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1、工程材料及应用工程材料及应用Engineering Materials&Application（4）School 0f Material Science&Engineering 0f Sichuan University曾光廷曾光廷 教授教授Professor Guang Ting Zeng第四章、二元合金第四章、二元合金 The Binary AlloyThe Binary Alloy合金合金 alloy-alloy-由两种或两种以上的金属元素由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属性或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质质的物质.二元合金二元合金-由两种组元组
2、成的合金由两种组元组成的合金.金属性质：金属性质：热胀冷缩，金属光泽，正的电阻温度系数等热胀冷缩，金属光泽，正的电阻温度系数等组元组元 component-component-组成合金的最根本的、独组成合金的最根本的、独立的物质立的物质.如如Fe-CFe-C合金的合金的FeFe和和C C是组元是组元相相 phase-phase-在金属或合金中，凡化学成分、在金属或合金中，凡化学成分、晶体结构相同并与其它局部有界面分开的均晶体结构相同并与其它局部有界面分开的均匀组成局部匀组成局部合金系合金系 alloy system-alloy system-由两个或两个以上由两个或两个以上组元按不同比例配制成
3、的一系列不同成分的组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，这一系列合金就构成一个合金系合金，这一系列合金就构成一个合金系统统 第一节、合金的相结构第一节、合金的相结构The Phase Structure of AlloyThe Phase Structure of Alloy一、固溶体一、固溶体 Solid SolutionSolid Solution固溶体固溶体-合金在固态时，组元间会互相溶解，合金在固态时，组元间会互相溶解，形成一种组元在某一组元晶格中包含有其它形成一种组元在某一组元晶格中包含有其它组元的新相，这种新相称为固溶体组元的新相，这种新相称为固溶体溶剂溶剂 solvent
4、solvent -能保持晶格组元（一般把能保持晶格组元（一般把含量较高的组元称为溶剂）含量较高的组元称为溶剂）溶质溶质 solutesolute-失掉晶格的组元失掉晶格的组元固溶体的分类：置换固溶体固溶体的分类：置换固溶体;间隙固溶体间隙固溶体固溶体中的晶格畸变固溶体中的晶格畸变固溶体的示意图固溶体的示意图（一）、置换固溶体（一）、置换固溶体 S Substitutional Solid Solutionubstitutional Solid Solution置换固溶体置换固溶体-指溶质原子位于溶剂晶格的某些指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体结点位置而形成的固溶体.、溶质原子在
5、置换固溶体中的作用：、溶质原子在置换固溶体中的作用：1)1)、晶格畸变、晶格畸变2 2、随溶质原子浓度增加，晶格畸变增大，强度、随溶质原子浓度增加，晶格畸变增大，强度和硬度升高和硬度升高.图图4-1 4-1 置換固溶体的晶格结构示意圖置換固溶体的晶格结构示意圖固溶强化固溶强化-溶质原子使固溶体的强度和硬度溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象升高的现象.固溶体的浓度固溶体的浓度-溶质原子溶入固溶体中的量溶质原子溶入固溶体中的量浓度用重量百分比或原子百分比表示浓度用重量百分比或原子百分比表示.溶解度溶解度 solubility-solubility-在一定的条件下，溶在一定的条件下，溶质元素在固
6、溶体中的极限浓度质元素在固溶体中的极限浓度.有限置换固溶体有限置换固溶体-溶质原子在固溶体中的浓溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度，超过这个限度，就会生成化度有一定限度，超过这个限度，就会生成化合物或另一种固溶体合物或另一种固溶体.无限置换固溶体无限置换固溶体-在任何温度下，组元之间在任何温度下，组元之间可以任意比例，互相溶解的固溶体可以任意比例，互相溶解的固溶体.如如Cu-Ni.Fe-CrCu-Ni.Fe-Cr等合金等合金、决定固溶体溶解度的因素：、决定固溶体溶解度的因素：1 1、晶格类型、晶格类型晶格类型相同晶格类型相同溶质原子可能连续不断地置换溶剂原子溶质原子可能连续不断地置换溶剂原子一
7、直到溶剂原子完全被溶质原子所置换一直到溶剂原子完全被溶质原子所置换.晶格类型不同：只能形成有限固溶体晶格类型不同：只能形成有限固溶体.2 2、组元原子直径的相对大小、组元原子直径的相对大小组元间原子直径差异愈大组元间原子直径差异愈大,则晶格的畸变愈大则晶格的畸变愈大,晶格的畸变能愈高晶格的畸变能愈高;畸变能到达一定程度后畸变能到达一定程度后,固溶体结构是稳定的固溶体结构是稳定的,再增加溶质原子再增加溶质原子,固溶体中将析出新相固溶体中将析出新相;只有组元的原子直径差异不大时只有组元的原子直径差异不大时,才有可能形才有可能形成无限固溶体成无限固溶体;如果直径差异较大如果直径差异较大,则只能形成有
8、限固溶体则只能形成有限固溶体,直直径差异愈大径差异愈大,其溶解度也愈小其溶解度也愈小.3 3、电负性、电负性(化学亲和力化学亲和力)的差异的差异元素间电负性相近，有利于形成无限固溶体，元素间电负性相近，有利于形成无限固溶体，受其它因素影响，只能形成有限固溶体受其它因素影响，只能形成有限固溶体.电负性相近电负性相近,其溶解度也愈大其溶解度也愈大.4 4、电子浓度的影响、电子浓度的影响 Influence of Electronic ConcentrationInfluence of Electronic Concentration电子浓度电子浓度-价电子数目与原子数目之比价电子数目与原子数目之比
9、.溶质原子溶入溶质原子溶入,改变固溶体的电子浓度和电子改变固溶体的电子浓度和电子云的结构云的结构固溶体浓度增加固溶体浓度增加,电子浓度改变愈大电子浓度改变愈大,当到达当到达极限电子浓度时极限电子浓度时,固溶体不稳定固溶体不稳定,会析出新相会析出新相（二）、间隙固溶体（二）、间隙固溶体 Interstitial Solid SolutionInterstitial Solid Solution间隙固溶体间隙固溶体-溶质原子分布于溶剂晶格间隙形成的固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙形成的固溶体形成间隙固溶体的条件：形成间隙固溶体的条件：0.590.59形成置换固溶体的条件：形成置换固溶体的条件：0.
10、850.851 1 间隙固溶体在间隙固溶体在Fe-CFe-C合金中合金中:有有FeFe和和Fe Fe 二、化合物二、化合物 CompoundCompound化化合合物物-合合金金结结晶晶时时，各各组组元元相相互互作作用用生生成成一一种种晶晶体体结结构构不不同同于于任任一一组组元元晶晶格格形形式式的的合合金相金相.正常价化合物正常价化合物-指符合一般化合物的原子价指符合一般化合物的原子价规律的化合物规律的化合物,正常价化合物是由在周期表上正常价化合物是由在周期表上相距较远相距较远.电化学性相差较大的元素组成电化学性相差较大的元素组成.（一）、正常价化合物（一）、正常价化合物Normal Vale
11、nce CompoundNormal Valence Compound这类化合物符合化合物的原子价规律这类化合物符合化合物的原子价规律MgMg2 2Si Si-(-4Si Si-(-4价价)Mg-(2)Mg-(2价价)MgMg2 2Sn Si -(4Sn Si -(4价价)Mg-(2)Mg-(2价价)ZnS S -(2ZnS S -(2价价)Zn-(2)Zn-(2价价)NaCl Cl -(1NaCl Cl -(1价价)Na-(1)Na-(1价价)正常价化合物的特点：正常价化合物的特点：1 1、严格遵守化合价规律、严格遵守化合价规律2 2、化学成分固定，可用分子式表示、化学成分固定，可用分子式表
12、示3 3、组元的原子呈有序分布、组元的原子呈有序分布4 4、组元间电化学性能相差愈大，键结合力愈、组元间电化学性能相差愈大，键结合力愈强，形成的化合物愈稳定强，形成的化合物愈稳定5 5、硬度高，脆性大，一般应用在陶瓷中、硬度高，脆性大，一般应用在陶瓷中（二）、电子化合物（二）、电子化合物 Electron CompoundElectron Compound电子化合物电子化合物-是第一族或过渡族元素与第是第一族或过渡族元素与第至第至第族元素形成的化合物族元素形成的化合物,它们不遵循原子它们不遵循原子价规律价规律,但是有一定的电子浓度但是有一定的电子浓度.电子浓度电子浓度-化合物的价电子数与原子数
13、之比化合物的价电子数与原子数之比电子浓度电子浓度 电子化合物特点：电子化合物特点：1 1、不遵守化合价规律，而服从电子浓度规律、不遵守化合价规律，而服从电子浓度规律表表4-1 4-1 合金中常见的电子化合物及其结构类型合金中常见的电子化合物及其结构类型2 2、电子化合物可用化学式表示、电子化合物可用化学式表示但其成分通常不是一个固定值，但其成分通常不是一个固定值，而是在一个范围内变化而是在一个范围内变化.3 3、电子化合物主要以金属键结合、电子化合物主要以金属键结合具有明显的金属特性，不适宜做基体相具有明显的金属特性，不适宜做基体相电子化合物性能：电子化合物性能：熔点和硬度很高，塑性差熔点和硬
14、度很高，塑性差 （三）、间隙化合物（三）、间隙化合物 Interstitial CompoundInterstitial Compound 间隙化合物间隙化合物-由过渡族金属元素与原子半径由过渡族金属元素与原子半径较小的较小的C.N.H.BC.N.H.B等非金属元素形成的化合物等非金属元素形成的化合物.1 1、间隙相、间隙相 Interstitial PhaseInterstitial Phase间隙相间隙相-当非金属原子半径与金属原子半径当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于的比值小于0.590.59时，将形成具有简单晶格的时，将形成具有简单晶格的间隙化合物间隙化合物间隙相形成条件：间隙相
15、形成条件：0.590.59间隙相结构特点：间隙相结构特点：金属原子位于晶体点阵正常位置金属原子位于晶体点阵正常位置非金属原子位于晶体点阵的间隙位置非金属原子位于晶体点阵的间隙位置.间隙相性能特点：间隙相性能特点：具有极高的硬度，熔点高（具有极高的硬度，熔点高（30003000左右）很左右）很脆脆,常用于高合金工具钢及硬质合金中常用于高合金工具钢及硬质合金中.图图4-5 4-5 间隙相间隙相VCVC的结构的结构图图4-64-6的的Fe3CFe3C晶体结构晶体结构2.2.具有复杂结构的间隙化合物具有复杂结构的间隙化合物 当当 0.590.59时时,则形成具有简单晶格的间隙化合物则形成具有简单晶格的
16、间隙化合物.FeFe3 3C(C(渗碳体渗碳体):是钢铁中一种最重要的具有复杂结构的间隙化是钢铁中一种最重要的具有复杂结构的间隙化合物合物,碳原子直径与铁原子直径之比为碳原子直径与铁原子直径之比为0.61.0.61.结构特点结构特点:复杂斜方晶格复杂斜方晶格,铁原子可以局部地被其他金属铁原子可以局部地被其他金属原子所置换原子所置换,形成以渗碳体为基的固溶体形成以渗碳体为基的固溶体.(Fe(Fe、Mn)Mn)3 3C;(FeC;(Fe、Cr)Cr)3 3C C 称为合金渗碳体称为合金渗碳体合金渗碳体合金渗碳体:是金属键结合是金属键结合,很高的熔点和硬度很高的熔点和硬度,是高合金工具钢的重要组成相
17、是高合金工具钢的重要组成相.第二节、二元合金相图第二节、二元合金相图 The Binary Alloy Phase DiagramThe Binary Alloy Phase Diagram相图相图 diagram-diagram-是一种简明的示意图，它是一种简明的示意图，它清楚地说明了合金系中各种相的平衡条件以清楚地说明了合金系中各种相的平衡条件以及相与相之间的关系及相与相之间的关系内部条件：内部条件：指合金的化学成分指合金的化学成分化学成分：化学成分：决定合金组元原子或分子之间的决定合金组元原子或分子之间的结合形式、性质和大小结合形式、性质和大小外部条件：外部条件：指温度和压力指温度和压力
18、温度和压力：温度和压力：决定原子或分子热运动的强弱程度和相稳定程度决定原子或分子热运动的强弱程度和相稳定程度.小结：操作合金的成分、温度和压力小结：操作合金的成分、温度和压力,可以操作可以操作不同合金中的相或组织不同合金中的相或组织.相图中相是平衡相相图中相是平衡相,它不反映时间因素的影响它不反映时间因素的影响.通常的相图：通常的相图：是在常压下测定的是在常压下测定的,不存在压力的作用不存在压力的作用.1 1、组元、组元 ComponentComponent组元组元-组成合金的最简单、最根本、能够独组成合金的最简单、最根本、能够独立存在的物质立存在的物质.在大多数情况下：在大多数情况下：组元就
19、是元素组元就是元素,不分解的稳定化合物也可以作不分解的稳定化合物也可以作为组元为组元.Fe.Fe3 3C C 就是组元就是组元.2 2、合金系、合金系 Alloy SystemAlloy System合金系合金系-由给定组元配制成一系列成分不同由给定组元配制成一系列成分不同的合金，这些合金组成一个合金系统的合金，这些合金组成一个合金系统 如：二元系、三元系、多元系如：二元系、三元系、多元系3 3、平衡（相平衡）、平衡（相平衡）Phase Equilibrium Phase Equilibrium 平衡（相平衡）平衡（相平衡）-在合金系中参与结晶或相在合金系中参与结晶或相变过程的各相之间的相对重
20、量和相的浓度不变过程的各相之间的相对重量和相的浓度不再改变的状态再改变的状态 一、二元相图的建立一、二元相图的建立现在使用的合金相图都是用实验方法测定的现在使用的合金相图都是用实验方法测定的测定相图的方法有：测定相图的方法有：热分析法热分析法 thermal analysisthermal analysis膨胀法膨胀法 dilatometry methoddilatometry method电阻法电阻法 electrical resistivity methodelectrical resistivity method磁性测定法磁性测定法 magnaflux method magnaflux
21、method X X射线结构分析法射线结构分析法 X-ray diffraction X-ray diffraction methodmethod金相分析法金相分析法 metallographic methodmetallographic method硬度测定法硬度测定法 hardness methodhardness method 热分析法热分析法绘制相图方法绘制相图方法:实验测定一系列合金状态变化的临界点实验测定一系列合金状态变化的临界点,根据这些数据根据这些数据,绘制出状态图中所有的线条绘制出状态图中所有的线条.1 1、配制五组成分不同的、配制五组成分不同的Cu-NiCu-Ni合金合金2
22、 2、测出五组成分的冷却曲线、测出五组成分的冷却曲线3 3、找出五组成分的临界点、找出五组成分的临界点4 4、将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分、将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分为横坐标的图，将同类临界点连接起来，就为横坐标的图，将同类临界点连接起来，就获得获得Cu-NiCu-Ni合金相图合金相图Cu-NiCu-Ni合金的成分和临界点合金的成分和临界点溫溫度度時間時間時間時間Cu255075NiNi，%10831455LL+图图4-7Cu-Ni4-7Cu-Ni的冷却曲线及相图的冷却曲线及相图117512601340113011951270相图建立示意图相图建立示意图用热分析法建立用热分析
23、法建立Cu-Ni相图相图a）冷却曲线）冷却曲线 b）相图）相图 Cu-Ni相图相图 Pb-SnPb-Sn合金相图合金相图二、匀晶相图二、匀晶相图 Solid Solution Type of Equilibrium DiagramSolid Solution Type of Equilibrium Diagram二元匀晶相图二元匀晶相图-两组元在液态和固态均能无限两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图互溶所构成的相图 （一）、结晶过程（一）、结晶过程KK-KK-设合金成分为设合金成分为K,K,A1BA1B线线-液相线液相线,表示各种成分合金开始结晶转表示各种成分合金开始结晶转变温度或熔化终
24、了温度变温度或熔化终了温度.图图4-8 Cu-Ni4-8 Cu-Ni合金相图及结晶过程合金相图及结晶过程（二）、杠杆定理（二）、杠杆定理 Lever RuleLever Rule在在L L两相区两相区,L,L相沿液相线变化相沿液相线变化,固相沿固相线变化固相沿固相线变化,在在t tx x（T T1 1）温度时）温度时,液相成分为液相成分为X(aX(a点点)、固相成分为固相成分为X X (c(c点点)图图4-9 4-9 杠杆定理的力学比喻杠杆定理的力学比喻设：设：合金合金K K的总重量为的总重量为1 1合金含合金含NiNi量为量为K KL L液相的重量为液相的重量为Q QL L S S固相的重量
25、为固相的重量为Q Q 已知：已知：合金中含合金中含NiNi量为量为K K液相中含液相中含NiNi量为量为X X 固相中含固相中含NiNi量为量为X XQL QX K X例方程：例方程：Q QL L Q Q 1 1 （重量方程式）（重量方程式）Q QL LQ QX X K (K (成分方程式）成分方程式）解之得：解之得：Q QL L Q Q Q QL L Q Q （三）、晶内偏析（三）、晶内偏析 Segration in CrystalSegration in Crystal在平衡冷却条件下：在平衡冷却条件下：L L相沿液相线由相沿液相线由1 1向向4 4变化变化S S相沿固相线由相沿固相线由1
26、 1向向4 4变化变化 结晶完了的结晶完了的相，都具有原合金相，都具有原合金K K的成分的成分而而L L、S S两相之间的原子进行了充分扩散两相之间的原子进行了充分扩散 图图4-10 Cu-Ni4-10 Cu-Ni合金铸态组织示意图合金铸态组织示意图对于某一个晶粒而言：对于某一个晶粒而言：先形成的固相心部含先形成的固相心部含NiNi高高,表层含表层含NiNi量低量低这就引起化学成分不均匀这就引起化学成分不均匀.晶内偏析晶内偏析-晶体内化学成分不均匀的现象晶体内化学成分不均匀的现象.枝晶偏析枝晶偏析-在一个晶粒内化学成分分布不均在一个晶粒内化学成分分布不均匀的现象匀的现象.Cu-NiCu-Ni合
27、金枝晶偏析示意图合金枝晶偏析示意图枝晶偏析产生的原因：枝晶偏析产生的原因：是偏离平衡条件结晶产生的结果是偏离平衡条件结晶产生的结果.枝晶偏析产生的危害：枝晶偏析产生的危害：严峻影响合金机械性能、抗腐蚀性、使塑性、严峻影响合金机械性能、抗腐蚀性、使塑性、韧性降低韧性降低,对加工工艺性带来不利的影响对加工工艺性带来不利的影响.消除的措施：消除的措施：通过扩散退火或均匀化退火来加以消除通过扩散退火或均匀化退火来加以消除,把铸件加热到低于固相线把铸件加热到低于固相线100100200200进行较长进行较长时间保温（时间保温（12h12h15h),15h),使偏析元素充分扩散使偏析元素充分扩散,到到达成
28、分均匀化的目的达成分均匀化的目的.三、共晶相图三、共晶相图 Diagram With EutecticDiagram With Eutectic共晶相图共晶相图-当两组元在液态时无限互溶，在当两组元在液态时无限互溶，在结晶时发生共晶转变，形成共晶组织的相图结晶时发生共晶转变，形成共晶组织的相图图图4-11 Pb-Sn4-11 Pb-Sn相图相图图图4-11 4-11 Pb-SnPb-Sn相图相图(一）、相图分析一）、相图分析AEB -AEB -为液相线为液相线AMENB-AMENB-为固相线为固相线A A点点 -为为PbPb的熔点的熔点B B点点 -为为SnSn的熔点的熔点MFMF线线 -Sn
29、-Sn溶于溶于pbpb的溶解度曲线的溶解度曲线NGNG线线 -Pb-Pb溶于溶于SnSn的溶解度曲线的溶解度曲线三个两相区：三个两相区：L L.L.L.MENMEN线线-三相共存线三相共存线.L.L.相图分为三个局部相图分为三个局部:AMFPbAMFPb局部局部;AEBNGFM;AEBNGFM局部局部 ;BGN;BGN局部局部匀晶相图匀晶相图-AMFPb-AMFPb局部，局部，BGNBGN局部局部简单共晶相图简单共晶相图-AEBGFM-AEBGFM局部局部MENMEN水平线，发生恒温转变，又称共晶转变水平线，发生恒温转变，又称共晶转变 Le Le M MN N 共晶转变共晶转变-成分为成分为E
30、 E点的液相点的液相LeLe同时结晶出同时结晶出两种成分和结构都不相同的固相两种成分和结构都不相同的固相M MN N 这种转变称为共晶转变这种转变称为共晶转变.E E点点-称为共晶点称为共晶点.E E点点-E-E点的合金为共晶合金点的合金为共晶合金MEME之间的合金之间的合金-亚共晶合金亚共晶合金ENEN之间的合金之间的合金-过共晶合金过共晶合金E E点对应的温度点对应的温度-称为共晶温度称为共晶温度MENMEN线线-称为共晶线称为共晶线1.1.典型合金的结晶过程典型合金的结晶过程图图4-114-11所示的合金所示的合金(共晶合金共晶合金)合金冷至合金冷至1 1点时点时,开始结晶开始结晶,至至
31、11时时,结晶完毕结晶完毕结晶在恒温下进行结晶在恒温下进行,在冷却曲线上出现一个水平台阶在冷却曲线上出现一个水平台阶 Le Le c d d 相从相从e e点温度冷到室温点温度冷到室温,相从相从e e点温度冷到室温点温度冷到室温,由于由于 和和 ,数量少数量少 ,与与和和没有什么区别没有什么区别所以所以,在共晶线以下的组织仍然为在共晶线以下的组织仍然为:图图4-11 Pb-Sn4-11 Pb-Sn相图相图共晶转变共晶转变图图4-13 Pb-Sn4-13 Pb-Sn共晶共晶合金显微组织示意图合金显微组织示意图图图4-124-12合金合金的冷却的冷却曲线及结晶过程曲线及结晶过程共晶体长大共晶体长大
32、示意图示意图 Sn原子原子 扩散扩散Pb原子原子 扩散扩散Pb-SnPb-Sn共晶组织共晶组织2.2.亚共晶和过该台晶的结晶过程亚共晶和过该台晶的结晶过程以图以图4-114-11合金合金为例为例(亚共晶合金亚共晶合金)当液相冷到当液相冷到1 1点时点时,开始结晶出开始结晶出相相温度降到温度降到2 2点时点时,剩余液相进行共晶转变剩余液相进行共晶转变1 12 2点点-为为L L2 2 22点点-为为L L22点点-温度结束时为温度结束时为()22点以下点以下-从从()中析出中析出 ()()图图4-15 Pb-Sn4-15 Pb-Sn亚共晶亚共晶合金的显微组织示意图合金的显微组织示意图图图4-14
33、 4-14 合金合金的的冷却曲线及结晶过程冷却曲线及结晶过程10%10%SnSn有限固溶体合金的组织有限固溶体合金的组织由于共晶体由于共晶体()中析出的中析出的 和和 在在显微镜下无法分辨显微镜下无法分辨只能观察到从先共晶只能观察到从先共晶固溶体中析出的固溶体中析出的 在室温时在室温时(亚共晶合金亚共晶合金)的组织为的组织为 ()次生次生 和初生和初生的区别的区别:成分和结构完全相同成分和结构完全相同,但形貌不同但形貌不同由由L L相结晶出的初生相结晶出的初生,晶粒粗大晶粒粗大,多为树枝状多为树枝状或等轴晶粒或等轴晶粒次生次生 :形成温度较低形成温度较低,原子扩散较困难原子扩散较困难,易于在晶
34、界易于在晶界上形核上形核次生次生 大多在大多在相界面上或以小颗粒弥撒相界面上或以小颗粒弥撒分布在分布在相中相中次生次生 以小颗粒弥撒分布在以小颗粒弥撒分布在相中相中,提高合提高合金的强度和硬度金的强度和硬度次生次生 为脆性相为脆性相,沿相界呈网状分布沿相界呈网状分布,使合使合金的塑性大大降低金的塑性大大降低合金最终组织合金最终组织:亚共晶合金的组织亚共晶合金的组织()其显微组织见图其显微组织见图4-154-15图中暗黑色树枝状为先共晶图中暗黑色树枝状为先共晶固溶体固溶体黑白相间分布的为黑白相间分布的为()共晶体共晶体枝晶内的白色颗粒为枝晶内的白色颗粒为 同样道理同样道理,过共晶过共晶的最终组织
35、为的最终组织为过共晶合金的组织过共晶合金的组织:()l由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。l随温度下降，随温度下降，和和 相的成分分别沿相的成分分别沿MFMF线和线和NGNG线变化，线变化，l 的重量增加。室温下的重量增加。室温下 的相对重量百分比为：的相对重量百分比为：图图4-144-14合金合金的冷却曲线及结晶过程的冷却曲线及结晶过程亚共晶合金的冷却曲线及组织亚共晶合金的冷却曲线及组织结论结论:亚共晶合金的组织亚共晶合金的组织:()共晶合金的组织共晶合金的组织:过共晶合金的组织过共晶合金的组织:()图图4-114-11合金合金为例为例1 1点以上为点以上为L L1 12 2点点-
36、为为L L2 23 3点为点为-3 3点以下点以下,从从中析中析出次生相出次生相 3 34 4点点:合金与溶解合金与溶解度曲线相交度曲线相交,从从析出析出 最终组织为最终组织为 图图4-164-16合金合金的冷却曲线及其结晶过程的冷却曲线及其结晶过程和和 用杠杆定用杠杆定理计算相对量理计算相对量 100%100%100%100%/含锡量大于的含锡量大于的d d点合点合金的结晶过程金的结晶过程其分析方法与其分析方法与SnSn含含锡量小于锡量小于C C点的合金点的合金结晶过程相同结晶过程相同fg4含锡量大于的含锡量大于的d d点合金的结晶过程点合金的结晶过程:先结晶出初晶先结晶出初晶,随温度降低随
37、温度降低,最后从最后从中析出中析出 最终组织为最终组织为 杠杆定律算法相同杠杆定律算法相同组织组成物组织组成物-在显微镜下能清楚地区别一定在显微镜下能清楚地区别一定形态特征的组成局部形态特征的组成局部,该组成局部称为组织组该组成局部称为组织组成物成物如如.都是组织组成物都是组织组成物组织组成物在相图上的标注组织组成物在相图上的标注(三三).).比重偏析比重偏析 Gravity SegregationGravity Segregation比重偏析比重偏析-因比重不同而造成化学成分不均因比重不同而造成化学成分不均匀的现象匀的现象合金在结晶时合金在结晶时,结晶出来晶体的比重与剩余液结晶出来晶体的比重
38、与剩余液相的比重相差较大相的比重相差较大,使这些晶体便会上浮或下使这些晶体便会上浮或下沉沉,从而导致铸件上下局部的化学成分不一样从而导致铸件上下局部的化学成分不一样.亚共晶或过共晶体合金结晶时：亚共晶或过共晶体合金结晶时：初晶比重与液相比重差异较大，形成比重偏析初晶比重与液相比重差异较大，形成比重偏析比重偏析的危害：比重偏析的危害：使铸件各局部的成分、组织和性能不同使铸件各局部的成分、组织和性能不同消除比重偏析的方法：消除比重偏析的方法：1 1、加快冷却，使偏析相来不及上浮或下沉、加快冷却，使偏析相来不及上浮或下沉2 2、当比重差异不大时，浇注时加以搅拌、当比重差异不大时，浇注时加以搅拌3 3
39、、参加第三种元素，使其形成与液相比重相、参加第三种元素，使其形成与液相比重相近的化合物，先结晶成树枝状的骨架悬浮于近的化合物，先结晶成树枝状的骨架悬浮于液相中，阻止后结晶的偏析相上浮或下沉液相中，阻止后结晶的偏析相上浮或下沉四、包晶相图四、包晶相图 The Peritectic Diagram The Peritectic Diagram 包晶相图包晶相图-两组元在液态下相互无限溶解，两组元在液态下相互无限溶解，在固态下相互有限溶解，并发生包晶体转变在固态下相互有限溶解，并发生包晶体转变的相图的相图.Pt-AgPt-Ag包晶相图包晶相图（一）、相图分析（一）、相图分析aebaeb液相线液相线
40、acdbacdb固相线固相线 cfcf及及dgdg分别为分别为AgAg溶于和溶于和PtPt和溶于溶于和溶于溶于AgAg的溶解度曲线的溶解度曲线.1 1、相图中有三个相、相图中有三个相 L.L.-为为AgAg溶于溶于PtPt的固溶体的固溶体;-;-为为PtPt溶于溶于AgAg的固溶体的固溶体2 2、相图中有三个单相区：、相图中有三个单相区：L.L.3 3、相图中有三个两相区：、相图中有三个两相区：L L，L L，4 4、三相共存水平线：、三相共存水平线：-cde-cde在在cdecde水平线对应的温度下，发生包晶转变水平线对应的温度下，发生包晶转变 c c L LC C d d 包晶转变包晶转变
41、-在一定温度下，由一定成分的在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程定成分的固相的转变过程 d d点点 -称为包晶点称为包晶点 d d点对应的温度点对应的温度 -称为包晶温度称为包晶温度cdecde线线 -称为包晶线称为包晶线（二）、典型合金的结晶过程（二）、典型合金的结晶过程1 1、合金、合金（成分垂线通过（成分垂线通过D D的结晶过程）的结晶过程）1).1).合金冷却到合金冷却到1 1点点 从液相中结晶出从液相中结晶出,2).2).当到当到2 2点点 d d点包晶温度点包晶温度,c,c点点与与LeLe发生包
42、晶转变发生包晶转变,形成成分形成成分相当于相当于d d点点固溶体固溶体3).3).从从d d点到室温点到室温 不断从不断从中析出中析出 4).4).合金最终组织合金最终组织:2 2、合金、合金（成分在（成分在c c与与d d之间的结晶过程）之间的结晶过程）1).1).冷至冷至1 1点点,结晶出结晶出相相,为为L L2).2).冷到冷到2 222时发生包晶转变时发生包晶转变L L转变为转变为,此时有剩余此时有剩余相相(相当于初生的相当于初生的)在在2 222温度之间的组织为温度之间的组织为2 2 点冷到室温点冷到室温:从从和和相中析出相中析出 和和 合金最终组织合金最终组织:3 3、合金、合金（
43、成分在（成分在d d与与e e之间的结晶过程）之间的结晶过程）1).1).冷却到冷却到1 1点点:结晶出结晶出,1,12 2点点:为为L L.2).2).到到2 2点点:发生包晶转变发生包晶转变,2,222之间为之间为L L3).3).冷到冷到22点以下时点以下时:L:L转变为转变为,转变为转变为4).4).从从2 23 3点点:有剩余有剩余L L 5).3 5).34 4点点:为单相为单相6).6).从从4 4点点室温室温:不断从不断从中析出中析出 ,合金最终组织合金最终组织:v（三）包晶偏析（三）包晶偏析Peritectic Peritectic SegrationSegrationv1
44、1、发生包晶转变、发生包晶转变时，新形成的时，新形成的包包围着原有的围着原有的相，相，相同时消耗，相同时消耗，相和相和L L相长大相长大.图图4-19 4-19 包晶转变示意图包晶转变示意图 包晶反响时原子迁移示意图包晶反响时原子迁移示意图2 2、原子在固相中扩散速度比液相小得多，包、原子在固相中扩散速度比液相小得多，包晶转变速度非常缓慢晶转变速度非常缓慢3 3、实际生产中，冷却速度较快，扩散来不及、实际生产中，冷却速度较快，扩散来不及充分进行，在充分进行，在相中产生偏析相中产生偏析包晶偏析包晶偏析-由于包晶转变不能充分进行而产由于包晶转变不能充分进行而产生化学成分不均匀的现象生化学成分不均匀
45、的现象.v五、共析相图五、共析相图vThe Eutectoid The Eutectoid DiagramDiagramv1 1点以上为点以上为 L L 相相1 12 2点为点为L L2 2 3 3点为点为c v3 3 3 3 共析转变共析转变vc d d e e v33以下为以下为图图4-20 4-20 具有共析转变具有共析转变的二元合金相图的二元合金相图1 1、1 1点以上为点以上为 L L 相相2 2、1 12 2点为点为 L L3 3、2 23 3点为点为4 4、3 3 3 3 共析转变共析转变 c d e5.35.3点以下为点以下为共析转变共析转变-从一个固从一个固相中同时析出成分和
46、相中同时析出成分和晶体结构完全不同两晶体结构完全不同两种新固相的转变过程种新固相的转变过程123第三节、相图与性能的关系第三节、相图与性能的关系一、合金形成单相固溶体一、合金形成单相固溶体合金性能由组元性质和溶质元素溶入量决定，合金性能由组元性质和溶质元素溶入量决定，溶质溶入多，合金的溶质溶入多，合金的b b 、HBHB、增加。、增加。合金的使用性能与相图的关系示意图合金的使用性能与相图的关系示意图 图图4-21 4-21 固溶体合金的力学性能固溶体合金的力学性能,物理性质与合金成分的关系物理性质与合金成分的关系 合金的铸造性能与相图的关系示意图合金的铸造性能与相图的关系示意图 二、当合金形成
47、两相混合物二、当合金形成两相混合物合金性能介于两相之间合金性能介于两相之间,与成分呈直线关系与成分呈直线关系,性能大约是两相性能的平均值。性能大约是两相性能的平均值。图图4-22 4-22 当合金形成两相混合物时合金性能与成分的关系当合金形成两相混合物时合金性能与成分的关系4-14-1、名词解释、名词解释置换固溶体、间隙固溶体、正常价化合物、置换固溶体、间隙固溶体、正常价化合物、电子化合物、间隙化合物、渗碳体、合金渗电子化合物、间隙化合物、渗碳体、合金渗碳体、相图、共晶转变、共析转变、杠杆定碳体、相图、共晶转变、共析转变、杠杆定律、晶内偏析、比重偏析、包晶偏析、组织律、晶内偏析、比重偏析、包晶偏析、组织组成物组成物演讲完毕，谢谢观看！