鉛錫共晶相圖分析

1、-作者xxxx-日期xxxx鉛錫共晶相圖分析【精品文檔】1、  相圖分析圖3-12為一般共晶型的Pb-Sn合金相圖。其中AEB線為液相線，ACEDB線為固相線，A點為鉛的熔點（327），B點為錫的熔點（232）。相圖中有L、a、b三種相，形成三個單相區(qū)。L代表液相，處于液相線以上。a是Sn溶解在Pb中所形成的固溶體，位于靠近純組元Pb的封閉區(qū)域內(nèi)。b是Pb溶解在Sn中所形成的固溶體，位于靠近純組元Sn的封閉區(qū)域內(nèi)。在每兩個單相區(qū)之間，共形成了三個兩相區(qū)，即L+a、L+b和a+b。圖3-12 Pb-Sn二元合金相圖相圖中的水平線CED稱為共晶線。在水平線對應的溫度（183）下，E點成分

2、的液相將同時結(jié)晶出C點成分的a固溶體和D點成分的b固溶體：LE ( aC + bD )。這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變過程稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應。共晶反應的產(chǎn)物即兩相的機械混合物稱為共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反應的溫度稱為共晶溫度，代表共晶溫度和共晶成分的點稱為共晶點，具有共晶成分的合金稱為共晶合金。在共晶線上，凡成分位于共晶點以左的合金稱為亞共晶合金，位于共晶點以右的合金稱為過共晶合金。凡具有共晶線成分的合金液體冷卻到共晶溫度時都將發(fā)生共晶反應。發(fā)生共晶反應時，L、a、b三個相平衡共存，它們的成分固定，但各自的重量在不斷變化。因此，水平線CE

3、D是一個三相區(qū)。相圖中的CF線和DG線分別為Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲線（即飽和濃度線），稱為固溶線?？梢钥闯?，隨溫度降低，固溶體的溶解度下降。2、典型合金的結(jié)晶過程 含Sn量小于C點成分合金的結(jié)晶過程（以合金為例）由圖3-12可見，該合金液體冷卻時，在2點以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相a固溶體，這種從液相中結(jié)晶出來的固相稱為一次相或初生相。勻晶轉(zhuǎn)變完成后，在2、3點之間，為單相a固溶體冷卻，合金組織不發(fā)生變化。溫度降到3點以下，a固溶體被Sn過飽和，由于晶格不穩(wěn)，便出現(xiàn)第二相b相，顯然，這是一種固態(tài)相變。由已有固相析出（相變過程也稱為析出）的新固相稱為二次相或次生相。形成二次相的過程稱

4、為二次析出。二次b呈細粒狀，記為bII。隨溫度下降，a相的成分沿CF線變化，b的成分沿DG線變化，b的相對重量增加，室溫下b的相對重量百分比為：。合金的室溫組織為a+b。圖3-13為其冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖。成分大于D點合金的結(jié)晶過程與合金相似，其室溫組織為b+a。 圖3-13 合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖 圖3-14 合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖 共晶合金的結(jié)晶過程（合金II）該合金液體冷卻到E點（即共晶點）時，同時被Pb和Sn飽和，并發(fā)生共晶反應：183LE （aC+bD），析出成分為C的a和成分為D的b。反應終了時，獲得a + b的共晶組織。從成分均勻的液相同時結(jié)晶出兩個成分差異很

5、大的固相，必然要有元素的擴散。假設首先析出富鉛的a相晶核，隨著它的長大，必然導致其周圍液體貧鉛而富錫，從而有利于b相的形核，而b相的長大又促進了a相的形核。就這樣，兩相相間形核、互相促進，因而共晶組織較細，呈片、針、棒或點球等形狀。共晶組織中的相稱為共晶相，如共晶a、共晶b。根據(jù)杠桿定律，可求出共晶反應剛結(jié)束時兩相的相對重量百分比為：，（注意：此時用的是a+b兩相區(qū)的上沿，而不是三相區(qū)）。共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，隨溫度繼續(xù)下降，a和b的成分分別沿CF和DG線變化，即從共晶a中析出b，從共晶b中析出a，由于共晶組織細，a與共晶a結(jié)合，b與共晶b結(jié)合，使得二次相不易分辨，因而最終的室溫組織仍為（a+b）共

6、晶體。共晶合金的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變過程如圖3-14所示。 亞共晶合金的結(jié)晶過程（以合金為例）該合金的液體在2點以前發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出一次a相。在1點到2點的冷卻過程中，一次a的成分沿AC線變化到C點，液相的成分沿AE線變化到E點，剛冷卻到2點時兩相的相對重量百分比為（用L+a兩相區(qū)的下沿）：，。在2點，具有E點成分的剩余液體（其相對重量為）發(fā)生共晶反應LE （aC+bD），轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等，因而。共晶反應剛結(jié)束時，a、b兩相的相對重量百分比為：，。共晶反應結(jié)束后，隨溫度下降，將從一次a和共晶a中析出b，從共晶b中析出a。與共晶合金一樣，共晶組織中的二次相不作

7、為獨立組織看待。但由于一次a 粗大，其所析出的b分布于一次a上，不能忽略。因此，亞共晶合金的室溫組織為a +（a + b）+ bII。圖3-15為亞共晶合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖。圖3-15 合金的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖 過共晶合金的結(jié)晶過程（以合金為例）過共晶合金的結(jié)晶過程與亞共晶合金相似，不同的是一次相為b，二次相為 a。其室溫組織為b+(a+b)+a。3、組織組成物在相圖上的標注所謂組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。如上面提到的一次a和一次b、二次a和二次b、共晶體(a +b)都是組織組成物，它們在顯微鏡下可以看到并具有一定的組織特征。將組織組成物標注在相圖中(見圖3-16)，可以使標注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。