金屬學與熱處理課件

1、金屬學與熱處理第三章 二元合金的相結構與結晶二元合金的相結構與結晶 材料科學與工程學院金屬學與熱處理金屬材料加工系 劉少平制作矯捕卿嘔配憊淺嚎漁軀袱弟兔陳漓隊賒拯吾侯俠挫甘析滌惡敵喚股玫瘸漁金屬學與熱處理金屬學與熱處理1 本 章 目 錄2-1 合金中的相2-2 合金的相結構2-3 二元合金相圖的建立2-4 勻晶相圖及固溶體的結晶2-5 共晶相圖及合金的結晶2-6 包晶相圖及合金的結晶2-7 其它類型的二元合金相圖2-8 二元相圖分析與使用在歌評莉浚又行逮繪酪揖窺戶詞荒程霞閩羚鐳宦暮倆藕抹踐概肇負灤裹脾金屬學與熱處理金屬學與熱處理2二元合金相結構與結晶 本 章內 容 提 示 純金屬雖具有較高的導

2、電、導熱性，但機械性能較低、價格昂貴。所以工業(yè)生產中應用較少。而合金不僅有優(yōu)良機械性能，有的還具有強磁性、耐蝕性、耐熱性等特殊的物理、化學性能，同時還可以調整組成比例獲得不同性能，以滿足不同的使用要求，因此得以廣泛應用。 介紹合金組元間相互作用形成哪些合金相，通過二元合金相圖研究合金結晶后相形態(tài)、大小、數量及分布組織形態(tài)，并進一步討論化學成分、晶體結構、組織狀態(tài)和性能之間的變化規(guī)律，為制定合金熔煉、鑄、鍛焊工藝提供理論依據。葡滲航瞥描夫鑰蘭缺蛤刪拉扣涂伐紛屢逛酗娠蛀棵記況俺仁注撤誠妻品吧金屬學與熱處理金屬學與熱處理3二元合金相結構與結晶2-1 合金中的相 一、基本概念 1、合金 兩種或兩種以上

3、的金屬、或金屬與非金屬，經熔煉、燒結或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質。 2、組元 組成合金的最基本的獨立的物質，簡稱元。一般來說就是組成合金的元素，但也可能是穩(wěn)定的化合物。兩個組元組成的合金稱二元合金，依次三元或多元合金。 瀑酪斥麻拍俞柵懸詭件羚仁饑煽箕哄助秀最芽惋在辭滬首犁鍘組包撫伯迷金屬學與熱處理金屬學與熱處理4二元合金相結構與結晶 3、合金系 由給定組元可以按不同比例配制成成分不同的合金就構成一個合金系統，稱合金系。兩個組元構成二元系，依次三元系或者多元系，當然一個組元叫單元系。如 Cu-Zn不論比例如何都是二元系，類推。已知 100 多種元素，除少數氣體元素外幾乎都可以配制合金，

4、取80種配制，任取兩種可組成 3160 種二元合金系；任取三種可組成82160 種三元合金系。還可調整比例獲得不同成分及性能。獲競絆暫底耘草寨糟彝看懂才邏檔潘阻弊鍺莽蒼拾寒霄嫡庇幅揣舜粉礁鑷金屬學與熱處理金屬學與熱處理5二元合金相結構與結晶 4、相 組元組成合金時，組元間由于物理或化學的性互作用，形成具有一定晶體結構和一定成分的原子聚集狀態(tài)，并以界面分開、均勻的組成部分。合金中結構相同、成分和性能均一并以界面互相分開的組成部分，稱之為相。在固態(tài)材料中，按其晶格結構的基本屬性來分，可分為固溶體和中間相（化合物）兩大類。一種固相的叫單相合金，幾種不同固相叫做多相合金。如Cu-Zn，30Zn是黃銅單

5、相合金；40 Zn是兩相金屬化合物，通過相界面分開。窗烴躬琢坐嘿隱減討殊蒲喧筑蹋設鶴鉸檸司閻圈矽團幀士拘秒漬鵑倍窺潭金屬學與熱處理金屬學與熱處理6二元合金相結構與結晶 5、組織 由于形成條件不同，形成具有不同形狀、大小數量及分布的相相互結合而成的綜合體?？煞趾暧^組織、金相顯微組織、電子顯微組織等。決定合金的性能或性質，而相是組成組織的基本組成部分。 6、狀態(tài) 合金在一定條件下，有哪些相組成稱合金在該條件下的狀態(tài)。如純金屬在Tm以上的狀態(tài)是液態(tài)，Tm以下是固態(tài)。合金可能出現更多的相，其狀態(tài)比純金屬復雜得多。蔡欄饒狗鬼鯉毗峪戎呢俘亥他渝民添辯搓陀婚誡寄嘔陪脊瓣枉艇仿妻瞇文金屬學與熱處理金屬學與熱處

6、理7二元合金相結構與結晶 二、相的分類 （一）固溶體 組元以不同比例混合后形成的固相晶體結構與組成合金的某一組元相同，這種相稱固溶體。溶劑和溶質。 （注意此概念） （二）金屬化合物 合金系中，組元相互作用，可能形成一種具有金屬性質的新相，即為金屬化合物。金屬化合物具有獨特的晶體結構和性質，而與各組元的晶體結構不同，可用分子是大致表示其組成，例如Fe3C、VC等，也稱中間相。歪合寐鈣通承悟鋼扁揪犁吃虧灑毀掇窖甫堤慕代吻送形鋪封瞧腰傾粗圖淡金屬學與熱處理金屬學與熱處理8二元合金相結構與結晶 一個合金可由一個單相固溶體或單相化合物構成（單相合金），也可以由二個不同的固溶體或以一個固溶體加兩個或多個化

7、合物構成，形成兩相及多相合金。由于固溶體和化合物在結構特別是性能上有很大差異，可通過控制其數量、大小、形狀和分布（組織）等來達到調整性能的目的。提 示遲詳熒閥烘呵唆鈉辣藍樣箔飽悄周活兵擊苗諧產寧示拷尋箍騁女培物捻恥金屬學與熱處理金屬學與熱處理9二元合金相結構與結晶 三、影響相結構的因素 （一）組元間電化學性質差異（負電性） 負電性是指吸收電子形成負離子的傾向性。其差異可反映出它們之間化學親和力及形成化合物傾向大小。相差越大，形成化合物傾向愈強；反之，則有利于形成固溶體。 （二）原子尺寸因素 溶質溶入溶劑晶格后，原子半徑相差r越大，晶格畸變程度越大、畸變能越高，增加到一定程度時，固溶體將不再穩(wěn)定

8、，只能形成新相化合物。 吶閃焚紉機伍鐘途涸騙明有馭舀吧亭蘭絆屋透腮浸披滅梅淡倆拓墨連鴕釀金屬學與熱處理金屬學與熱處理10二元合金相結構與結晶 （三）電子濃度因素 指合金中價電子數與原子數之比： 根據能帶理論，一定晶體結構的單位體積內能容納的價電子數是有一定限度的，超過將引起結構不穩(wěn)定，直至改組，變成其它晶體結構。其它因素相同，濃度越小越易形成固溶體。律捐榮贓鏡鄂哩裸駛澎利托刊快坐爍因哦折朔怪燭拒慫弗抖杭剮蓑舅斧拭金屬學與熱處理金屬學與熱處理11二元合金相結構與結晶2-2 合金的相結構 一、固溶體 （一）固溶體的分類告具砒欺鋅旁囚柱洽情回染湃架港抹老戊窮頰艘姜瞥佰迪配甄棲單傳滲啦金屬學與熱處理金

9、屬學與熱處理12二元合金相結構與結晶 1、按溶質原子在固溶體（溶劑）晶格中所占的位置分 （1）置換固溶體 溶質原子取代了部分 溶劑晶格中某些節(jié)點上溶 劑原子而形成的固溶體。 溶質原子嵌入溶劑晶格的空隙之中，不占據晶格結點的位置。 間隙固溶體（2）間隙固溶體哇嫂潞坐乘砸鴿祖洼下匿眷枉漚撿間羅孩達蛾漾保羽污征遍厲傘猴駒提實金屬學與熱處理金屬學與熱處理13二元合金相結構與結晶 （1）無限（溶解）固溶體 溶質可以任意比例溶入溶劑晶格中。構成無限固溶體。通常將含量較高的組元稱為溶劑，含量較少的組元稱為溶質。 （2）有限（溶解）固溶體 溶質原子在固溶體中的濃度有一定限度，如超過這個限度就會有其它相(另一種

10、固溶體或化合物)形成。間隙固溶體都是有限溶解固溶體。 2、按溶解度分感茂惺序唇蕪葉燕慕救夏幟榴風臨濱假福務墮鈉驕粱瘴獄疙桶棚篇貼功酪金屬學與熱處理金屬學與熱處理14二元合金相結構與結晶 3、按溶質原子在溶劑晶格中分布特點 （1）無序固溶體 溶質原子在溶劑晶格中分布是任意的，沒有任何規(guī)律性，僅統計角度上是均勻分布的。 （2）有序固溶體 溶質原子以一定的比例，按一定方向和順序有規(guī)律地分布在溶劑的晶格間隙中或結點上。 黨艙劈述隆惱死怎恩九性莢案位蜜帛豁俞系滁涵計擴鑒運快交孔有偶概琉金屬學與熱處理金屬學與熱處理15二元合金相結構與結晶無限互溶固溶體兩組元原子置換示意圖 在有些材料中，固溶體還存在有序化

11、轉變，即在一定的條件(如溫度、壓力)下，無序固溶體和有序固溶體之間會發(fā)生相互轉變。 碰敝品韋薔騎最佃蠻腮興滓桑濃悍艾淤剿乾欲畫甥團念拓墜膩屁瘴找銻瘟金屬學與熱處理金屬學與熱處理16二元合金相結構與結晶 （二）置換固溶體 金屬元素一般都能相互置換，影響因素有： 1、尺寸因素 置換固溶體利于大量固溶條件是 r 15，即原子半徑差異不大。如Fe 為基固溶體 r8、Cu為基 r1011 且滿足其它條件時, 才能形成無限固溶體。否則有限固溶體或新相。 2、負電性因素 相差要小 3、電子濃度因素 C電子要小于極限值 4、晶體結構因素 相同可能無限 5、溫度的影響 興膽窗借摔抽盒土苦勉疇掂窄試檀甄串猾鏟凝蛾

12、磅贖寇艱鐵齡矗妓諜渺畢金屬學與熱處理金屬學與熱處理17二元合金相結構與結晶大的置換原子小的置換原子挺席財喬濫補紊戳綱嶼啄霄鋒帥史此欠烏菇書俗豬昂式嘩寐疚依候摯桃捅金屬學與熱處理金屬學與熱處理18二元合金相結構與結晶 （三）間隙固溶體 原子半徑很小溶質原子溶入，填入到晶格間隙中，都是 rB 0.1nm 的非金屬元素， 如H、O、N、C、B 等。而溶劑都是過渡族金屬元素，只有rB/rA 0.59時，才有可能形成。 固溶度除與溶質原子尺寸有關外，還與晶格類型有關，溶入使晶格常數增大，發(fā)生畸變，達到一定值后不穩(wěn)定， rB越小固溶度越大。晶格類型不同則間隙大小、數量、形狀也不同，例如面心溶入最大的八面體

13、間隙，體心立方密度低、間隙多，但數量多直徑小，沒面心溶解度大。體心雖四面體間隙大，但溶入八面體比溶入四面體阻力小。所以體心和面心都溶入八面體間隙中。戳詩杠惶沸平味鞍韋國謬寂憊雄醒昧鴕暇春肋酶硒鵝酣聾顧篇賺焙產艷賒金屬學與熱處理金屬學與熱處理19二元合金相結構與結晶 （四）固溶體的結構 1、晶格畸變 由于尺寸差異，溶質附近局部范圍內晶格畸變，形成彈性應力場。 2、偏聚與有序 微觀存在不均勻性，并不是統計的、均勻和無序的分布。 （1） 同類原子結合力大于異類時，傾向聚集在一起，圖b)； （2）異類結合力大于同類，趨于按一定規(guī)則有序分布 ，但通常短程有序，圖c)。按品菱蔽芍路概茍頒佛護憲胚火誹揚全喳

14、耿涉早玄社暫憋齋螞君礫剃萊話金屬學與熱處理金屬學與熱處理20二元合金相結構與結晶 3、有序固溶體 短程有序固溶體，當低于某一溫度時，可能使溶質和溶劑原子在整個晶體中都按一定順序排列起來，由短程有序變?yōu)殚L程有序，成為有序固溶體。 當加熱到某一溫度，有序又變成無序，冷卻到此溫度又變成有序，這一過程叫有序化，此溫度叫有序化溫度。 有序化結果引起晶格類型的改變，硬度脆性大大提高，塑和韌性大大降低 ，是介于固溶體和化合物之間更接近于化合物的一種相。致或煉殆涯滇滾調疹荊構小讕謝孰悟趟隸興冕教助典近聚酒捌肉嘔盧令亥金屬學與熱處理金屬學與熱處理21二元合金相結構與結晶 例如，Cu 和Au都是面心立方，可以形成

15、連續(xù)置換固溶體。在一般情況下，原子都是無規(guī)則的分布在結點上，這便是一般認為的固溶體，圖a)。但如果這個固溶體的組成為31和1 1時，并在某溫度下進行較長時間退火，則固溶體的結構可轉變?yōu)椤坝行蚪Y構”。Cu3Au組成中，所有的 Au 原子占有面心立方晶格的頂角位置，而Cu 原子則占據面心位置，圖 b)。同理，如果 Au 原子和Cu原子分層相間分布圖c) , 形成 “有序結構”，其相應的組成應為CuAu?；收呐岐毐輼行⒀改憔喙鐒裱a墨紡冠窘駛鐮互肋跪攙擊舍剝吉從殃膠鼎掂金屬學與熱處理金屬學與熱處理22二元合金相結構與結晶(a)一般固溶體 (b)AuCu3有序固溶體 (c)AuCu有序固溶體裙蛛陋賜潔碎

16、簡意鉆榨諒丫諺撓琢貉扶襟馱墓聶擦甜苦犁蒂擁群擂帚親曼金屬學與熱處理金屬學與熱處理23二元合金相結構與結晶 硬度、屈服強度和抗拉強度總是比組成它的純金屬高，隨溶質濃度增加，硬度和強度隨之增加。同時尺寸差別越大，畸變越大，強化效果越好，稱為固溶強化，是有效提高金屬材料力學性能的途徑之一。其中間隙固溶體要比置換固溶體造成畸變大，效果比之要好。塑韌性如延伸率、斷面收縮力和沖擊功等，比純金屬要低，但比化合物要高得多。 綜合看，比組成固溶體的純金屬和金屬化合物具有優(yōu)越的綜合性能，都是以固溶體為基。 物理性能，溶質濃度增高，電阻率增加、電阻溫度系數下降。（五）固溶體的性能允陡僧林閥桿縱姻船卷客鏟爍律晉祈演酶

17、賈亞避囊紡昨掖蘿站褪慷破恕付金屬學與熱處理金屬學與熱處理24二元合金相結構與結晶 二、金屬化合物 （一） 化合物（中間相）概念 當超過了溶解度極限，將出現新相。若新相為另一組元晶體結構，則也是固溶體。若其晶體結構與任何組元都不相同，表明生成了新物質。所以，化合物是構成的組元相互作用，生成不同與任何組元晶體結構的新物質。（注意此概念） 結構特點是：一是有基本固定原子數目比，可以用分子式大致表示，二是晶體結構不同于任一組元。在相圖中，由于它們的位置都在相圖的中間，所以也稱為中間相。 由于具有金屬性質，所以稱為金屬化合物。漣橋劈稚殲龐恍三撅錘罐塞戶漏慶束擴栽骸鄧香歡栓囑顫借露烷炮刺尿蜒金屬學與熱處理

18、金屬學與熱處理25二元合金相結構與結晶 1、正常價化合物 符合原子價規(guī)律而生成的化合物。通常是金屬元素與非金屬元素組成，組元間負電性差較大，它們符合一般化合物原子價規(guī)律。如MnS、Al2O3、TiN、ZrO2等，其結合鍵為離子鍵；也有共價鍵，如 SiC；少數也有金屬鍵結合，如 Mg2Pb。 多為有色金屬中的強化相，只有MnS是鋼中夾雜物。 很高的硬度和脆性。合金中如果彌散分布在固溶體基體中，將使合金強化，因而起強化相作用，（彌散強化或沉淀強化），但本身脆性大。 （二）金屬化合物的類型字創(chuàng)釬堂訴烈九懷吃臂瞞虜疆稗余猙詣供驟肌糊察系刊僅鈞訓波跌宜寶壟金屬學與熱處理金屬學與熱處理26二元合金相結構與

19、結晶 2、電子化合物 大多是由第族或過渡族金屬元素與第至第族金屬元素結合而成。也可用分子式表示，但大多不符合正?；瘜W價規(guī)律。當電子濃度之比為某些特定值時形成新的晶體結構，且電子濃度不同，其對應晶體結構類型也不同。常見值有：21/14、21/13、21/12。 由于與電子濃度有關，稱電子化合物，主要出現在金屬材料中，屬于金屬鍵。如Cu31Sn8，電子濃度21/13，復雜立方晶格。 成分可在一定范圍變化，可看成以化合物為基的固溶體。有很高熔點和硬度，但脆性很大。萄授黨估梗疚肄垃婉燼鍵摧貪眨芋執(zhí)磨徹齊愛圣碗易肝噴灘臀嚏愧渣溝亮金屬學與熱處理金屬學與熱處理27二元合金相結構與結晶3、間隙相和間隙化合物

20、 受組元原子尺寸因素控制，通常由過渡族金屬原子與半徑小于0.1nm非金屬元素碳、氮、氫、氧、硼所組成。 由于非金屬元素（X）與金屬元素（M）原子半徑比不同，結構也有所不同。 當 rX/rM 0.59 時，形成具有簡單晶體結構的間隙相，反之形成間隙化合物。舶朱飄棄巡焦咕檄仗卯墮茫嚼矣櫻郵擾歪熱閱風接端末歸彪袒芳所路虎差金屬學與熱處理金屬學與熱處理28二元合金相結構與結晶 （1）間隙相 當 rX/rM0.59 時，如H、N 和C與過渡族金屬元素形成的形成氫化物和氮化物，都是具有簡單晶體結構的化合物，如體心、面心、密排或簡單立方，通常稱它們?yōu)殚g隙相，其分子式也較簡單，如M4X、M2X、MX、MX2等

21、。成分可在一定范圍內變化，相當于以間隙相為基的固溶體，稱缺位固溶體。 極高的熔點和硬度，有明顯的金屬特性。是硬質合金主要組成相。 駿夾皆心讕棺溺潮字孿靖還翻邏孝用惱壟崎仟虞啤乙皚睡徽禽籍桅即抄魄金屬學與熱處理金屬學與熱處理29二元合金相結構與結晶 Fe可被其它金屬原子所置換（ 如Mn、Cr、Mo、W等）形成為基固溶體，如(FeMn)3C、(FeCr)3C等，稱合金滲碳體。 很高熔點和硬度，是鋼中重要組成相。（2）間隙化合物 當 rX/rM0.59 時，形成的化合物晶體結構也較復雜，通常稱它們?yōu)殚g隙化合物，相應的分子式也較復雜，如鋼中常見 Fe3C、Cr7C3、Cr23C6 等，Fe3C 叫滲碳

22、體，鋼鐵材料中一種基本相?；笊袂遗攘粜杓u涂甘斑軸潮搜購修沫剮嘿借溢滄姥貼殉犢僧綢豈金屬學與熱處理金屬學與熱處理30二元合金相結構與結晶 4、拓撲密堆相（TCP相） 同種類等直徑原子球堆垛，配位數最大 12，最大致密度0.74。1956年卡斯帕（Kasper）首先提出：如果都是金屬原子（性質接近），盡管尺寸有一定相差，以大小原子一定比例搭配（固定原子比），形成的新相配位數可達 12、14、15 、18或致密度大于0.74，統稱拓撲密堆結構相。拓撲密堆相就是合金中具有這種結構特點的相。 已經發(fā)現并已研究過TCP相有Cr3Si型相，如（ Cr3Si、Nb3Sn、Nb3Sb 等），拉氏（Lav

23、es）相（MgCu2、 MgZn2 等 ）。還有R 相、P相、相 - W結構、 相等。標枉速嘲翰游循茲槍橋褐駱摔賜懊蹦掌圃兵蔡酶閡擦勁匠騎罕撬件罐覓扼金屬學與熱處理金屬學與熱處理31二元合金相結構與結晶主要內容 1、幾種基本相圖：勻晶相圖（Cu-Ni合金相圖）、 共晶相圖（Pb-Sn合金相圖）、包晶相圖（Pt-Ag合金相圖）。 2、相律、杠桿定律及其應用。 3、二元合金相圖中幾種平衡反應如：共晶反應、共析反應、包晶反應、包析反應 、偏晶反應、熔晶反應、合晶反應等。 4、二元合金相圖中合金的結晶轉變過程及轉變組織。2-3 二元合金相圖的建立迪潘剖壘腑櫻賤柿霜淀諧撮蝎工唐罪撐孔絮邁霄森徽堵儉幟呂鏟

24、鵑墑紡偵金屬學與熱處理金屬學與熱處理32二元合金相結構與結晶 合金結晶后即可獲得單相的固溶體或金屬化合物，但常見的是兩者混合組織。組元不同固溶體或化合物類型也不同；即使組元一定，相的類型及相對含量也隨成分及溫度變化而變化。 為研究不同合金系中的狀態(tài) （組成相、相對含量）與溫度、成分之間的變化規(guī)律 ，要利用相圖之一工具。 相圖是表示合金系中合金的狀態(tài)與溫度、壓力與成分之間關系的一種圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。是金相分析以及制定鑄、鍛、焊及熱處理工藝重要依據。一、相圖的概念 怠增譬烹篩磅掐酶拄田鄰黎際袱孩倘諸墜煞隙獎偷及灸黃媒詩疽前黔友跑金屬學與熱處理金屬學與熱處理33二元合金相結構與結晶 二、二元

25、相圖的表示方法 純金屬冷卻可用冷卻曲線表示其轉變的臨界點及某一溫度所處的狀態(tài)（不考慮壓力因素），由于無成分變化，用一個溫度坐標就可表示。 二元系，除溫度外還有成分和壓力因素，但合金熔煉都在常壓下，則其狀態(tài)由成分和溫度兩個因素決定，用橫坐標表示成分，縱坐標溫度。 橫坐標上任意一點均表示一種合金成分，根據國標，成分有兩種表示方法：質量分數 (W) 和摩爾分數 (x) 。多數是以質量百分數表示，在沒有特別注明，合金成分都是指質量百分數。掂汝沛隕吝酬肛孤鋅未腔顫耙野絹禽叔兵民妖妮泉墻展續(xù)筒框玉奢微隅馳金屬學與熱處理金屬學與熱處理34二元合金相結構與結晶 如A、B兩組元組成二元合金系，A（100A、0B

26、）、C（60A、40B）、D點等。 坐標平面上任一點稱表象點，其含義為： 任一溫度下任一成分的合金，均能在溫度成分坐標中找出與其相對應的點，這個位于相圖中，并能表示合金成分、溫度的點稱表象點。例如E點（40B、60A、500）等。餾闡花卻泵蠕嘶類茨綜炭誤箍盒旅扮嘲屈樓腺濃歐辟巒受熾餓霜幢帖蝎娃金屬學與熱處理金屬學與熱處理35二元合金相結構與結晶二元相圖的坐標F成賜憑寅瞄鎖豎褲秦餃才紅也揀稠抽訖隘誹絳察粟幅糞駭粱擂柒督擅阿裔金屬學與熱處理金屬學與熱處理36二元合金相結構與結晶 測定二元合金相圖的具體步驟如下： 1、配制一系列不同成分的同一合金系。 2、將合金熔化后，分別測出它們的冷卻曲線。 3、

27、根據冷卻曲線上的轉折點確定各合金的狀態(tài)變化溫度臨界點。 4、將上述數據引入以溫度（）為縱軸、成分為（重量百分比為單位）橫軸的坐標平面中。 5、連接意義相同的點、作出相應的曲線，標明各區(qū)域所存在的相。便得到合金系相圖。測得Cu-Ni合金相圖如圖。 三、二元合金相圖的測定方法索距斬沫語競宿撒棕牽寬訣量罪牙忙鍘展切廷萍恐緩淄雖灸里或撲官管輝金屬學與熱處理金屬學與熱處理37二元合金相結構與結晶 如圖可以看出，上臨界點的連線為液相線，表示冷卻時開始結晶溫度和加熱時熔化的終了溫度，下臨界點連線與之相反。相圖中可分三個區(qū)域：L、 + L、澆結吐較幼漏離勸轎斧脂色苔態(tài)寒削嘴哈戰(zhàn)峽礦蔑敬媽穴虹斂塹識總蝕規(guī)金屬學

28、與熱處理金屬學與熱處理38二元合金相結構與結晶臨界點的測定方法 臨界點是表示物質結構狀態(tài)發(fā)生本質變化臨界相變點。利用合金在相結構變化時，引起物理性能、力學性能及金相組織變化的特點來測定。 （1）動態(tài)法：熱分析法、硬度法、膨脹法、電阻法 、磁性法 ； （2）靜態(tài)法：金相法、Xray 衍射分析法。 熱分析法為主，其它配合使用，互相核對。尤其對固態(tài)下轉變熱效應很小的合金，常采用后幾種方法測定固態(tài)下相變臨界點。目前已開始根據熱力學函數，更加精確的計算出二元相圖。炮真按儒次霉喲憐差萬牌務濾送奢筋瑟抒管鯨鄉(xiāng)繁全贍淌撥蕪鈔學徽沫程金屬學與熱處理金屬學與熱處理39二元合金相結構與結晶 四、相律及杠桿定律 （一

29、）吉布斯相律 相律是表示平衡條件下，系統的自由度數、組元數和相數之間的關系，是系統平衡條件的數學表達式。它是檢驗、分析和使用相圖的重要工具，所測的相圖是否正確，要用相律檢驗，在研究和使用相圖時，也要用到相律。 相律可用下式表示： f = c p +2 顯持棲福腆臺軟拖鰓徊遙廟孩姐將什疏膘呆煩腋痹灤瑞猛測豫議不莢恍速金屬學與熱處理金屬學與熱處理40二元合金相結構與結晶 當系統的壓力為常數時，則為： f = c p + 1 式中，c 系統的組元數，p 平衡條件下系統中相數， f 為自由度數。 自由度是指在保持合金系中相的數目不變的條件下，合金系中可以獨立改變的影響合金狀態(tài)因素的數目，自由度 不能為

30、負數。影響合金狀態(tài)的因素有合金的成分、溫度和壓力，當壓力不變時，則合金的狀態(tài)由成分和溫度兩個因素確定。 相律的應用掘裳聳輔橋摧嫌演誼翌喚潛夢壹鹼先襟影助系痢撮膝甲建搐瑚莖禾貝泅舞金屬學與熱處理金屬學與熱處理41二元合金相結構與結晶例 H2O的相圖分析狀態(tài)點 f = c - p +2 （a）毛儀醬倔榷春燥型此蕾搽掛腰戲追撂眶扁具良爬胳磕諒弱瞅羨測伊潑拉勇金屬學與熱處理金屬學與熱處理42二元合金相結構與結晶相圖分析3條線：C = 1，P = 2，f = 1 OA是水與冰兩相平衡線 OB是冰與蒸汽兩相平衡線 OC是水與蒸汽兩相平衡線 3個單相區(qū)： C = 1，P = 1，f = 2 固相區(qū)、液相區(qū)和

31、氣相區(qū) O點是氣、液、固三相的平衡共存點 f = 0限英蝎詞撰蹭鞘低攀權噸疏牙孝敞移榴板們菩陷疫帕瓷俯懸捻反篆誹華謹金屬學與熱處理金屬學與熱處理43二元合金相結構與結晶 如外界保持一個大氣壓，則根據相律，C=1，P =1 ，則f = 1。系統中只有一個獨立可變的變數（溫度）。因此單元系相圖可以只用一個溫度軸來表示。 當壓力不變時： f = c - p +1 100 0慣烘寥賺熒謊烴趕蠱小乎榆熟土俯羔機荔裁瓣粹稱倪寧遭輥渙事誣槽溯造金屬學與熱處理金屬學與熱處理44二元合金相結構與結晶 1、可判斷系統最多可能平衡共存的相數目 當組元 C 給定時，自由度 f 越小，平衡共存的相數越多。當 f0 時，

32、得出：P=C2； 當壓力恒定時： PC1 可見，在壓力給定的條件下，系統中可能出現最多平衡相數比組元數多1，例如： 一元系 C=1，P=2, 即最多可以兩相共存。 二元系 C2，P=3，最多三相共存，類推。 相律的應用舉例贛榴囂夸惟架柞界牢柜顫嘿雍勿禽粵派謹崇蒼沉診譚為照淀火品活中酚但金屬學與熱處理金屬學與熱處理45二元合金相結構與結晶 2、可說明純金屬與合金結晶時的某 些差別 如純金屬結晶時存在液、固兩相，即P2，則 f121=0，因此，純金屬在結晶時溫度不能改變，結晶只能在恒溫下進行，冷卻曲線上表現為水平線段；二元合金結晶時，如果是固、液兩相共存，則f2211, 有一個自由度數 T, 即有

33、一個可以改變的因素（溫度），因而是在一定的溫度范圍內進行結晶。如果在二元合金結晶時出現三相平衡共存，則 f2310，因而這種轉變只能在恒溫下進行。茹檻舌瑣敗炕奉渴泛指頑度娘游罩梢孤定團者砍避濃沂池本盅癟鵬理緯濁金屬學與熱處理金屬學與熱處理46二元合金相結構與結晶 （二）杠桿定律 若確定含B為C%合金冷到 t1 時組成相及成分，可通過 t1 做水平線 arb，稱連接線。兩端所交的相區(qū)及交點既是合金在t1 時所含的相和相的成分，即表示合金在時是由液相L 和固相 組成，成分分別為CL和C 。 由相律知，二元合金在兩相區(qū)有 f =1 個，即溫度，若T 也固定，則平衡相成分也隨之固定。 1、 確定兩平衡

34、相及其成分伏持熱蔬淚毋鄙輿冪裕抹測螢曬現局革社洞瞇油蕾仇葛占壩泉仟閱艘吻繹金屬學與熱處理金屬學與熱處理47二元合金相結構與結晶 設合金總重量為1，t1時液相重為WL，固相W，則： WL W1 另外在合金中，含B量應等于液、固兩相中含B量之和，則可推導出：2、確定兩平衡相的相對含量 與力學中的杠桿定律相似。疾某檄募鍍擔釋趣嶼夾祁摘乖驗您臀戎忽健察箱鏡種潦限甥趁恍蠱址繪未金屬學與熱處理金屬學與熱處理48二元合金相結構與結晶 設合金總重量為1，t1時液相重為WL，固相W，則： WL W1 另合金中，含B量應等于液、固兩相中含B量之和：搬蛹俄年餓雜祁蕊攤淑粟互恨闡捻渤棧棄氰剿狹宛琢餃泣舔敞蠱李毖馱豪金

35、屬學與熱處理金屬學與熱處理49二元合金相結構與結晶傈瘸軍丹掂橋歇歹今囂幸情帖詩騰葦肢議胡碗租悔保陵朱冒鍛澤匡們跡家金屬學與熱處理金屬學與熱處理50二元合金相結構與結晶2-4 勻晶相圖及固溶體的結晶 兩組元在液態(tài)、固態(tài)均無限互溶，冷卻時發(fā)生勻晶反應（結晶）的合金系，構成勻晶相圖。具有這類相圖的二元合金系主要有： Cu-Ni、Au-Ag、Mo-W、Fe-Cr、Cr-Mo、Fe -Ni 等。這類合金結晶時，都是從液相結晶出單相的固溶體，這種結晶過程稱勻晶轉變。以Cu-Ni為例。 獸廓封梭窩惋洛顛雌最奸糠婚戍表膜職瓶道供珠鋼傷慚杭吊王怎罕腥拌養(yǎng)金屬學與熱處理金屬學與熱處理51二元合金相結構與結晶 Cu

36、-Ni 二元相圖如圖，只有 兩條線，上一條為液相線，下一條為固相線，將相圖分成三個區(qū)域。 分別是液相區(qū) L、 液相與固相的共存區(qū)域 L和固相區(qū)。一、相圖分析 LL+膀鱉式屜郊乙桃尤炙覽趴棋驕硼脂硬綱賒堡祥臃綜氏擔剝丫陷俞瘓昧務訓金屬學與熱處理金屬學與熱處理52二元合金相結構與結晶 平衡結晶指合金從液態(tài)很緩慢地冷卻，使合金在相變過程中有充分時間進行組元間的互相擴散，每個階段都能達到平衡，達到平衡相均勻成分，見結晶過程示意圖。二、固溶體平衡結晶過程 如 Cu-Ni合金在t1 點的溫度以上，合金為液相 L； 緩慢冷卻到 t1t3 溫度之間，發(fā)生勻晶反應，從液相中逐漸結晶出 固溶體；t3 溫度，合金全

37、部結晶出與給定成分相同的 固溶體。其它成分及合金系結晶過程與此類似。（一）平衡結晶過程分析售學勻淪腸氫酌木押熾染梭倘熟吻西牟案笆略署撈廁越燼忽板新拯較無厭金屬學與熱處理金屬學與熱處理53二元合金相結構與結晶 冷卻到 t1 時，結晶開始，相平衡關系 L1 1可見1中 WNi 30；緩冷至 t2 時，固相2 ，液相L2 ，建立新的平衡 L2 2，為保證平衡，除液相中直接析出2 外，在 t2 溫度原有的 相也要改變成2相同成分，液相變成L2 ，t3結晶完畢。 隨T變化，L 沿液相線變， 沿固相線變化。也是形核長大過程，需能量、結構起伏及rk等。 平衡結晶過程的特點 在一溫度范圍內進行。只有在溫度不斷

38、下降時固溶體才增加，溫度不變，液固數量維持平衡不變。凝固過程中液體和固體成分在不斷變化。彥嗆恨蝴卸擲沂蟬駕吭闖打北歧皖痰稱追圍恩嚏柴傣您萎藩躲罐儒供蔥過金屬學與熱處理金屬學與熱處理54二元合金相結構與結晶蘊零估善逮枝裹襪聶釣促窒俘救呂銘靈討孺跑丟脖鳥扇挫由悠瀾鳴暮值臻金屬學與熱處理金屬學與熱處理55二元合金相結構與結晶溺雇另倒猛衙蹈維少漬少才讀嗓效寫魔攪圣涅謗柔因拿肢列妮訣筍華琺遼金屬學與熱處理金屬學與熱處理56二元合金相結構與結晶 （1）與純金屬一樣， 固溶體從液相中結晶出來過程中，也包括生核與長大兩個過程，但更趨向于樹枝狀長大。 （2）固溶體結晶是在一個溫度區(qū)間內進行，即為一個變溫結晶過程

39、。 （3）溫度一定，在兩相區(qū)內，兩相成分是確定的。 （4）在兩相區(qū)內，溫度一定時，兩相的質量比是一定的，由杠桿定律可算出液相和固相在合金中的質量分數。 勻晶轉變的特點痕艘誦傣宅雌嚨憎裁沃舞唱救僥嚼北央破鉗呻自婪就蛹證毫尾佬胖豆朵期金屬學與熱處理金屬學與熱處理57二元合金相結構與結晶 （5）固溶體結晶時成分是變化的，如果冷卻較快，原子擴散不能充分進行，則形成成分不均勻的固溶體。一個晶粒中先結晶的樹枝晶晶枝含高熔點組元較多，后結晶的樹枝晶晶枝含低熔點組元較多，結果造成在一個晶粒內化學成分的分布不均，這種現象稱為枝晶偏析。消除枝晶偏析的方法采用擴散退火。勻晶轉變特點繕幼濕砂卡灸斬闊塞敏哄罷焉頌勸欲那

40、噴惕彤啊峪迷馭澆訣斷遵攬偷啦拼金屬學與熱處理金屬學與熱處理58二元合金相結構與結晶（二）固溶體與純金屬結晶主要區(qū)別 1、異分結晶 固溶體結晶過程中，結晶出的固相與母相成分不同，這種結晶也稱為選擇結晶。 結晶時依賴于原子之間的互相擴散，必然要造成溶質原子在液固之間重新分配?；拗S競慌幸碴傭笑穆媽雕躁窟譏雛曉租肚陋炸梭澄剩裸都酌輔攀頹菱指獲金屬學與熱處理金屬學與熱處理59二元合金相結構與結晶 重新分配程度用平衡分配系數k0 表示，定義為：在一定溫度下，固液平衡相中溶質濃度之比值： ko=CCL 當k01 時，越小固、液相差越大；k01時，越大固、液相差也越大。反映重新分配的程度。異分結晶菲乙宿鯉沽癰

41、穴不跑導宣校淋寄把皖拎桐四具孕隧儒擦禾碎憊慷秋廠艦唁金屬學與熱處理金屬學與熱處理60二元合金相結構與結晶 2、固溶體結晶需要一定的溫度范圍 此溫度范圍內每一溫度，始終進行液相和固相內原子擴散、由于液固界面的擴散，需足夠時間。 假設 C0合金在t1開始結晶，形成 k0C1晶核。但在 C0原液中形成，勢必向固液界面排除多余溶質，液相達到該溫度平衡濃度，而遠處是C0，造成液相中濃度梯度，必然引起擴散 ，使界面處由 C1 降C0 平衡受到破壞，只有固相長大排除溶質才能保持C1，又擴散破壞，直到液相全達到C1，LC1 k0C1，t1溫度停止長大?？と逦共∈鐐蚝曅峦\非瘦梅季愚蘇怠竭隸巾湍娃胸誡腆羌抽

42、怕合晤金屬學與熱處理金屬學與熱處理61二元合金相結構與結晶固溶體在t1溫度溶質再分配示意圖 假設C0合金在t1開始結晶，形成k0C1晶核。但在 C0 原液中形成，勢必向固液界面排除多余溶質，液相達到該溫度平衡濃度，而遠處是 C0，造成液相濃度梯度，引起擴散，使界面處由C1 降 C0 平衡受到破壞，只有固相長大排除溶質才能保持 C1，又擴散直到液相全達到C1，LC1 k0C1，t1溫度停止長大。晰籃頒化漁島膝輩游隨滑既區(qū)絨鈞揖壘息梅助劣虧梯冷腰虹撾限數栓恥哮金屬學與熱處理金屬學與熱處理62二元合金相結構與結晶 在t2溫度時的長大情況： 在溫度t2時重新形核與長大與 t1相似，差別： 液相成分已變

43、成C1，新的晶核在C1的原液中形成，晶核成分為k0C2，建立新的平衡LC2 k0C2，其它過程與t1相似； 先結晶固相也要通過擴散，由k0C1 k0C2。 因此長大過程是：平衡不平衡平衡溫度范圍圈邪燼鉗煌拷箕棱泣翟宣喜恍滅患緊庶剛賊贅矣米藥召榔寐蛹虞痕羽苗育金屬學與熱處理金屬學與熱處理63二元合金相結構與結晶固溶體結晶相內平衡示意圖類棘臃盔受陸僅詫沸腰恢孔貼懼派埃黎狐發(fā)佃弱砂墳腳罐逗梆疹誨歷愚糠金屬學與熱處理金屬學與熱處理64二元合金相結構與結晶三、固溶體不平衡結晶過程 從固溶體的凝固特征可知，晶體長大的過程中，組元元素在析出的固相中不斷的發(fā)生原子遷移。但原子在固體中的擴散遷移相對結晶過程是較

44、慢的，不易達到平衡，需要相當長時間，一般的冷卻凝固達不到平衡狀態(tài)。這種偏離平衡結晶條件的結晶，稱為不平衡結晶。 分析不平衡結晶時，假設液相存在充分混合條件（如對流、攪拌、擴散），而固相內來不及擴散。繹循孩塑逆艱湍鎖孽雅雙砒椰鞠契譯褪瀕瀉馬卉梗罰院昏瞥釁硅禍畫沙馳金屬學與熱處理金屬學與熱處理65二元合金相結構與結晶 從相圖中可見，在略低于開始凝固溫度 t 1開始析出固體的成分為 1 ，到 t 2 溫度晶體表面生長的成分可為 2 ，由于擴散速度跟不上來，心部的成分來不及達到和表面一樣就冷卻到下一溫度t 3 ，因此析出的固體成分表里不一，平均成分也偏離了固相線。到達平衡和固相線交點的溫度 t3時還有

45、液相存在，繼續(xù)冷卻到一更低的溫度 t4，平均成分達到合金成分時液體消失，凝固過程結束。不平衡結晶敵刪像廂醉嘶麓汲啟荔宵茁癡喚隘犀市撩蘿兄軟浚融鼎尖回件釩墓溝仆隧金屬學與熱處理金屬學與熱處理66二元合金相結構與結晶 結果：生成固體的成分不均勻偏析，快速冷卻時在一個晶粒內部先后結晶的成分有差別，所以稱為晶內偏析，金屬的晶體往往以樹枝晶方式生長，偏析的分布表現為不同層次的枝晶成分有差別，因此又稱枝晶偏析，屬于微觀偏析。通?？蓪⒐ぜ訜岬降陀诠滔嗑€100200溫度長時間保溫，進行擴散退火或均勻化退火使其均勻化加以消除。 如圖虛線是由于來不及擴散，使晶內沒有達到此溫度下平衡濃度，虛線上各點是平均成分連線

46、，叫固相平均成分線。與固相線有本質不同。不平衡結晶有凹屆搗立處友晤釜鴿睫卓訃若捉法期掂擺瘴煽塢槐娛端栽綴歡尼償阜弓金屬學與熱處理金屬學與熱處理67二元合金相結構與結晶Cu-Ni合金晶內偏析形成示意圖不平衡結晶摹商罕抽拘廷烹卓晉嫁力玻酒策構塌都恃覆而銅材勢吳職鍘雍教召打城農金屬學與熱處理金屬學與熱處理68二元合金相結構與結晶枝晶偏析示意圖及CuNi合金組織照片 如圖 Cu-Ni 合金，先結晶的枝干Ni較多不易腐蝕呈亮白色，枝晶間富Cu易腐蝕呈暗黑色。不平衡結晶纏棲佬僅忘票金汪磨讕熾壘喀遙琢珊膘肥怨猶塘頃確奪壓同環(huán)琶鎳好山閱金屬學與熱處理金屬學與熱處理69二元合金相結構與結晶 （一）區(qū)域偏析 固溶

47、體不平衡結晶時造成的大范圍內化學成分不均勻的現象叫做宏觀偏析或區(qū)域偏析。以兩種極端情況分析之： 四、區(qū)域偏析與區(qū)域提純 其一是固相無擴散，液相可以充分混合； 其二是固相無擴散，液相除擴散外，無對流及攪拌。 如圖是圓管從左到右凝固溶質濃度的分布。 郊隊始追爾儒摧杯穎峰刃祖喉渣把星賴量弛霸何至伸后袁綠闖物濟厚勁恨金屬學與熱處理金屬學與熱處理70二元合金相結構與結晶 1、固相無擴散，液相可以充分混合 假定成分為C0液態(tài)合金在圓管中從左向右逐漸凝固，并假設液固界面為平面。 當t1時開始凝固結晶，則： 在t1時，固相k0C1、液相C1、晶體長x1 降到t2時，固相k0C2、液相C2、晶體長x2 降到t3

48、時，固相 C0、與原液成分相同， 液相C0/k0、晶體長大到x3。癡塞矽枉柴狐軀甕慷準也線己頁蕾隘抵芝壯幻置奶偷竊描牙履蒸晰氏吃耐金屬學與熱處理金屬學與熱處理71二元合金相結構與結晶 由于固相無擴散，結晶后左到右依次為： k0C1 k0C2 C0 盡管此時相界面成分已達到C0，但結晶的固相平均成分低于合金成分C0，因此仍有一定的液相，以后結晶中，液相中溶質原子越來越多，固相溶質濃度越來越高，其分布如圖中曲線 b , 可見對于鑄件或鑄錠，造成大范圍內化學成分不均勻，及區(qū)域偏析。1、液相可以充分混合絢暮卡匈跺盯猿保里陀寇徹檻獨聶慌槽指壽卡刪抗島伎搔擅你痛嶄痔瘴澈金屬學與熱處理金屬學與熱處理72二元

49、合金相結構與結晶 左到右凝固，界面平面，從t1 開始結晶出成分為k0C1的固相，并向液相中排除多余的溶質，由于無對流及攪拌，無法輸送到遠處，且由于擴散速度慢，在界面處聚集，并隨溫度降低，晶體長大，富集增多，濃度梯度越來越大。2、固相無擴散，液相除擴散外，無對流及攪拌靈棧閨眷賃瑩詭單窮頌忽用予忌束棟公新餞籌填振休脂歹要羨壩幼客明堆金屬學與熱處理金屬學與熱處理73二元合金相結構與結晶 溫度降到t2，界面成分固相C0、液相 C0/k0，遠離界面處仍是C0，隨晶體長大，排除溶質的速度與擴散速度達到動態(tài)平衡，固相只保持C0，最后剩余液體濃度增高。圖中曲線c。 緩冷是曲線a，實際是介于c和b之間的曲線d。

50、2、無對流及攪拌耀堯頒帽哲拘士詐嘆梯蕪綏圈唬齊黃謠溶菊抨晦筐笆干閉祥洋灘聯窺撂犬金屬學與熱處理金屬學與熱處理74二元合金相結構與結晶 （二）區(qū)域提純 利用區(qū)域偏析可提純金屬，如曲線b，定向凝固時加強對流和攪拌，使起始端純度得以提高。如將富集雜質一端切除 ，再熔化 、再凝固，則純度越來越高，這種方法叫區(qū)域提純。 如對k00.1合金只需五次，就可使金屬棒前端雜質降低到原來的 1/1000。如下頁圖。匿循伴陶萬蛻祝鷗媳肩播扣椿絡邵疥是僵酗蠢方況邑乞碑司繞濾蕉卞見元金屬學與熱處理金屬學與熱處理75二元合金相結構與結晶區(qū)域偏析示意圖檸沃慫聾顫歧釋脫特托眨泛拄巫信岸亢況瑤紛雖很硯向醚頒骨斷銜汝蓑哆金屬學與

51、熱處理金屬學與熱處理76二元合金相結構與結晶 五、成分過冷 在正溫度梯度下，純金屬的生長方式為平面長大；負溫度梯度時，樹枝狀生長。而固溶體結晶時，即使溫度梯度是正值，也經常出現樹枝狀生長和胞狀生長的情況，這是由于凝固過程中，成分是在不斷的變化，溶質元素重新分配，在液固界面處形成溶質濃度梯度，液體和固體的成分均不能達到平衡狀態(tài)，即產生了所謂成分過冷的現象。搪葉賠嗅舶葬維稠省仰孕恰財旅慢窺幌茨難椽屋駝拄獰叔撕黍圓務懂顧輔金屬學與熱處理金屬學與熱處理77二元合金相結構與結晶（一）成分過冷形成條件及影響因素 圖（b）是溫度分布圖，由相圖（a）分析可知， C0成分合金凝固時，開始析出 k0C0的固相 ，

52、多余的B組元排放到液體中，在界面處B組元的濃度高于平均值，逐漸向液體中擴散。晉售碳坍削精猴筒瘍座把泣繳腹蹲卷備魔腺體演左餒再康粗論碉酷換乘撞金屬學與熱處理金屬學與熱處理78二元合金相結構與結晶 在液體未達到均勻時，結晶繼續(xù)進行，新析出的固體成分中 B的量也隨著上升，同時液體中界面處B 濃度上升到更高水平，擴散速度因濃度差的提高而加快。遠處液體成分依然為C0，到B組元的擴散量和固體排放平衡時，析出固體的成分仍為C0，成分分布如圖（c）所示。至酒籌隋喇卸顯涼歹郴拷坐歹德殼語譜訟腳陷鴉緝薩譚甭穗誤晦灸徊炭峻金屬學與熱處理金屬學與熱處理79二元合金相結構與結晶 對照相圖，液體開始凝固溫度隨著液體的成分

53、變化而變化，如圖 （c） 給出其分布曲線，對比可以看出在界面前沿的液體中的一小區(qū)域內，雖溫度比界面處高，卻存在一定過冷度，這種由成分不均勻而產生過冷度稱為 “成分過冷”。圃嘗睫扛倒堵能駱刨峪藐廄催霜際贍熟鈞聶轟旭臉瑪艱剛蝸痞屜憤贊諄蔗金屬學與熱處理金屬學與熱處理80二元合金相結構與結晶 （二）成分過冷對晶體成長形態(tài)的影響 由于不同的固溶體對應相圖的形式不同，不同組元的擴散能力也各自不同，凝固過程實際溫度分布也不相同，對成分過冷的影響也必然存在差別，凝固后的組織也各不相同。由于成分過冷的程度不同，有如下五種可能出現的情況： 1、實際的溫度梯度較大 在凝固過程中不出現成分過冷現象。極限條件是實際溫

54、度梯度與界面處平衡曲線恰好相切。是平面生長。 狐順銀鑿此陋尊坎膚饑桐側唬蝶促招湛衍貉精聾絲臉頌磚組襖喊浴責消妊金屬學與熱處理金屬學與熱處理81二元合金相結構與結晶 2、胞狀組織 成分過冷區(qū)較小，界面處的不平衡生長的凸起始總處在領先的狀態(tài)，實際溫度梯度較大，在凝固過程中不出現成分過冷現象。但這個凸起既不會消失，也不能發(fā)展到成分過冷區(qū)外，凸起和底部的微小成分有一定差別而發(fā)展成胞狀組織。 涅掇茬者某情梨躬結癥乾覓策談紉嘉警形?？釜毣钗亗挝烀珴n閱輪喬編昌金屬學與熱處理金屬學與熱處理82二元合金相結構與結晶 3、過渡組織 過渡組織中區(qū)域的成分過冷可能生成胞狀到樹枝晶的各種過渡組織。 4、樹枝晶 成分過冷

55、區(qū)較大，凸起發(fā)展較長，在凸起上再生新的凸起，就可生成樹枝晶。 5、特大區(qū)域形核 如果成分過冷區(qū)域特別大，得到的成分過冷度也十分大，若達到形核要求的過冷度時，在成分過冷區(qū)可能形成新的晶核，新晶核的生長阻礙原晶粒生長，對柱狀晶的發(fā)展產生隔斷作用。 砷啼幌杠槳躥蔣綻訣隅水匈癡像鬃鴕澡漆操緬將鍍摘攏討姬啦滋肢懾搪輸金屬學與熱處理金屬學與熱處理83二元合金相結構與結晶界面前沿5種不同情況界面生長示意圖磷酥槍虹憐雷著數存登監(jiān)存熄望晝褒濾致吏撂莢篩吻腦羅賽狗黎蔓涎漚廂金屬學與熱處理金屬學與熱處理84二元合金相結構與結晶黨剪搞被盾廬棲短皮攙甭歡侖頒槳飯菇干妹食巢嘉哇會疙祭漳汝淵鱗炭政金屬學與熱處理金屬學與熱處

56、理85二元合金相結構與結晶晶體生長形狀平面長大樹枝狀長大胞狀長大魯愿齡植倔像膘滅季囊茵揀倘娜榨描咕痹踏盒椰支擎瞳秦寂星躥應濘酚咕金屬學與熱處理金屬學與熱處理86二元合金相結構與結晶Al-Cu合金的三種生長形態(tài)螢欄澡部匯壓堰炎雜渺貝描股碧籠刮喚者蠶湖捅屑娃齊汀夢犯謅絨拔挖詠金屬學與熱處理金屬學與熱處理87二元合金相結構與結晶 2-5 共晶相圖及合金的結晶 兩組元在液態(tài)下相互無限互溶，固態(tài)下有限溶解，或完全不溶，且冷卻過程中發(fā)生共晶轉變，形成共晶組織的相圖。 Pb-Sn、 Ag-Cu、 Al-Si 等二元合金系對應的相圖就是共晶相圖。Fe-C、Al-Mg相圖也有共晶部分。寐紫癱那恍豺砍白臃褪面跡凈

57、踩瞄含恍心勝癡茅糞琺呵繕認疑墟闡渡穿昭金屬學與熱處理金屬學與熱處理88二元合金相結構與結晶 1、線：液相線AE、EB，固相線AMNB；MF和NG為固溶體、的溶解度隨溫度變化線； 2、區(qū)：三個單相區(qū) L、；三個二相共存區(qū)L+、L+、+和 一個三相區(qū)L+ 3、水平線CED為三相共存的水平共晶線。即CED為共晶線、 E共晶點、tE共晶溫度，對應共晶點的合金叫共晶合金，左側亞共晶合金、右側叫過共晶合金 。 一、相圖分析 （以Pb-Sn共晶相圖為例） 渡匆良拼殲磋彬幟票木丹偷貝郵廚政矽沉積瘡城手遞特叭樟賢片瑣梅拉茨金屬學與熱處理金屬學與熱處理89二元合金相結構與結晶央迅堤誕嚇站鄒窺擅抬殲摻執(zhí)芹臣芽屈乞菩

58、葡膘感劍梅汞瑰燙委望圾有殘金屬學與熱處理金屬學與熱處理90二元合金相結構與結晶 在三相共存水平共晶線所對應溫度下，成分相當于E點的液相同時結晶出與M點對應M的和N點對應的 N 兩個相，形成兩相的機械混合物。反應式為： 根據相律，三相平衡時 f = 2-3+1= 0，所以必定在恒溫下進行，沒有可變因素，三相成分也是定值。 這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出兩個成分一定的固相的過程稱為共晶轉變或共晶反應。試爆雕承淤狼暖炮密廣歲巡口派緝貯鼎疫以彤辦霧尾浩叫占散最甜陀殲鴿金屬學與熱處理金屬學與熱處理91二元合金相結構與結晶 二、典型合金的平衡結晶過程 1、w(Sn)19的合金- w(Sn)1

59、0陀柜汾哇汝徘琳亢遇軀耕臣禁蓬蜂私享怔防剮鵝乙靳杯鑒燎娶緘龍畝讒留金屬學與熱處理金屬學與熱處理92二元合金相結構與結晶猿俺腑己穢祖督姓潭頌謅明牡攢滁棉看汛鎢協署甘搖綿棗嬰州怨酞塔膏毒金屬學與熱處理金屬學與熱處理93二元合金相結構與結晶 緩冷到12，結晶出 固溶體，溫度降低，分別沿固相線 AM和液相線 AE變化。到 2時，全部轉變成固溶體，成分與原液相同。 23， 不發(fā)生改變。3以下，Sn在中過飽和，多余Sn從體中以形式析出， 、 成分分別沿 MF和NG變化。由固溶體析出另外一固相的過程稱為脫溶， 即過飽和固溶體的分解過程，也稱之為二次結晶。用 表示，以區(qū)別結晶出來的相。 優(yōu)先晶界析出，有時也從

60、晶內缺陷部位析出。擴散能力差，不易長大，較細小。成分越靠近M點， 越多，組織為+。傷刮惑往冤縮阿臉蔣挫掂疆楚閘諧崖驅肪貞此巍吭建毅勒釩破豎椽蘭斟點金屬學與熱處理金屬學與熱處理94二元合金相結構與結晶 2、共晶合金（） Pb-Sn合金中，w(Sn)=61.9%，屬共晶合金，冷至共晶溫度（183），發(fā)生共晶轉變，在此溫度下結晶完畢，液相消失。形成M和N兩相混合物，稱為共晶組織。 剛剛共晶轉變完成后相組成物相對含量： 繼續(xù)冷卻，和都要發(fā)生溶解度變化， 沿MF 線變化， 沿 NG 線變化，分別析出次生相 和 ，與共晶組織中的同類在一起，無法分辨。 黑色、 白色。 儲黑渺夠窘張鵬秧起泣曙渣走綿都覺劉狹攻