共晶、包晶、共析

2、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图。以Pb-Sn相图为例进行分析。Pb-Sn合金相图成分（wt%Sn）PbSn⑴相图分析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。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。AB④固溶线:溶解度点的连线称固溶线。相图中的CF、DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶线。固溶体的溶解度随温度降低而下降。③液固相线：液相线AEB，固相线ACEDB。A、B分别为Pb、Sn的熔点。AB在一定温度下，由一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。⑤共晶线：水平线CED叫做共晶线。在共晶线对应的温度下（183℃），E点成分的合金同时结晶出C点成分的固溶体和D点成分的固溶体，形成这两个相的机械混合物：LE⇄(C+D)AB共晶反应的产物，即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。Pb-Sn共晶组织共晶体长大示意图Sn原子扩散Pb原子扩散具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称过共晶合金。凡具有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。L+CDAB⑵合金的结晶过程①共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程液态合金冷却到E点时，Pb和Sn同时达到饱和,发生共晶反应：LE⇄(C+D)。19.2wt%Sn1’析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球等形状。共晶组织形态针状共晶树枝状共晶放射状共晶螺旋状共晶在共晶转变过程中，L、、三相共存,三个相的量在不断变化，但它们各自成分是固定的。共晶组织中的相称共晶相.共晶转变结束时，和相的相对重量百分比为：%6.54%100%4.45%1002.195.979.615.97%100QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)共晶结束后，随温度下降，和的成分分别沿CF线和DG线变化，并从共晶中析出Ⅱ，从共晶中析出Ⅱ，由于共晶组织细，Ⅱ与共晶结合，Ⅱ与共晶结合，共晶合金的室温组织仍为(+)共晶体。室温下两相的相对重量百分比是多少？FG'FEQ,FGG'EQPb-Sn共晶合金组织②含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程在3点以前为匀晶转变，结晶出单相固溶体，这种直接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。.2温度降到3点以下，固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相—相。由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。形成二次相的过程称二次析出,是固态相变的一种。H由于二次相析出温度较低，一般十分细小。%1004FGFQⅡ室温下Ⅱ的相对重量百分比为：由析出的二次用Ⅱ表示。随温度下降，和相的成分分别沿CF线和DG线变化，Ⅱ的重量增加。ⅡQQⅠ合金室温组织为+Ⅱ。成分大于D点合金结晶过程与Ⅰ合金相似，室温组织为+Ⅱ。ABCDEFG③亚共晶合金(Ⅲ合金)的结晶过程合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成分变化到C点，液相成分变化到E点,此时两相的相对重量为：%1002%,1002)(CEEQCECQQEL在2点，具有E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重量相等,即QE=QL反应结束后，在共晶温度下、两相的相对重量百分比为：%1002%,1002CDCQCDDQ%CEEQ%,CEC10021002温度继续下降，将从一次和共晶中析出Ⅱ，从共晶中析出Ⅱ。其室温组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。亚共晶合金的结晶过程④过共晶合金结晶过程与亚共晶合金相似，不同的是一次相为,二次相为Ⅱ室温组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。⑶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。Ⅰ和Ⅰ,Ⅱ和Ⅱ,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态上。如Ⅰ、Ⅱ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观察到的组织一致。Pb-Sn亚共晶组织组织组成物在相图上的标注3、二元包晶相图当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。以Pt-Ag相图为例简要分析L+L+L+⑴相图分析单相区：L、、β二相区：L+、L+、+三相区：L++（水平线PDC）在一定温度下，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。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⇄βD。该反应是液相L包着固相,新相β在L与α的界面上形核，并向L和两个方向长大。⑵合金的结晶过程①包晶成分合金：匀晶包晶二次析出。室温组织为β+II②PD成分合金：匀晶包晶二次析出。室温组织为+βII+β+II时间③DC成分合金：匀晶包晶匀晶二次析出室温组织为β+II。时间共析转变也是固态相变。最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变:S⇄P+Fe3C。5、具有共析反应的二元相图共析反应(共析转变)是指在一定温度下，由一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。PS(—奥氏体，—铁素体，Fe3C—渗碳体)共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线(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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+渗碳体)。与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。另外，由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。珠光体6、二元相图的分析步骤实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。⒈分清相图中包括哪些基本类型相图⒉确定相区⑴相区接触法则相邻两个相区的相数差为1⑵单相区的确定①液相线以上为液相区；Fe-Fe3C相图②靠纯组元的封闭区是以该组元为单相固溶体区；③相图中每一条水平线必定与三个单相区点接触。Fe-Fe3C相图⑶两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相区，该两相区的相由两相邻单相区的相组成。⑷三相区的确定：二元相图中的水平线是三相区，其三个相由与该三相区点接触的三个单相区的相组成。Fe-Fe3C相图恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的新固相。⇄+共析反应恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。L+⇄包晶反应恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的新固相。L⇄+共晶反应说明反应式图形特征反应名称常见三相等温水平线上的反应⑴作出典型合金冷却曲线示意图二元合金冷却曲线的特征是:①在单相区和两相区冷却曲线为一斜线。⒊分析典型合金的结晶过程②由一个相区进入另一相区时,冷却曲线出现拐点:a.由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐;b.由相数多的相区进入相数少的相区曲线向左拐。③发生三等温转变时，冷却曲线呈一水平台阶。⑵分析合金结晶过程①画出组织转变示意图。②计算各相、各组织组成物相对重量百分比：a.在单相区，合金由单相组成，相的成分、重量即合金的成分、重量。b.在两相区，两相的成分随温度沿各自的相线变化，各相和各组织组成物的相对重量可由杠杆定律求出。合金成分为杠杆的支点，相或组织组成物的成分为杠杆的端点。c.在三相区，三个相成分固定，重量不断变化，杠杆定律不适用。合金成分相1成分相2成分相1重量相2重量合金成分组织1成分组织2成分组织1重量组织2重量••••••7、相图与合金性能之间的关系⑴相图与合金力学性能、物理性能的关系①两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值，如：混=∙Q+β∙QβHB混=HB∙Q+HBβ∙Qβ(Q、Qβ为两相相对重量)②单相固溶体的合金：性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，σ、HB、增加，塑性下降。⑵相图与铸造性能的关系①固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾向大,树枝晶发达,流动性降低,补缩能力下降,分散缩孔增加。②共晶合金结晶温度低，流动性好，缩孔集中，偏析小，铸造性能好。一个二元共晶反应如下：（1）WB=50%的合金完全凝固时初晶α与共晶（α+β）的重量百分数，以及共晶体中α相与β相的重量百分数；（2）若已知显微组织中β初晶与（α+β）共晶各占一半，求该合金的成分。根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图，组元A的熔点为1000℃，组元B的熔点为700℃，ωB=25%的合金在500℃结晶完毕，并由73.33%的先共晶α相与26.67%的（α+β）共晶体组成；ωB=50%的合金在500℃结晶完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的（α+β）共晶体组成，而此合金中的α相总量为50%。