《材料科学基础》之0502相图.pptx

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.2 二元相图及类型,相图：描写系统状态或相变与成份、温度、压力关系图解。,相律：系统组元数、相数和自由度之间关系规律,自由度：平衡相数目不变，给定系统中可独立改变、决定体系状态原因,（温度、压力、浓度等）,数目,吉布斯相律：,f=c-p+2,对于不含气相凝聚系统，可视为恒压条件：,f=CP+1,1,1/40,热力学平衡条件,只反应相数目，不能反应各平衡相结构、分布和详细形貌,不能预测动力学过程,自由度不能为负值,2,2/40,成份和固溶度、温度、相、相变,3,3/40,相图形式：相区、液相线、固相线,Ni,Cu,Ni%,L,L,+,L,3,L,2,L,1,C,3,2,1,二、二元合金相图基本类型,匀晶反应,：从液相中直接结晶出固溶体反应。两种组元液态、固态无限互溶。,(Cu-Ni,Ag-Au,Ag-Pt,Fe-Ni,Cu-Au,Cr-Mo，Fe,2,SiO,4,-Mg,2,SiO,4,),1、匀晶相图,4,4/40,液相成份改变,C,L1,L2,L3,固相成份改变,1,2,3,C,合金平衡结晶过程（一定温度范围）：,L,L+,选分结晶,：合金结晶过程中，液、固两相成份不一样，分别按照液相线和固相线改变，靠原子扩散实现,5,5/40,两相区,液固相对含量,符合杠杆定律,6,6/40,平衡凝固（结晶）,：,结晶过程，在每一个温度，两相成份和相对量都恪守杠杆定理,冷却速度要足够迟缓，使得液、固相中原子得以充分扩散，先结晶,相成份也要随温度不停改变,结晶结束时，得到与合金成份相同、均匀、单相、多晶固溶体,凝固过程扩散：,液相内扩散过程,相继续长大,相内扩散过程,7,7/40,不平衡凝固：液态合金冷却时，冷却速度大，成份扩散过程不能充分进行，反应不能按摄影图温度和成份平衡改变规律进行,晶内偏析：不平衡结晶固溶体内部富含高熔点组元，而后结晶外部富含低熔点组元，晶粒内部出现成份不均匀现象,8,8/40,消除方法：均匀化退火，固相线以下100-200C长时保温,Ni-70wt%Cu铸造枝晶偏析和扩散退火组织,枝晶偏析,：晶内偏析形成.使材料强度低、塑韧性差、耐蚀性差、高温时枝晶熔化。,9,9/40,有成份极点匀晶相图,10,10/40,陶瓷体系匀晶转变,11,11/40,2、共晶相图,两组元液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，恒温下液体反应生成固相混合物(Pb-Sn,Al-Si,Pb-Bi)。,+,L,L,+,L,+,共晶反应(转变),:一定温度（,共晶温度,）下，由一定成份（,共晶成份,）液相中同时结晶出两种一定成份固相转变。,Pb-Sn共晶合金组织,L,(,+,),(,+,)+,+,12,12/40,液相线:adb 固相线 acdeb,三个单相区 共晶点,溶解度线：cf，eg,13,13/40,L,L+,+,（二次脱溶析出）,相：,组织：,14,14/40,共晶合金:,L,L+(c+e,)c+e ,f,+,II,+,g,+,II,室温下:相组成物,组织组成物:（+）,共晶体（+）%=100%,15,15/40,L,L+,(,c,+e)+,初生,(,+)+,+,亚共晶合金,室温下：相组成物，,室温组织：初生+,II,+（+）,16,16/40,Pb-Sn亚共晶合金,Pb-Sn过共晶合金,初生,+,II,+,（+,）,初生,+,II,+,（+,）,17,17/40,组织,标注相图,18,18/40,共晶组织形态,19,19/40,共晶组织形态,20,20/40,伪共晶,:在不平衡条件下，,由共晶点附近非共晶成份所得到全部共晶组织称为伪共晶。,通常将形成全部共晶组织成份和温度范围称为“伪共晶区”或“配对区”或“共生区”。,不平衡共晶：不平衡条件下，固相线下移，共晶温度下仍有少许液相，之后发生共晶转变形成。,离异共晶：合金先共晶相数量很多，共晶数量极少是形成被分离开来共晶组成。,21,21/40,3、共析相图,共析合金:,(,+,),(,+,)+,+,共析反应（转变）,:一定温度,（共析温度）下，由一定成份,（共析成份）,固相中,同时析,出,两种一定成份固相,转变。,Fe-C合金共析组织,+,+,+,22,22/40,4、包晶相图,23,23/40,b+a,II,+a,II,+,+,II,II,24,24/40,5、其它相图,偏晶相图,L,1,L,2,+,S,25,25/40,合晶相图,L,1,+,L,2,S,26,26/40,熔晶相图,S,1,L,+,S,2,27,27/40,包析相图,+,a,28,28/40,29,29/40,6.形成化合物二元相图,形成稳定化合物二元相图：,稳定化合物指含有一定熔点，在熔点以下，保持自己固有结构而不发生分解，当温度到达熔点时，化合物发生熔解，熔解时所生成熔体与化合物成份完全一致。,30,30/40,31,31/40,32,32/40,形成不稳定化合物相图:,不稳定化合物加热至一定温度时，不是发生本身熔化，而是分解为两个相，所生成液相与原化合物显然不一样。,33,33/40,非金属材料相图,34,34/40,35,35/40,二元相图一些几何规律,（1）相邻相区之间相数差为1，点接触除外。,两个单相区之间必有一个双相区。,三相水平线只能与两相区相邻，而不能与单相区有线接触。,两个单相区只能交于一点。,（2）两相区与单相区分界限与水平线相交，其延长线进入两相区，而不会进入单相区。,（3）全部水平线都代表了三相平衡恒温转变，水平线与参加平衡反应三个相区为点接触，接触点分别代表了三个相成份。转变类型可由三个相位置和性质确定。,36,36/40,三、合金性能与相图关系,使用性能,37,37/40,力学性能,：溶质元素晶格畸变大强度、硬度，（50%最大）,固溶强化、相界强化作用。,物理性能,：对导电、导热率影响。,两相机械混合合金，其性能是两相性能平均值,，即性能与成份呈线性关系。,各相分散度对组织敏感性能有较大影响。,固溶体性能随合金成份呈曲线改变。,形成稳定化合物（中间相）时，其性能在曲线上出现奇点。,38,38/40,工艺性能,铸造性能,：结晶温度、流动性、收缩性、偏析。,塑性加工性,：变形抗力大小、塑性好坏。,可否热处理性,：是否存在相变，是否存在溶解度,随温度改变。,39,39/40,共晶合金熔点低，是恒温转变，熔液流动性好，凝固后轻易形成集中缩孔，合金致密，所以，铸造合金宜选择靠近共晶成份合金。,固溶体合金流动性差，不如共晶合金和纯金属，而且液相线与固相线间隔越大，即结晶温度范围越大，树枝晶易粗大，对合金流动性妨碍严重，由此造成分散缩孔多，合金不致密，而且偏析严重，同时先后结晶区域轻易形成成份偏析。,40,40/40,