为例进行分析。铜-镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+纯铜熔点熔点纯镍熔点熔点液相液相线固相固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区(1)(1)匀晶合金的平衡结晶过程匀晶合金的平衡结晶过程 除纯组元外，
14、其它成分合金结晶过程相像，以除纯组元外，其它成分合金结晶过程相像，以合合金为例说明。金为例说明。当液态金属自高温冷却到 t1温度时，起先结晶出成分为1的固溶体，其Ni含量高于合金平均成分。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，液相重量削减。同时，液相成分沿液相线变更，固相成分沿固相线变更。成分变更是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时，最终一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时固溶体的成分又变回到合金成分3上来。液固相线不仅是相区分界线,也是结晶时两相的成分变更线；匀晶转变是变温转变。(2)杠杆定律杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平
15、衡相的成分，还处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。现以现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：合金为例推导杠杆定律：确定两平衡相的成分：确定两平衡相的成分：设合金成分为设合金成分为x，过，过x做成做成分垂线。在分垂线。在成分垂线相当于温度成分垂线相当于温度t 的的o点作水平点作水平线，其与液固相线交点线，其与液固相线交点a、b所对应所对应的成分的成分x1、x2即分别为液相和固相的即分别为液相和固相的成分。成分。12 t则则 QL+Q =1 QL x1+Q x2=x 解方程组得解方程组得式中的式中的x2-x、x2
16、-x1、x-x1即为相图中线段即为相图中线段xx2(ob)、x1x2(ab)、x1x(ao)的长度。的长度。确定两平衡相的相对重量确定两平衡相的相对重量设合金的重量为设合金的重量为1，液相重量为，液相重量为QL，固相重量为，固相重量为Q。因此两相的相对重因此两相的相对重量百分比为：量百分比为：两相的重量比为：两相的重量比为：两相的重量比为：两相的重量比为：上式与力学中的杠杆定律完全相像，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自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
17、（或两种组织组成物）。例（如图）(3)固溶体的非平衡结晶与微观偏析固溶体的非平衡结晶与微观偏析 合合金金的的结结晶晶只只有有在在缓缓慢慢冷冷却却条条件件下下才才能能得得到到成成分分匀匀整整的的固固溶溶体体。但但实实际际冷冷速速较较快快，结结晶晶时时固固相相中中的的原原子子来来不不及及扩扩散散，使使先先结结晶晶出出的的枝枝晶晶轴轴含含有有较较多多的的高高熔熔点点元元素素（如如Cu-Ni合合金金中中的的Ni）,后后结结晶晶的的枝枝晶晶间间含含有有较较多多的的低低熔熔点点元元素素(如如Cu-Ni合合金金中中的的Cu)。假假如如将将各各温温度度下下固固溶溶体体和和液液相相的的平平均均成成分分点点分分别
18、别连连接接成成线线，则该线分别称为固相平均成分线和液相平均成分线。则该线分别称为固相平均成分线和液相平均成分线。固溶体在不平衡凝固固溶体在不平衡凝固时时液、固两相的成分液、固两相的成分变变更及更及组织变组织变更示意更示意图图结论：结论：固相平均成分线和液相平均成分线与固相线和液相线不同，固相平均成分线和液相平均成分线与固相线和液相线不同，冷却速度越快，它们偏离固、液相线越严峻；冷却速度越快，它们偏离固、液相线越严峻；非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。度。在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不匀整的现象称作在一个枝晶范围内
19、或一个晶粒范围内成分不匀整的现象称作枝晶偏析（枝晶偏析（/微观偏析）。微观偏析）。冷速越大、元素的扩散实力越弱、液固相线间距越大，枝晶冷速越大、元素的扩散实力越弱、液固相线间距越大，枝晶偏析越严峻。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。偏析越严峻。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。生产上常将铸件加热到固相线以下生产上常将铸件加热到固相线以下100-200长时间保温，长时间保温，以使原子充分扩散、成分匀整，消退枝晶偏析，这种热处理工艺以使原子充分扩散、成分匀整，消退枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火（不能消退宏观偏析）。称作扩散退火（不能消退宏观偏析）。Cu-Ni合金的平衡组织
20、与枝晶偏析组织合金的平衡组织与枝晶偏析组织4.4 4.4 二元共晶相二元共晶相图 当两组元在液态下完当两组元在液态下完全互溶，在固态下有全互溶，在固态下有限互溶限互溶,并发生共晶反并发生共晶反应时所构成的相图称应时所构成的相图称作作共晶相图共晶相图。以以 Pb-Sn 相图为例相图为例进行分析。进行分析。Pb-Sn合金相图合金相图成分（成分（wt%Sn）温度（温度（）PbSn 相图分析相图分析 相：相图中有相：相图中有L、三种相三种相,是是溶质溶质Sn在在 Pb中的有限固溶体，中的有限固溶体，是溶是溶质质Pb在在Sn中的有限固溶体。中的有限固溶体。相区：相图中有三个单相区：相区：相图中有三个单相
21、区：L、；三个两相区：；三个两相区：L+、L+、+；一个三相区：即水平线；一个三相区：即水平线CED。点：点：A、B分别为分别为Pb、Sn的熔点。的熔点。相线：相线：液相线液相线AEB，固相线，固相线ACEDB。固溶线固溶线:溶解度点的连线称固溶线。溶解度点的连线称固溶线。相图中的相图中的CF、DG线分别为线分别为 Sn在在 Pb中和中和 Pb在在 Sn中的固溶线。固溶体的中的固溶线。固溶体的溶解度随温度降低而下降。溶解度随温度降低而下降。AB 在确定温度下，由确定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应。共晶线：水平线共晶线：水平线CED叫做共晶线。叫做
22、共晶线。在共晶线对应的温度下（在共晶线对应的温度下（183），），E点成分的合金同时结晶点成分的合金同时结晶出出C点成分的点成分的 固溶体和固溶体和D点成分的点成分的 固溶体，形成这两个相的固溶体，形成这两个相的机械混合物：机械混合物：LE(C+D)AB 共晶反应的产物，即两相的共晶反应的产物，即两相的机械混合物称机械混合物称共晶体共晶体或或共晶组共晶组织织。发生共晶反应的温度称。发生共晶反应的温度称共共晶温度晶温度。代表共晶温度和共晶代表共晶温度和共晶成分的点称成分的点称共晶点共晶点。Pb-Sn共晶组织共晶组织共晶体长大示意图共晶体长大示意图 Sn原子原子扩散扩散Pb原子原子扩散扩散 析出过
23、程中两相相间形核、析出过程中两相相间形核、相互促进、共同长大，因而共相互促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球晶组织较细，呈片、棒、点球等形态。等形态。共晶组织共晶组织形态形态层片状层片状(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)条棒状条棒状(Sb-MnSb横截面横截面)螺旋状（螺旋状（Zn-Mg）Pb-Sn共晶组织共晶组织 合金的结晶过程合金的结晶过程成分坐标轴上合金的分类：成分坐标轴上合金的分类：具有共晶成分的合金称具有共晶成分的合金称共晶共晶合金合金。在共晶线上，凡成分位。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称于共晶点以左的合金称亚共晶亚共晶合金合金，位于共，位于共晶点以右的合金晶
24、点以右的合金称称过共晶合金过共晶合金。（凡具有共晶。（凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应，室温度时都将发生共晶反应，室问温组织中都有两相共晶组织。问温组织中都有两相共晶组织。）位于位于C点以左和点以左和D点以右的点以右的合金室温组织都是单相固溶体合金室温组织都是单相固溶体组成，故称组成，故称单相固溶体合金单相固溶体合金。L+CDABPb-Sn合金的结晶过程合金的结晶过程 含含SnSn量小于量小于C C点合金点合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 在在3 3点以前为匀晶转变，结晶出单相点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种干脆从液相中结晶出的
25、固相固溶体，这种干脆从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。称一次相或初生相。温度降到温度降到3 3点以下，点以下，固溶体被固溶体被SnSn过饱和，由于晶格不稳，起先析出（相变过程过饱和，由于晶格不稳，起先析出（相变过程也称析出）新相也称析出）新相 相。由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。由相。由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。由 析出的二析出的二次次 用用 表示。表示。形成二次相的过程称脱溶转变形成二次相的过程称脱溶转变,是固态相变的一种。是固态相变的一种。.2由于二次相析出温度较低，一般特别细小。由于二次相析出温度较低，一般特别细小。合金室温组织为合金室温组织为+。室温下室温下 的
26、相对重量百分比为：的相对重量百分比为：随温度下降，和 相的成分分别沿CF线和DG线变更，的重量增加。成分大于成分大于 D点合金点合金结晶过程与结晶过程与合金合金相像，室温组织为相像，室温组织为+。共晶合金共晶合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 液态合金冷却到液态合金冷却到E 点时同时被点时同时被Pb和和Sn饱和饱和,发生共晶反应：发生共晶反应：LE(C+D)。在共晶转变。在共晶转变过程中，过程中，L、三相共存三相共存,三个相的量在三个相的量在不断变更，但它们各自成分是固定的。不断变更，但它们各自成分是固定的。19.2wt%Sn温度,1 共晶结束后，随温度下降，和 的成分分别沿CF线和DG线变
27、更，并从共晶 中析出，从共晶 中析出，由于共晶组织细，与共晶结合，与共晶 结合，共晶合金的室温组织仍为(+)共晶体。19.2wt%Sn温度,1 亚共晶合金亚共晶合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 合金液体在合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成点，固相成分变更到分变更到C点，液相成分变更到点，液相成分变更到E点点,此时两相的相对重此时两相的相对重量为：量为：在在2点，具有点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应：点成分的剩余液体发生共晶反应：L(+)，转变为共晶组织，共晶体的重量与转变前的液相，转变为共晶组织，共晶体的重量与转变前的液相重量相等重量相等,即即Q
28、E=QL 温度接着下降，将从一次 和共晶 中析出，从共晶 中析出。其室温组织为+(+)+。如何求室温下三种如何求室温下三种组织组成物组织组成物的相对重量？的相对重量？亚共晶合金亚共晶合金的结晶过程的结晶过程 过共晶合金结晶过程过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相像，不同与亚共晶合金相像，不同的是一次相为的是一次相为 ,二次相为二次相为,室温组织为室温组织为+(+)+。组织组成物在相图上的标注组织组成物在相图上的标注组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。和,和,共晶体(+)都是组织组成物。相与相之间的差别主要在结构和成分上。组织组成物之间的差别主要在形
29、态上。如、和共晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态不同，分属不同的组织组成物。将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与显微镜下视察到的组织一样。组织组成组织组成物在相图物在相图上的标注上的标注二元相图的一些几何规律（补充）二元相图的一些几何规律（补充）1)相界线是相平衡的体现，平衡相成分必需沿着相界线随温度而变更。相界线是相平衡的体现，平衡相成分必需沿着相界线随温度而变更。2)相区接触法则：二元相图中（线）相邻相区的相数差为相区接触法则：二元相图中（线）相邻相区的相数差为1。两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区相隔，而不能以一条线接两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相
30、区相隔，而不能以一条线接界。界。两个两相区必需以单相区或三相水平线相隔。两个两相区必需以单相区或三相水平线相隔。3)3)二元相图中的三相平衡必为一条水平线（三相平衡恒温反应）。二元相图中的三相平衡必为一条水平线（三相平衡恒温反应）。在这条水平线上存在在这条水平线上存在3 3个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间。这三个点是单相区与水平线的接触点，也是发生三端，另一点在端点之间。这三个点是单相区与水平线的接触点，也是发生三相平衡恒温转变时三个平衡相的成分点。相平衡恒温转变时三个平衡相的成分点。水平线的上下方分别与水平线的上下方
31、分别与3 3个两相区相接。个两相区相接。4.5 4.5 二元包晶相二元包晶相图 两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图称作反应时所构成的相图称作包晶相图包晶相图。以以Pt-Ag相图为例简要分析相图为例简要分析L+L+L+相图分析相图分析 相：相图中有相：相图中有L、三种相三种相,是溶是溶质质Ag在在 Pt中的固溶体，中的固溶体，是溶质是溶质Pt在在Ag中的固溶体。中的固溶体。相区：相图中有三个单相区：相区：相图中有三个单相区：L、；三个两相区：；三个两相区：L+、L+、+；一个三相区：即水平线一个三相区：即水平
32、线PDC。点：点：A、B分别为分别为Pt、Ag的熔点。的熔点。相线：相线：液相线液相线ACB，固相线，固相线APDB。固溶线:相图中的PE、DF线分别为 Ag在 Pt中和 Pt在 Ag中的固溶线。固溶体的溶解度随温度降低而下降。水平线PDC称包晶线，与该线成分对应的合金在该温度下发生包晶反应：LC+P D。该反应是液相L包着固相,新相 在L与的界面上形核，并向L和两个方向长大。在确定温度下，由一个液相包着一个固相生成另一新固相的反应称包晶转变或包晶反应。合金的结晶过程合金的结晶过程 包晶成分合金：匀晶包晶成分合金：匀晶包晶包晶二次析出。二次析出。室温组织为室温组织为+II PD成分成分合金：匀
33、晶合金：匀晶包晶包晶二次析出。二次析出。室温组织为室温组织为 +II+II时间温度 DC成分成分合金：匀晶合金：匀晶包晶包晶匀晶匀晶二次析出二次析出室温组织为室温组织为+II时间温度4.6 4.6 其他相其他相图形成形成稳定化合物的二元相定化合物的二元相图 稳定化合物是指在熔化前不发稳定化合物是指在熔化前不发生分解的化合物生分解的化合物(如如Mg-Si系的系的Mg2Si和和Fe-C系的系的Fe3C)。其成分。其成分固定，在相图中是一条垂线固定，在相图中是一条垂线(代表代表一个单相区一个单相区)。垂足是其。垂足是其成分成分,顶点顶点是其熔点是其熔点,结晶过程同纯金属结晶过程同纯金属。分。分析这类
34、相图时，可把稳定化合物析这类相图时，可把稳定化合物当作纯组元看待，将相图分成几当作纯组元看待，将相图分成几个部分进行分析。个部分进行分析。Mg2SiMg2Si+SiMg+Mg2SiSiL+Mg2SiL+SiL+Mg2SiL+Mg具有共析反应的二元相图具有共析反应的二元相图 共析反应(共析转变)是指在确定温度下，由确定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。共析转变也是固态相变。PS(奥氏体，奥氏体，铁素体，铁素体，Fe3C渗碳体渗碳体)最常见的共析转变是最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转铁碳合金中的珠光体转变变:S P+Fe3C。共析相图与共晶相图相像，对 应 的 有 共
35、析 线(PSK线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合金(共析成分合金)、亚共析合金(共析线上共析点以左的合金)、过共析合金(共析线上共析点以右的合金)。铁碳合金相图铁碳合金相图 共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物（铁素体光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体渗碳体)。与共晶反应不同的与共晶反应不同的是，共析反应的母相是，共析反应的母相是固相，而不是液相。是固相，而不是液相。另外，由于固态转另外，由于固态转变过冷度大，因而共变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。析组织比共晶组织细。珠光体珠光体4
36、.7 合金性能与相合金性能与相图的关系的关系1.合金的运用性能与相图的关系合金的运用性能与相图的关系2.单相固溶体合金：性能随成分呈曲线变更，溶质浓度单相固溶体合金：性能随成分呈曲线变更，溶质浓度，、HB 、，塑性，塑性3.两相组织合金两相组织合金:性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值。均值。4.形成稳定化合物的合金：性能形成稳定化合物的合金：性能-成分曲线出现拐点。成分曲线出现拐点。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。2.合金的工艺性能与相图的关系合金的工艺性能与相
37、图的关系 铸造性能铸造性能液固相线距离（是指水平距离和垂直距液固相线距离（是指水平距离和垂直距离，即凝固时的成分间隔与温度间隔）愈离，即凝固时的成分间隔与温度间隔）愈小（如接近共晶成分的合金），则流淌性小（如接近共晶成分的合金），则流淌性好，不易形成分散缩孔，合金致密。好，不易形成分散缩孔，合金致密。锻造、轧制性能锻造、轧制性能单相固溶体合金，强度低，塑性好，变单相固溶体合金，强度低，塑性好，变形抗力小，变形匀整，不易开裂。形抗力小，变形匀整，不易开裂。两相混合物：强度不同，变形不匀整，两相混合物：强度不同，变形不匀整，变形大时，两相的界面也易开裂，尤其是变形大时，两相的界面也易开裂，尤其是脆
38、性中间相对压力加工更为不利。脆性中间相对压力加工更为不利。相图与合金铸造性能之间的关系相图与合金铸造性能之间的关系 合金热处理：相图中没有固态相变的合金：不能进行热处理，能进行扩散退火，去应力退火、再结晶退火；具有同素异构转变的合金：可以通过重结晶退火和正火热处理细化晶粒；具有溶解度变更的合金：可通过时效处理方法来强化合金；某些具有共析转变的合金：如FeC合金中的各种碳钢，先经加热形成固溶体相，然后快冷(淬火)，则共析转变将被抑制而发生性质不同的非平衡转变，由此获得性能不同的组织。碳对工艺性能的影响（补充）碳对工艺性能的影响（补充）（1）切削加工性）切削加工性（2）可锻性：）可锻性：C%2.11%，适合锻造，可得到单相组织。，适合锻造，可得到单相组织。C%0.25%，适合冷塑变，变形阻力小。，适合冷塑变，变形阻力小。（3）铸造性：）铸造性：C%4.3%，适合铸造，流淌性好。，适合铸造，流淌性好。（4）适合热处理：）适合热处理：0.0218%C%2.11%，有固态相变。，有固态相变。