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状态点温度轴成分轴一、二元系相图的建立实验方法热分析法金相组织法X射线分析法硬度法电阻法热膨胀法磁性法计算法相图热力学计算热分析法(ThermalAnalysis):Cu-Ni合金相图无限缓冷下测各合金的冷却曲线标注在温度—成分坐标中连接各相变点选组元,配合金系,熔化确定各合金的相变温度确定相区用热分析法建立Cu-Ni相图二、杠杆定律(LeverRule)杠杆定律的证明随结晶过程的进行,合金中各相的成分及其相对量都将发生变化。杠杆定律可解决相的成分和相对量的变化问题。11LLL证明合金C在t1温度时处于液、固两相平衡状态设合金C的总质量为1,液相的成分为CL,重量为wL,固相成份为Cα,重量为wα,那么由以上两式可以得出LLCCCCaoobww杠杆定律杠杆定律解决某一成分的合金在某一温度下的相组成。一垂线:成分线。一水平线:温度线。三点:原始成分点:垂线与成分线的交点。两个组成相成分点:水平线与相界线的交点。注意:只能计算双相区的相组成。LLCCCCaoobww1.匀晶相图(Isomorphoussystem)由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。当两个组元化学性质相近,晶体结构相同,晶格常数相差不大时,它们不仅可以在液态或熔融态完全互溶,而且在固态也完全互溶,形成成分连续可变的固溶体,称为无限固溶体或连续固溶体,它们形成的相图即为匀晶相图。三、二元系相图的类型具有这类相图的合金系主要有Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。(1)相图分析2条线:液相线固相线2个单相区:固相区α液相区L1个两相区:L+αABWB%T液相线固相线αα+LL(2)平衡凝固1点以上液相1点开始凝固,固体成分在对应固相线处1-2之间,温度下降,液体数量减少,固体数量增加,成分沿液相线和固相线变化,到2点,液体数量为0,固体成分回到合金原始成分,凝固完成2点以下固相冷却,无组织变化合金C冷却曲线及结晶过程示意图Lt1t2L+ααABCLL→ααt时间B%(3)有极值的匀晶相图a)具有极大点b)具有极小点Fe-Co、Co-Pb、Fe-Ni、Fe-V、Fe-W、Mn-Co、Mn-Ni、Pb-Ti、V-W、Ti-Zr等。TABLγL+γβγ+β(4)有晶型转变的匀晶相图如:Nd-Pr、Sc-ZrSc-Y、Hf-Ti、Ca-Sr一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变。两组元在液态下无限互溶,而在固态下互不相互溶或有限互溶,并发生共晶转变,形成共晶组织的相图,称为二元共晶相图。2.共晶相图(EutecticPhaseDiagram)LA+BABL+AL+BwB%两组元完全不溶(1)相图分析Lαβα+βL+αL+βα:B原子溶入A基体中形成的固溶体β:A原子溶入B基体中形成的固溶体固溶线(固溶度曲线):反映不同温度时的溶解度变化。相区:3个单相区L,α,β3个两相区L+α,L+β,α+β1个三相区L+α+β(水平线CED)根据相律,三相平衡时:F=C-P+1=2-3+1=0此时三个平衡相的成分及反应温度都是确定的,在冷却曲线中出现一个平台。共晶线eutecticline——水平线CED共晶点eutecticpoint——E共晶温度eutectictemperature——TE共晶反应DCETLE在一定温度下,由一固定成分的液相同时结晶出两个固定成分的固相的反应,称为共晶反应。(2)平衡凝固及其组织Pb-Sn相图①w(Sn)≤19%的合金Ⅰ室温下相组成物组织组成物,相对量%1004fgfw%1004fgfw②共晶合金合金Ⅱw(Sn)=61.9%室温下相组成物:组织组成物:,)(][ⅡⅡ)(dcetLeⅡⅡgdfcdceL%100cdedwc%100maxfgfhw%100fgfhcdedhIj%100cdcewd%100maxfgjgw%100fgjgcdce③亚共晶合金合金Ⅲw(Sn)=50%从一个固溶体中析出另一个固相——脱溶。次生的固溶体以表示()。2室温下相组成物组织组成物,)(组织组成物相对量%)(1002cecwwL%max100fgfcw%1002ceewo%1002fgfccee%1002fgfccee④过共晶合金合金Ⅳw(Sn)=85%⑤合金成分w(Sn)97.5%结晶过程与亚共晶合金类似。室温平衡组织)(结晶过程与合金类Ⅰ类似。室温平衡组织合金Ⅰ、合金Ⅱ(共晶合金)、合金Ⅲ(亚共晶合金)室温平衡组织合金Ⅰ合金Ⅱ合金Ⅲ3.包晶相图(PeritecticPhaseDiagram)包晶反应PDCTLP在一定温度下,由一固定成分的液相与一个固定成分的固相作用,生成另一个成分固相的反应,称为包晶反应。根据相律包晶反应时F=0此时三个平衡相的成分及反应温度都是确定的。(1)相图分析液相线固相线固溶线(1)相图分析TACTB-液相线TADPTB-固相线DF-α固溶体溶解度曲线PG-β固溶体溶解度曲线DPC(水平线)-包晶线P-包晶点相区:3个单相区L,α,β3个两相区L+α,L+β,α+β1个三相区L+α+β(水平线DPC)(2)平衡凝固及其组织①合金Ⅰ(包晶点成分合金)时间室温平衡组织LL→αPDCTLPβ→αⅡ一般β相是在α相上生核,形成一层β相的外壳,把α相包起来与L相隔绝,然后通过原子相两边扩散,消耗α相和L相而长大。%100CDPDwL%100CDCPw当温度降到包晶点温度TP时,计算包晶反应前α相和液相L的相对含量,用杠杆定律可得,室温平衡组织相对量%1003GFGw%1003GFFw理论上讲液相L和α相同时消耗完毕,得到单一的β相晶体。PDCPwwL发生包晶反应时,β相的成分在P点,液相L和α相的成分分别在C、D,它们消耗的比例为对于包晶点成分合金,即将发生包晶反应时,PDCPwwL%100CDCPw②合金Ⅱ(D~P间成分合金)合金Ⅱ的平衡结晶过程示意图室温平衡组织α相的量比包晶反应时所需的量多,即CDCPCDCw2(包晶转变后α相有剩余)室温平衡组织③合金Ⅲ(P~C间成分合金)合金Ⅲ的平衡结晶过程示意图L相的量比包晶反应时所需的量多,即CDPDCDDwL2(包晶转变后L相有剩余)4.形成化合物的相图相图中间存在化合物,又称中间相。根据化合物的稳定性可以分为两类:稳定化合物指具有一定的熔点,在熔点以下,保持自己固有的结构而不发生分解,当温度达到熔点时,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。不稳定化合物加热至一定温度时,不是发生本身的熔化,而是分解为两个相,所生成的液相与原化合物显然不同。(1)形成稳定化合物的相图Mg-Si相图(1)形成稳定化合物的相图Cd-Sb相图(2)形成不稳定化合物的相图K-Na相图(1)具有共析转变的相图5.具有固态相变的相图Cu-Sn相图(2)具有固溶体多晶型转变的相图Fe-Ti相图1.两个单相区只能有一个点接触;2.两个单相区之间,必定是一个由这两个单相构成的两相区;3.三相共存,必定是一条水平线,它和三个两相区相邻;4.如果两个三相区中有两个共同的相,这两条水平线之间必定是这两个相组成的两相区;5.所有两相区边界线不应延伸到单相区,而应进入相邻的两相区。四、二元相图的几何规律恒温转变类型反应式相图特征分解型(共晶型)共晶转变Lα+β共析转变γα+β偏晶转变L1L2+α熔晶转变δγ+L合成型(包晶型)包晶转变L+βα包析转变γ+βα合晶转变L1+L2α二元相图各类恒温转变类型、反应式和相图特征五、二元相图的分析方法1.若有稳定的中间相,可依此把相图分为几个部分。2.根据相区接触法则填写各相区。相区接触法则:二元系相图中,相邻相区的相数之差均为一(点接触除外)。3.找出三相共存水平线,确定其转变性质和反应式4.分析典型成分合金的结晶过程及组织转变,并利用杠杆定律计算各相相对含量。注意事项:1.相图是在平衡条件下测定的,而实际中的很少能达到平衡状态。2.相图不能给出相的形状、大小和分布。3.相图可能存在误差和错误。Thanks
本文标题:二元系相图
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