第四节第四节 合金的结晶合金的结晶1 1、掌握合金结晶的基本概念；、掌握合金结晶的基本概念；2 2、掌握几种基本的二元相图及其相变过程；、掌握几种基本的二元相图及其相变过程；3 3、能够利用相图判定一定条件下的金属性能。、能够利用相图判定一定条件下的金属性能。本节要点：本节要点： 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用合金的结晶过程比纯金属复杂，常用合金的结晶过程比纯金属复杂，常用合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图相图相图相图进行分析。进行分析。进行分析。进行分析。相图相图相图相图是用来表示是用来表示是用来表示是用来表示合金系中各合金合金系中各合金合金系中各合金合金系中各合金在缓冷条件下在缓冷条件下在缓冷条件下在缓冷条件下结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程的简明图解，的简明图解，的简明图解，的简明图解，又称又称又称又称状态图状态图状态图状态图或或或或平衡图平衡图平衡图平衡图。 合金系合金系合金系合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。一系列不同成分的合金。一系列不同成分的合金。一系列不同成分的合金。l组元组元是指组成合金的最简单、是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的最基本、能够独立存在的物质。物质。l多数情况下多数情况下组元是指组成合组元是指组成合金的元素金的元素。但对于。但对于既不发既不发生分解、又不发生任何反生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元应的化合物也可看作组元, , 如如Fe-CFe-C合金中的合金中的FeFe3 3C C。Cu-Ni合金相图合金相图L 成分（成分（wt %Ni）温度（温度（）CuNi 相图表示了在相图表示了在相图表示了在相图表示了在缓冷条件缓冷条件缓冷条件缓冷条件下，不同成分合金的组织随下，不同成分合金的组织随下，不同成分合金的组织随下，不同成分合金的组织随温度变化的规律，是温度变化的规律，是温度变化的规律，是温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热制订熔炼、铸造、热加工及热制订熔炼、铸造、热加工及热制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据处理工艺的重要依据处理工艺的重要依据处理工艺的重要依据。 根据组元数根据组元数根据组元数根据组元数, , , , 分为二元相图、三元相图和多元相图。分为二元相图、三元相图和多元相图。分为二元相图、三元相图和多元相图。分为二元相图、三元相图和多元相图。Fe-C二元相图二元相图三元相图三元相图一、二元相图的建立一、二元相图的建立 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法热分析法热分析法热分析法。1. 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）找出曲线上的临界点（停歇点或转折点和平台）的温度值。的温度值。的温度值。的温度值。2. 2. 将临界点标在温度将临界点标在温度将临界点标在温度将临界点标在温度- -成分坐标中的成分垂线上。成分坐标中的成分垂线上。成分坐标中的成分垂线上。成分坐标中的成分垂线上。3. 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。的数字和字母。的数字和字母。的数字和字母。 以以以以Cu-NiCu-Ni合金合金合金合金( (白铜白铜白铜白铜) )为例为例为例为例 （1） 二元相图的建立二元相图的建立步骤：步骤：相图中，结晶相图中，结晶开始点开始点的连线叫的连线叫液相线液相线。 结晶结晶终了点终了点的连线叫的连线叫固相线固相线。 杠杆定律杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 确定两平衡相的成分：确定两平衡相的成分：确定两平衡相的成分：确定两平衡相的成分：设合金成分为设合金成分为设合金成分为设合金成分为x x x x，过，过，过，过x x x x做成做成做成做成分垂线。在成分垂线相当分垂线。在成分垂线相当于温度于温度t t 的的o o点作水平线，点作水平线，其与液固相线交点其与液固相线交点a a、b b所所对应的成分对应的成分x x1 1、x x2 2即分别即分别为液相和固相的成分。为液相和固相的成分。1 12 2 t t以以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律合金为例推导杠杆定律则则则则 Q QL L + + Q Q =1 =1 Q QL L x x1 1 + + Q Q x x2 2 = =x x 解方程组得：解方程组得：解方程组得：解方程组得：式中的式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段即为相图中线段xx2 (ob)、x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长度。的长度。 确定两平衡相的相对重量确定两平衡相的相对重量确定两平衡相的相对重量确定两平衡相的相对重量 设合金的重量为设合金的重量为1 1，液相重量为，液相重量为Q QL L，固相重量为，固相重量为Q Q 。因此两相的相对重量百分比为：因此两相的相对重量百分比为：因此两相的相对重量百分比为：因此两相的相对重量百分比为：两相的重量比为：两相的重量比为： 上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆杠杆杠杆杠杆定律定律定律定律。即。即。即。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比度下与各自相区距离较远的成分线段之比度下与各自相区距离较远的成分线段之比度下与各自相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中，杠杆的在杠杆定律中，杠杆的在杠杆定律中，杠杆的在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分支点是合金的成分支点是合金的成分支点是合金的成分，杠杆的，杠杆的，杠杆的，杠杆的端端端端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。杠杆定律只适用于两相区杠杆定律只适用于两相区杠杆定律只适用于两相区杠杆定律只适用于两相区。例例例例（如图）（如图）（如图）（如图）二、二元相图的基本类型与分析二、二元相图的基本类型与分析 两组元在液态和固两组元在液态和固态下均无限互溶时态下均无限互溶时所构成的相图称所构成的相图称二二元匀晶相图元匀晶相图。1、二元匀晶相图、二元匀晶相图 LL+ 成分（成分（wt%Ni）温度（温度（）CuNi液相线固相线 相图由相图由相图由相图由两条线两条线两条线两条线构成，构成，构成，构成，上面是上面是上面是上面是液相线液相线液相线液相线，下，下，下，下面是面是面是面是固相线固相线固相线固相线。 相图被两条线分为相图被两条线分为相图被两条线分为相图被两条线分为三个相区三个相区三个相区三个相区，液相线，液相线，液相线，液相线以上为以上为以上为以上为液相区液相区液相区液相区L L ，固相线以下为固相线以下为固相线以下为固相线以下为 固固固固溶体区溶体区溶体区溶体区，两条线之，两条线之，两条线之，两条线之间为两相共存的两间为两相共存的两间为两相共存的两间为两相共存的两相区相区相区相区（L+ L+ ）。）。）。）。 合金的结晶过程合金的结晶过程除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以合金合金合金合金为例说明。为例说明。为例说明。为例说明。 当液态金属自高当液态金属自高温冷却到温冷却到 t t1 1温温度时，开始结晶度时，开始结晶出成分为出成分为 1 1的固的固溶体，其溶体，其NiNi含量含量高于合金平均成高于合金平均成分。分。L L+ 随温度下降，随温度下降，随温度下降，随温度下降，固溶体重量增固溶体重量增固溶体重量增固溶体重量增加，液相重量加，液相重量加，液相重量加，液相重量减少。同时，减少。同时，减少。同时，减少。同时，液相成分沿液液相成分沿液液相成分沿液液相成分沿液相线变化，固相线变化，固相线变化，固相线变化，固相成分沿固相相成分沿固相相成分沿固相相成分沿固相线变化。线变化。线变化。线变化。这种从液相中结晶出单一固相的这种从液相中结晶出单一固相的转变称为转变称为匀晶转变匀晶转变或或匀晶反应匀晶反应。 成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t t t t3 3 3 3时，最后一滴时，最后一滴时，最后一滴时，最后一滴L L L L3 3 3 3成分的液体也转变为固溶体，此时成分的液体也转变为固溶体，此时成分的液体也转变为固溶体，此时成分的液体也转变为固溶体，此时 固溶体的成分又变固溶体的成分又变回到合金成分回到合金成分 3 3上上来。来。 液固相线不仅是相液固相线不仅是相区分界线区分界线, ,也是结晶也是结晶时两相的成分变化时两相的成分变化线；线；匀晶转变是变匀晶转变是变温转变。温转变。 合金的结晶只有在合金的结晶只有在合金的结晶只有在合金的结晶只有在缓慢冷却缓慢冷却缓慢冷却缓慢冷却条件下才能得到条件下才能得到条件下才能得到条件下才能得到成分均匀的成分均匀的成分均匀的成分均匀的固溶体固溶体固溶体固溶体。但。但。但。但实际实际实际实际冷速较快，冷速较快，冷速较快，冷速较快，结晶时固相中的原子来不及结晶时固相中的原子来不及结晶时固相中的原子来不及结晶时固相中的原子来不及扩散扩散扩散扩散，使先结晶出的枝晶轴，使先结晶出的枝晶轴，使先结晶出的枝晶轴，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如含有较多的高熔点元素（如含有较多的高熔点元素（如含有较多的高熔点元素（如Cu-NiCu-NiCu-NiCu-Ni合金中的合金中的合金中的合金中的NiNiNiNi）, , , , 后结晶后结晶后结晶后结晶的枝晶间含有较多的低熔点的枝晶间含有较多的低熔点的枝晶间含有较多的低熔点的枝晶间含有较多的低熔点元素元素元素元素( ( ( (如如如如Cu-NiCu-NiCu-NiCu-Ni合金中的合金中的合金中的合金中的Cu)Cu)Cu)Cu)。(2) 枝晶偏枝晶偏析析 在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作现象称作现象称作现象称作枝晶偏析枝晶偏析枝晶偏析枝晶偏析。它不仅与冷速有关，而且与液。它不仅与冷速有关，而且与液。它不仅与冷速有关，而且与液。它不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。固相线的间距有关。固相线的间距有关。固相线的间距有关。l l冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。l l枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。 生产上常将铸件加热到固相线以下生产上常将铸件加热到固相线以下100-200100-200长长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火扩散退火。Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织平衡组织枝晶偏析组织枝晶偏析组织2、二元共晶相图、二元共晶相图 当两组元在液态当两组元在液态当两组元在液态当两组元在液态下完全互溶，在下完全互溶，在下完全互溶，在下完全互溶，在固态下有限互溶固态下有限互溶固态下有限互溶固态下有限互溶, , , ,并发生共晶反应并发生共晶反应并发生共晶反应并发生共晶反应时所构成的相图时所构成的相图时所构成的相图时所构成的相图称作称作称作称作共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图。以以以以 Pb-Sn Pb-Sn Pb-Sn Pb-Sn 相图为相图为相图为相图为例进行分析。例进行分析。例进行分析。例进行分析。Pb-Sn合金相图合金相图成分（成分（wt%Sn）温度（温度（）PbSn 相图分析相图分析 相相相相：相图中有：相图中有：相图中有：相图中有L L、 、 三种相三种相三种相三种相, , 是溶质是溶质是溶质是溶质SnSn在在在在 PbPb中的固溶体，中的固溶体，中的固溶体，中的固溶体， 是溶是溶是溶是溶质质质质PbPb在在在在SnSn中的固溶体。中的固溶体。中的固溶体。中的固溶体。 相区相区相区相区：相图中有三个单：相图中有三个单：相图中有三个单：相图中有三个单相区：相区：相区：相区： L L、 、 ；三个；三个；三个；三个两相区：两相区：两相区：两相区： L+L+ 、L+L+ 、 + + ；一个三相区：即；一个三相区：即；一个三相区：即；一个三相区：即水平线水平线水平线水平线CEDCED。AB 液固相线：液固相线：液相线液相线AEB，固相线固相线ACEDB。A、B分分别为别为Pb、Sn的熔点。的熔点。 固溶线固溶线固溶线固溶线: : 溶解度点的连线溶解度点的连线溶解度点的连线溶解度点的连线称称称称固溶线固溶线固溶线固溶线。相图中的相图中的相图中的相图中的CFCF、DGDG线分别为线分别为线分别为线分别为 Sn Sn在在在在 Pb Pb中中中中和和和和 Pb Pb在在在在 Sn Sn中的固溶线。中的固溶线。中的固溶线。中的固溶线。固溶体的溶解度随温度降低固溶体的溶解度随温度降低固溶体的溶解度随温度降低固溶体的溶解度随温度降低而下降。而下降。而下降。而下降。 共晶线：水平线共晶线：水平线共晶线：水平线共晶线：水平线CEDCED叫叫叫叫做做做做共晶线共晶线共晶线共晶线。 在共晶线对应的温度下在共晶线对应的温度下在共晶线对应的温度下在共晶线对应的温度下（183 183 ），），），），E E点成分的点成分的点成分的点成分的合金同时结晶出合金同时结晶出合金同时结晶出合金同时结晶出C C点成分点成分点成分点成分的的的的 固溶体和固溶体和固溶体和固溶体和D D点成分的点成分的点成分的点成分的 固溶体，形成这两个相固溶体，形成这两个相固溶体，形成这两个相固溶体，形成这两个相的机械混合物：的机械混合物：的机械混合物：的机械混合物： L LE E ( ( C C + + D D) )在一定温度下，由一定成在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新成分和结构都不相同的新固相的转变称作固相的转变称作共晶转变共晶转变或或共晶反应。共晶反应。 共晶反应的产物，即两相共晶反应的产物，即两相共晶反应的产物，即两相共晶反应的产物，即两相的机械混合物称的机械混合物称的机械混合物称的机械混合物称共晶体共晶体共晶体共晶体或或或或共晶组织共晶组织共晶组织共晶组织。发生共晶。发生共晶。发生共晶。发生共晶反应的温度称反应的温度称反应的温度称反应的温度称共晶温度共晶温度共晶温度共晶温度。代表共晶温度和共晶成代表共晶温度和共晶成代表共晶温度和共晶成代表共晶温度和共晶成分的点称分的点称分的点称分的点称共晶点共晶点共晶点共晶点。Pb-Sn共晶组织共晶组织共晶体长大示意图共晶体长大示意图 Sn原子原子扩散扩散Pb原子原子扩散扩散 具有共晶成分的合金称具有共晶成分的合金称具有共晶成分的合金称具有共晶成分的合金称共晶合金共晶合金共晶合金共晶合金。在共晶线上，凡。在共晶线上，凡。在共晶线上，凡。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称成分位于共晶点以左的合金称成分位于共晶点以左的合金称成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金亚共晶合金亚共晶合金亚共晶合金，位于共，位于共，位于共，位于共 晶点以右的合晶点以右的合金称金称过共晶合过共晶合金金。L+L+ C CD DA AB B凡具有共晶线成分凡具有共晶线成分凡具有共晶线成分凡具有共晶线成分的合金液体冷却到的合金液体冷却到的合金液体冷却到的合金液体冷却到共晶温度时都将发共晶温度时都将发共晶温度时都将发共晶温度时都将发生共晶反应。生共晶反应。生共晶反应。生共晶反应。 合金的结晶过程合金的结晶过程共晶合金共晶合金共晶合金共晶合金( (合金合金合金合金) )的结晶过程的结晶过程的结晶过程的结晶过程 液态合金冷却到液态合金冷却到液态合金冷却到液态合金冷却到E E E E 点时，点时，点时，点时， Pb Pb Pb Pb和和和和SnSnSnSn同时达到饱和同时达到饱和同时达到饱和同时达到饱和, , , , 发生发生发生发生共晶反应：共晶反应：共晶反应：共晶反应：L L L LE E E E ( ( ( ( C C C C+ + + + D D D D) ) ) ) 。19.2wt%Sn温度温度, 1 析出过程中析出过程中析出过程中析出过程中两相相间两相相间两相相间两相相间形核、互相促进、共形核、互相促进、共形核、互相促进、共形核、互相促进、共同长大，因而共晶组同长大，因而共晶组同长大，因而共晶组同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、织较细，呈片、棒、织较细，呈片、棒、织较细，呈片、棒、点球等形状。点球等形状。点球等形状。点球等形状。共晶组织形态针针状状共共晶晶树树枝枝状状共共晶晶放放射射状状共共晶晶螺螺旋旋状状共共晶晶 在共晶转变过程中，在共晶转变过程中，在共晶转变过程中，在共晶转变过程中，L L、 、 三相共存三相共存三相共存三相共存, , 三个相三个相三个相三个相的量在不断变化，但它们的量在不断变化，但它们的量在不断变化，但它们的量在不断变化，但它们各自成分是固定的。各自成分是固定的。各自成分是固定的。各自成分是固定的。 共晶组织中的相称共晶组织中的相称共晶组织中的相称共晶组织中的相称共晶相共晶相共晶相共晶相。共晶转变结束时，共晶转变结束时，共晶转变结束时，共晶转变结束时， 和和和和 相的相对重量百分比为：相的相对重量百分比为：相的相对重量百分比为：相的相对重量百分比为：E(61.9)D(97.5)C(19.2) 共晶结束后，随温度下降，共晶结束后，随温度下降，共晶结束后，随温度下降，共晶结束后，随温度下降， 和和和和 的成分分别沿的成分分别沿的成分分别沿的成分分别沿CFCFCFCF线和线和线和线和DGDGDGDG线变化，并从共晶线变化，并从共晶线变化，并从共晶线变化，并从共晶 中析出中析出中析出中析出 ，从共晶，从共晶，从共晶，从共晶 中析出中析出中析出中析出 ，由于共晶组织细，由于共晶组织细，由于共晶组织细，由于共晶组织细， 与共晶与共晶与共晶与共晶 结合，结合，结合，结合， 与共晶与共晶与共晶与共晶 结合，共晶合金的室温组织仍为结合，共晶合金的室温组织仍为结合，共晶合金的室温组织仍为结合，共晶合金的室温组织仍为 ( ( ( ( + + + + ) ) ) ) 共晶体。共晶体。共晶体。共晶体。室温下两相的相对重量百分比是多少？室温下两相的相对重量百分比是多少？Pb-Sn共晶合金组织共晶合金组织含含含含SnSn量小于量小于量小于量小于C C点合金点合金点合金点合金( (合金合金合金合金) )的结晶过程的结晶过程的结晶过程的结晶过程 在在在在3 3 3 3点以前为点以前为点以前为点以前为匀晶转变匀晶转变匀晶转变匀晶转变，结晶出单相，结晶出单相，结晶出单相，结晶出单相 固溶体，这种固溶体，这种固溶体，这种固溶体，这种直接直接直接直接从液相中结晶出的固相称从液相中结晶出的固相称从液相中结晶出的固相称从液相中结晶出的固相称一次相一次相一次相一次相或或或或初生相初生相初生相初生相。.2温度降到温度降到温度降到温度降到3 3 3 3点以下，点以下，点以下，点以下， 固溶体被固溶体被固溶体被固溶体被SnSnSnSn过饱和，由于晶格过饱和，由于晶格过饱和，由于晶格过饱和，由于晶格不稳，开始析出（不稳，开始析出（不稳，开始析出（不稳，开始析出（相变过程也称析出相变过程也称析出相变过程也称析出相变过程也称析出）新相）新相）新相）新相 相。相。相。相。由已有固相析出的新固相称由已有固相析出的新固相称由已有固相析出的新固相称由已有固相析出的新固相称二次相二次相二次相二次相或或或或次生相次生相次生相次生相。 形成二次相的过程称形成二次相的过程称形成二次相的过程称形成二次相的过程称二次析出二次析出二次析出二次析出, , , , 是固态相变的一种。是固态相变的一种。是固态相变的一种。是固态相变的一种。H室温下室温下 的相对重量百分比为：的相对重量百分比为： 由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。 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CF线和线和DG线变线变化，化， 的重量增加。的重量增加。由于二次相析由于二次相析出温度较低，出温度较低，一般十分细小一般十分细小合金室温组织为合金室温组织为合金室温组织为合金室温组织为 + + 。 成分大于成分大于 D点合金结晶点合金结晶过程与过程与合金相似，合金相似，室室温组织为温组织为 + 。ABCDEFG 亚共晶合金亚共晶合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程 合金液体在合金液体在合金液体在合金液体在2 2点以前为匀晶转变。冷却到点以前为匀晶转变。冷却到点以前为匀晶转变。冷却到点以前为匀晶转变。冷却到2 2点，固相成点，固相成点，固相成点，固相成分变化到分变化到分变化到分变化到C C点，液相成分变化到点，液相成分变化到点，液相成分变化到点，液相成分变化到E E点点点点, , 此时此时此时此时两相的相对两相的相对两相的相对两相的相对重量为：重量为：重量为：重量为：在在在在2 2点，具有点，具有点，具有点，具有E E点成分的剩余液体发生共晶反应：点成分的剩余液体发生共晶反应：点成分的剩余液体发生共晶反应：点成分的剩余液体发生共晶反应： L L ( ( + + ) ) ，转变为共晶组织，转变为共晶组织，转变为共晶组织，转变为共晶组织，共晶体的重量与转共晶体的重量与转共晶体的重量与转共晶体的重量与转变前的液相重量相等变前的液相重量相等变前的液相重量相等变前的液相重量相等, , 即即即即Q QE E =Q =QL L反应结束后，在共晶温度下反应结束后，在共晶温度下反应结束后，在共晶温度下反应结束后，在共晶温度下 、 两相的相对重量百分两相的相对重量百分两相的相对重量百分两相的相对重量百分比为：比为：比为：比为：温度继续下降，将从一次温度继续下降，将从一次温度继续下降，将从一次温度继续下降，将从一次 和共晶和共晶和共晶和共晶 中析出中析出中析出中析出 ，从共，从共，从共，从共晶晶晶晶 中析出中析出中析出中析出 。其室温组其室温组其室温组其室温组织为织为织为织为 + (+ ( + + ) + ) + 。亚共晶合金的亚共晶合金的结晶过程结晶过程 过共晶合金结晶过程过共晶合金结晶过程与亚共晶合金相似，不同的是与亚共晶合金相似，不同的是与亚共晶合金相似，不同的是与亚共晶合金相似，不同的是一次相为一次相为一次相为一次相为 ，二次相为二次相为二次相为二次相为 室温组织为室温组织为室温组织为室温组织为 +(+( + + )+)+ 。 组织组成物在相图上的标注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。组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。 和和 , 和和 ,共晶体共晶体( + )都都是组织组成是组织组成物。物。相与相之间的相与相之间的差别主要在差别主要在结构和成分结构和成分上。上。组织组成物之间的差别主要在形态上。如组织组成物之间的差别主要在形态上。如组织组成物之间的差别主要在形态上。如组织组成物之间的差别主要在形态上。如 、 和共和共和共和共晶晶晶晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态不同，分属不同的组织组成物。不同，分属不同的组织组成物。不同，分属不同的组织组成物。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将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与显将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与显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。微镜下观察到的组织一致。微镜下观察到的组织一致。微镜下观察到的组织一致。Pb-Sn亚共晶组织亚共晶组织组织组成组织组成物在相图物在相图上的标注上的标注3、二元包晶相图、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，当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，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并发生包晶反应时所构成的相图称作并发生包晶反应时所构成的相图称作并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图包晶相图包晶相图包晶相图。以以以以Pt-AgPt-Ag相图为例简要分析相图为例简要分析相图为例简要分析相图为例简要分析L+L+L + 相图分析相图分析相图分析相图分析单相区：单相区：L、 、二相区：二相区：L+ 、 L+ 、 + 三相区：三相区：L+ + （水（水平线平线PDC）在一定温度下，由在一定温度下，由一个液相包着一个一个液相包着一个固相生成另一新固固相生成另一新固相的反应称相的反应称包晶转包晶转变变或或包晶反应包晶反应。 水平线水平线水平线水平线PDCPDCPDCPDC称称称称包晶线包晶线包晶线包晶线，与该线成，与该线成，与该线成，与该线成分对应的合金在该温度下发生分对应的合金在该温度下发生分对应的合金在该温度下发生分对应的合金在该温度下发生包晶反应：包晶反应：包晶反应：包晶反应：L L L LC C C C+ + + + P P P P D D D D 。该反该反该反该反应是液相应是液相应是液相应是液相L L L L包着固相包着固相包着固相包着固相 , , , , 新相新相新相新相 在在在在L L L L与与与与的界面上形核，并的界面上形核，并的界面上形核，并的界面上形核，并向向向向L L L L和和和和 两个方向长大两个方向长大两个方向长大两个方向长大。 合金的结晶过程合金的结晶过程合金的结晶过程合金的结晶过程 包晶成分合金：包晶成分合金：包晶成分合金：包晶成分合金：匀晶匀晶匀晶匀晶包晶包晶包晶包晶二次析出。二次析出。二次析出。二次析出。 室温组织为室温组织为室温组织为室温组织为 + + IIII PD PD成分成分成分成分合金：合金：合金：合金：匀晶匀晶匀晶匀晶包晶包晶包晶包晶二次析出二次析出二次析出二次析出。室温组织为室温组织为室温组织为室温组织为 + + IIII+ + + + IIII时间温度 DC DC成分成分成分成分合金：合金：合金：合金：匀晶匀晶匀晶匀晶包晶包晶包晶包晶匀晶匀晶匀晶匀晶二次析出二次析出二次析出二次析出 室温组织为室温组织为室温组织为室温组织为 + + IIII。时间温度共共共共析析析析转转转转变变变变也也也也是是是是固固固固态态态态相变。相变。相变。相变。最最最最常常常常见见见见的的的的共共共共析析析析转转转转变变变变是是是是铁铁铁铁碳碳碳碳合合合合金金金金中中中中的的的的珠珠珠珠光光光光体体体体转转转转变变变变: : S S P P+ Fe+ Fe3 3C C 。4、具有共析反应的二元相图、具有共析反应的二元相图共共析析反反应应(共共析析转转变变)是是指指在在一一定定温温度度下下，由由一一定定成成分分的的固固相相同同时时析析出出两两个个成成分分和和结结构构完完全全不不同同的的新新固固相相的过程。的过程。PS( 奥氏体，奥氏体， 铁素体，铁素体，Fe3C渗碳渗碳体体)共共共共析析析析相相相相图图图图与与与与共共共共晶晶晶晶相相相相图图图图相相相相似似似似，对对对对应应应应的的的的有有有有共共共共析析析析线线线线(PSK(PSK线线线线) )、共析点共析点共析点共析点(S(S点点点点) )、共析温度、共析成分、共析合共析温度、共析成分、共析合共析温度、共析成分、共析合共析温度、共析成分、共析合金金(共共析析成成分分合合金金)、亚亚共共析析合合金金(共共析析线线上上共共析析点点以以左左的的合合金金)、过过共共析析合合金金(共共析析线线上上共共析析点以右的合金点以右的合金)。铁碳合金相图铁碳合金相图 共析反应的产物是共析反应的产物是共析反应的产物是共析反应的产物是共析体共析体共析体共析体（铁碳合金中的共析体称珠铁碳合金中的共析体称珠铁碳合金中的共析体称珠铁碳合金中的共析体称珠光体光体光体光体），也是两相的机械混合物（），也是两相的机械混合物（），也是两相的机械混合物（），也是两相的机械混合物（铁素体铁素体铁素体铁素体+ +渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体) )。l与共晶反应不同与共晶反应不同的是，的是，共析反应共析反应的母相是固相，的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固态另外，由于固态转变过冷度大，转变过冷度大，因而共析组织比因而共析组织比共晶组织细。共晶组织细。珠光体珠光体5、二元相图的分析步骤、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。实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。 分清相图中包括哪些基本类型相图分清相图中包括哪些基本类型相图分清相图中包括哪些基本类型相图分清相图中包括哪些基本类型相图 确定相区确定相区确定相区确定相区 相区接触法则相区接触法则相区接触法则相区接触法则相邻两个相区的相数差为相邻两个相区的相数差为相邻两个相区的相数差为相邻两个相区的相数差为1 1 1 1 单相区的确定单相区的确定单相区的确定单相区的确定 液相线以上为液相区；液相线以上为液相区；液相线以上为液相区；液相线以上为液相区；Fe- Fe3C相图相图 靠纯组元的封闭靠纯组元的封闭 区是以该组元为单区是以该组元为单 相固溶体区；相固溶体区； 相图中每一条水相图中每一条水平线必定与三个单平线必定与三个单相区点接触。相区点接触。Fe- Fe3C相图相图 两相区的确定：两相区的确定：两相区的确定：两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相两个单相区之间夹有一个两相两个单相区之间夹有一个两相两个单相区之间夹有一个两相 区，该两相区的相区，该两相区的相由两相邻单相区的由两相邻单相区的相组成。相组成。 三相区的确定：三相区的确定：二二元相图中的水平线元相图中的水平线是三相区，其三个是三相区，其三个相由与该三相区点相由与该三相区点接触的三个单相区接触的三个单相区的相组成。的相组成。Fe-Fe3C相图相图恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同的新固相。的新固相。的新固相。的新固相。 + + 共析反应共析反应共析反应共析反应恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新的固相。的固相。的固相。的固相。L L + + 包晶反应包晶反应包晶反应包晶反应恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不同的新固相。同的新固相。同的新固相。同的新固相。L L L L + + 共晶反应共晶反应共晶反应共晶反应说明说明说明说明反应式反应式反应式反应式图形特征图形特征图形特征图形特征反应名称反应名称反应名称反应名称常见三相等温水平线上的反应常见三相等温水平线上的反应常见三相等温水平线上的反应常见三相等温水平线上的反应作出典型合金冷作出典型合金冷作出典型合金冷作出典型合金冷却曲线示意图却曲线示意图却曲线示意图却曲线示意图二元合金冷却曲线二元合金冷却曲线二元合金冷却曲线二元合金冷却曲线的特征是的特征是的特征是的特征是: : 在单相区和两相在单相区和两相在单相区和两相在单相区和两相区冷却曲线为一区冷却曲线为一区冷却曲线为一区冷却曲线为一斜线。斜线。斜线。斜线。 分析典型合金的结晶过程分析典型合金的结晶过程由一个相区进入另一相区时由一个相区进入另一相区时由一个相区进入另一相区时由一个相区进入另一相区时, , 冷却曲线出现拐点冷却曲线出现拐点冷却曲线出现拐点冷却曲线出现拐点: :a a. . 由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐; ;b. 由相数多的相由相数多的相区进入相数少区进入相数少的相区曲线向的相区曲线向左拐。左拐。 发生三等温转发生三等温转变时，冷却曲变时，冷却曲线呈一水平台线呈一水平台阶。阶。 分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程 画出组织转变示意图。画出组织转变示意图。画出组织转变示意图。画出组织转变示意图。 计算各相、各计算各相、各组织组成物相对组织组成物相对重量百分比：重量百分比：a. 在单相区，合金在单相区，合金由单相组成，相由单相组成，相的成分、重量即的成分、重量即合金的成分、重合金的成分、重量。量。b b. . 在两相区，两相的成分随在两相区，两相的成分随在两相区，两相的成分随在两相区，两相的成分随温度沿各自的相线变化，各温度沿各自的相线变化，各温度沿各自的相线变化，各温度沿各自的相线变化，各相和各组织组成物的相对重相和各组织组成物的相对重相和各组织组成物的相对重相和各组织组成物的相对重量可由杠杆定律求出。量可由杠杆定律求出。量可由杠杆定律求出。量可由杠杆定律求出。合金成分为杠杆的支点，相合金成分为杠杆的支点，相合金成分为杠杆的支点，相合金成分为杠杆的支点，相或组织组成物的成分为杠杆或组织组成物的成分为杠杆或组织组成物的成分为杠杆或组织组成物的成分为杠杆的端点。的端点。的端点。的端点。 c c. . 在三相区，三个相成分固定，在三相区，三个相成分固定，在三相区，三个相成分固定，在三相区，三个相成分固定，重量不断变化，杠杆定律不重量不断变化，杠杆定律不重量不断变化，杠杆定律不重量不断变化，杠杆定律不适用。适用。适用。适用。 合金成分合金成分相相1成分成分相相2成分成分相相1重量重量相相2重量重量合金成分合金成分组织组织1成分成分组织组织2成分成分组织组织1重量重量组织组织2重量重量6、相图与合金性能之间的关系、相图与合金性能之间的关系 相图与合金力学性能、物相图与合金力学性能、物相图与合金力学性能、物相图与合金力学性能、物理性能的关系理性能的关系理性能的关系理性能的关系 两相机械混合物的合金两相机械混合物的合金两相机械混合物的合金两相机械混合物的合金: :性性性性能与合金成分呈直线关系，能与合金成分呈直线关系，能与合金成分呈直线关系，能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值，是两相性能的算术平均值，是两相性能的算术平均值，是两相性能的算术平均值，如：如：如：如： 混混混混= = QQ + + QQ HB HB混混混混=HB=HB QQ +HB+HB QQ ( (Q Q 、Q Q 为两相相对重量为两相相对重量为两相相对重量为两相相对重量) ) 单相固溶体的合金：单相固溶体的合金：单相固溶体的合金：单相固溶体的合金：性能随成分呈曲线变化，性能随成分呈曲线变化，性能随成分呈曲线变化，性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，随溶质含量增加，随溶质含量增加，随溶质含量增加， 、HBHB、 增加，塑性下增加，塑性下增加，塑性下增加，塑性下降。降。降。降。 形成稳定化合物的合形成稳定化合物的合形成稳定化合物的合形成稳定化合物的合金：金：金：金：性能性能性能性能- -成分曲线出现拐点。成分曲线出现拐点。成分曲线出现拐点。成分曲线出现拐点。 相图与铸造性能的关系相图与铸造性能的关系相图与铸造性能的关系相图与铸造性能的关系 固溶体合金液固相线固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾向间距越大、偏析倾向大大, 树枝晶发达树枝晶发达, 流流动性降低动性降低, 补缩能力补缩能力下降下降, 分散缩孔增加。分散缩孔增加。 共晶合金结晶温度低，共晶合金结晶温度低，流动性好，缩孔集中，流动性好，缩孔集中， 偏析小，偏析小， 铸造性能铸造性能好。好。 一个二元共晶反应如下：一个二元共晶反应如下： （1 1）WB B =50% =50%的合金完全凝固时初晶的合金完全凝固时初晶与共与共晶（晶（+）的重量百分数，以及共晶体中）的重量百分数，以及共晶体中相与相与相的重量百分数；相的重量百分数；（2 2）若已知显微组织中）若已知显微组织中初晶与（初晶与（+）共晶各占一半，求该合金的成分。共晶各占一半，求该合金的成分。本节重点：本节重点： 1 1、二元相图的基本知识：、二元相图的基本知识： 相图（概念及其建立）；相图（概念及其建立）； 2 2、几种基本的二元相图类型；、几种基本的二元相图类型； 3 3、相图与合金性能的关系。、相图与合金性能的关系。