24其他二元相图及合金结晶

中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]12.11包晶相图及其合金的凝固和组织•1相图分析•2包晶系合金的平衡凝固和组织•3包晶系合金的非平衡凝固和组织•4包晶转变的实际应用PeritecticPhaseDiagram中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]21相图分析•两组元在液态能无限互溶，在固态只能部分互溶，形成有限固溶体，并具有三相平衡的包晶转变Pt-Ag相图及合金的凝固•Cu-Zn•Cu-Sn•Fe-C•Ag-Zn•Ag-Sn……中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]3包晶相图分析PtAgT/℃NABMDPQWAg/%αβLα的液相线β液相线ADMBβ固溶度线包晶转变线DMNα固溶度线NPMQα的固相线L+αα+βL+βANβ固相线DB中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]4Pt-Ag包晶相图三相反应•所有位于此线中间的合金冷却到包晶温度，在包晶点M发生二元包晶等温反应DMN包晶线LD＋αN→βMPtAgT/℃NABMDPQWAg/%αβLL+αα+βL+β判断三相反应的简单方法查看三相水平线上下的两相区组成变化情况L相经过水平线后消失，应为反应相Lβ相经过水平线后出现，应为生成相β同理α相经过水平线后消失，应为反应相＋αβ相经过水平线后出现，应为生成相故有DMN水平线三相反应为中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]5（1）共晶反应分解型L→α+β；包晶反应合成型L+α→β包晶线与共晶线比较（2）共晶线为固相线，线上合金在共晶温度全部凝固完；包晶线仅MN线段为固相线，MD线段非固相线，此线段上合金包晶转变后有过剩液体，继续冷却时凝固成β相（3）共晶转变后的组织为两相混合物，组织较细；包晶转变组织：MN线段的合金为α+β两相混合物，组织较粗，DM线段的合金，凝固完毕后为单相β（4）共晶反应中的液相（反应相）成分点位于共晶线的中间，两个固相（生成相）则位于共晶线的两端包晶反应中的两个反应相（L和α）的成分点位于包晶线的两端，一个生成相位于包晶线中间中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]6T1T22包晶系具有包晶转变的合金的平衡凝固和组织x析出α相液相和α相成分沿AD和AN线变化PtAgTNABMDPQWAg/%αβLL+αα+βL+βα1β在α上形核成长，把α相包围起来，将α相和液相分隔开，故名包晶反应包晶转变后过剩液体直接析出β相温度下降，析出的α相越来越多液相与初晶发生转变L＋α→βαβ从β相中析出次晶α降温，组织不变中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]72包晶系具有包晶转变的合金的平衡凝固和组织T3x合金•全部凝固完毕，室温组织β+αII•室温组织β+αII•也有第二相从液体中形核成长的，如Al-Mn的包晶反应L+α→β中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]8T1包晶系具有包晶转变的合金的平衡凝固和组织y合金析出α相中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]9T2包晶系具有包晶转变的合金的平衡凝固和组织y合金•包晶转变，液体完全消失•两相混合物（α+β）•组织为α+β+αII+βII中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]10包晶系的包晶点合金的平衡凝固和组织包晶点合金M的转变M开始M终了•包晶温度发生包晶反映L+α→β•全部变成β单相组织中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]113包晶系合金的非平衡凝固和组织•包晶转变，β相将α相包围，继续包晶转变，须通过β相层进行原子扩散，液体才能和α继续相互作用形成β相•包晶反应过程缓慢•冷却速度快，包晶转变被抑制不能继续进行，留下的液体在温度低于包晶温度后，直接析出β相，未转变的α相保留在β相中间•包晶转变产生的不平衡组织，可采用长时间的扩散退火来减少或消除–本应消失的相得以保留–出现某些在平衡状态下不应出现的相中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]12Cu-Sn合金的非平衡组织Cu-Sn合金部分相图平衡凝固•初晶ε相在415℃进行L+ε→η转变时全部消失•η初晶和(η+Sn)共晶组织中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]13Cu-Sn合金的非平衡组织Cu-Sn合金部分相图非平衡冷却Cu-65%Sn（原子）合金的非平衡组织η相ε相（η+Sn）共晶•剩余的液体不再和ε相作用发生包晶转变，而是析出η相，最后在227℃进行共晶反应完毕，形成白色η相，η相中间为高温保留的灰色ε相，白色外面的基体（η+Sn）共晶•包晶反应不完全中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]144包晶转变的实际应用某些变质剂细化晶粒是包晶转变的功劳Al-Ti相图的富Al部分Al及Al合金中添加少量Ti，获得显著细化晶粒效果•665℃包晶转变L+TiAl3→α中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]15包晶转变的实际应用包晶转变的晶核中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]16包晶转变的实际应用某些变质剂细化晶粒是包晶转变的功劳Cu及Cu合金中添加少量FeMg合金中添加少量Zr•包晶转变前形成大量细小化合物，起非均匀形核作用，获得良好细化晶粒效果中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]175偏晶相图及其合金的凝固和组织如Cu-Pb相图在一定成分和温度内，组元液态下有限溶解，存在两种浓度不同的液相L1+L2共存区域（MED）BMD水平线（偏晶线）上发生偏晶反应，M点为偏晶点•偏晶反应：LM→Cu＋LDMonotecticPhaseDiagram中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]18偏晶相图及其合金的凝固和组织Cu-Pb相图955℃偏晶转变：L1→L2+Cu，析出的Cu相界旁液体富集Pb，有利于形成L2L2中析出Cu中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]19偏晶相图及其合金的凝固和组织Cu-Pb相图326℃的水平线共晶反应:L→Cu＋Pb326℃纯Pb熔点327℃99.94%Pb中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]20偏晶相图及其合金的凝固和组织Cu-Pb相图•离异共晶组织•少量Cu相附着在初晶Cu上，看不出共晶组织特征955℃偏晶转变：L1→L2+Cu，326℃：共晶L→Cu＋Pb中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]21偏晶相图及其合金的凝固和组织Cu-Pb相图偏晶成分合金的铸态组织，白色为Cu枝晶，黑色基体为Pb×50CuPb中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]22•Cu和Pb的比重差别大，Cu比重小Cu-Pb偏晶合金的凝固过程在宏观区域的成分不均匀现象•偏析或区域偏析（宏观偏析）凝固后合金锭上部含Cu多，下部含Cu少•比重偏析结晶过程中，由于两相比重不同而造成铸锭（或铸件）上下部分的化学成分不均匀现象中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]23•Cu和Pb的比重差别大，Cu比重小比重偏析•固、液相的比重差别愈大，凝固温度间隔俞大，冷速愈慢时，比重偏析愈严重•防止方法•充分搅拌和尽快地冷却中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]24Cu-Pb偏晶合金定向凝固的纤维状组织(a)纵截面；(b)横截面，×375Cu-Pb偏晶合金的组织•一般铸造条件下，偏晶合金两相组织呈混乱排列•定向凝固且控制适当，可获得规则排列两相纤维状组织中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]256形成化合物的二元相图•形成稳定化合物的二元相图•形成不稳定化合物的二元相图BinaryPhaseDiagraminwhichcompoundisformed中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]26形成稳定化合物的二元相图稳定化合物Mg-Si相图形成稳定化合物Mg2Si，在相图中为一条垂直线•具有一定的熔点，熔点以下，保持固有结构不发生分解，温度达到熔点化合物发生熔解，熔解时所生成的熔体与化合物成分完全一致把稳定化合物看作独立组元，可将相图分成两个独立相图分析中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]27形成稳定化合物的二元相图稳定化合物化合物对组元有一的溶解度，形成以化合物为基的固溶体，在相图中有一定成分范围•具有一定的熔点，熔点以下，保持固有结构不发生分解，温度达到熔点化合物发生熔解，熔解时所生成的熔体与化合物成分完全一致把稳定化合物看作独立组元，可将相图分成两个独立相图分析中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]28形成不稳定化合物的二元相图•不稳定化合物加热至一定温度时，本身不熔化，而是分解为两个相，生成的液相与原化合物不同中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]29形成不稳定化合物的二元相图•由包晶转变形成的中间相均属不稳定化合物•不稳定化合物不能视为独立组元把相图划分为几个独立相图•许多不稳定化合物对组元有一定溶解度，表现为一定的成分区间•也有对其组元不发生溶解，在相图上为一条垂直线中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]30形成不稳定化合物的二元相图•Cu和Zn形成一系列不稳定化合物β、γ、δ和ε等Cu-Zn相图中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础其他二元相图及合金结晶2020/1/12柏振海[e-mail]317具有固态