《材料科學(xué)基礎(chǔ)》之二元相圖及類型

5.2二元相圖及類型相圖：描寫系統(tǒng)狀態(tài)或相變與成份、溫度、壓力關(guān)系圖解。相律：系統(tǒng)組元數(shù)、相數(shù)和自由度之間關(guān)系規(guī)律自由度：平衡相數(shù)目不變，給定系統(tǒng)中可獨(dú)立改變、決定體系狀態(tài)原因（溫度、壓力、濃度等）數(shù)目吉布斯相律：f=c-p+2

對(duì)于不含氣相凝聚系統(tǒng)，可視為恒壓條件：f=C－P+111/40熱力學(xué)平衡條件只反應(yīng)相數(shù)目，不能反應(yīng)各平衡相結(jié)構(gòu)、分布和詳細(xì)形貌不能預(yù)測(cè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程自由度不能為負(fù)值22/40成份和固溶度、溫度、相、相變33/40相圖形式：相區(qū)、液相線、固相線NiCuNi%αLL+αL3L2L1

C

α3α2α1二、二元合金相圖基本類型勻晶反應(yīng)：從液相中直接結(jié)晶出固溶體反應(yīng)。兩種組元液態(tài)、固態(tài)無(wú)限互溶。(Cu-Ni,Ag-Au,Ag-Pt,Fe-Ni,Cu-Au,Cr-Mo，F(xiàn)e2SiO4-Mg2SiO4)1、勻晶相圖44/40液相成份改變∶

C→L1→L2→L3

固相成份改變∶α1→α2→α3→C合金平衡結(jié)晶過(guò)程（一定溫度范圍）：L→L+α→α

選分結(jié)晶：合金結(jié)晶過(guò)程中，液、固兩相成份不一樣，分別按照液相線和固相線改變，靠原子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)55/40兩相區(qū)液固相對(duì)含量符合杠桿定律66/40平衡凝固（結(jié)晶）：結(jié)晶過(guò)程，在每一個(gè)溫度，兩相成份和相對(duì)量都恪守杠桿定理冷卻速度要足夠遲緩，使得液、固相中原子得以充分?jǐn)U散，先結(jié)晶

相成份也要隨溫度不停改變結(jié)晶結(jié)束時(shí)，得到與合金成份相同、均勻、單相、多晶固溶體凝固過(guò)程擴(kuò)散：液相內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程

相繼續(xù)長(zhǎng)大

相內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程77/40不平衡凝固：液態(tài)合金冷卻時(shí)，冷卻速度大，成份擴(kuò)散過(guò)程不能充分進(jìn)行，反應(yīng)不能按攝影圖溫度和成份平衡改變規(guī)律進(jìn)行晶內(nèi)偏析：不平衡結(jié)晶固溶體內(nèi)部富含高熔點(diǎn)組元，而后結(jié)晶外部富含低熔點(diǎn)組元，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)成份不均勻現(xiàn)象88/40消除方法：均勻化退火，固相線以下100-200C長(zhǎng)時(shí)保溫Ni-70wt%Cu鑄造枝晶偏析和擴(kuò)散退火組織枝晶偏析：晶內(nèi)偏析形成.使材料強(qiáng)度低、塑韌性差、耐蝕性差、高溫時(shí)枝晶熔化。99/40有成份極點(diǎn)勻晶相圖1010/40陶瓷體系勻晶轉(zhuǎn)變1111/402、共晶相圖兩組元液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)有限互溶或完全不互溶，恒溫下液體反應(yīng)生成固相混合物(Pb-Sn,Al-Si,Pb-Bi)。α+βLL+ααβL+β共晶反應(yīng)(轉(zhuǎn)變):一定溫度（共晶溫度）下，由一定成份（共晶成份）液相中同時(shí)結(jié)晶出兩種一定成份固相轉(zhuǎn)變。Pb-Sn共晶合金組織L→(α+β)

→(α+β)+αⅡ+βⅡ1212/40液相線:adb固相線acdeb三個(gè)單相區(qū)共晶點(diǎn)溶解度線：cf，eg1313/40L→L+α→α→α+βⅡ（二次脫溶析出）相：α,β組織：α,βⅡ

1414/40共晶合金:LL+(αc+βe)αc+βeαf+βII+βg+αII

室溫下:相組成物α,β組織組成物:（α+β）共晶體（α+β）%=100%1515/40L→L+α→(αc+βe)+α初生→(α+β)+α

+βⅡ亞共晶合金室溫下：相組成物α，β室溫組織：α初生+βII+（α+β）1616/40Pb-Sn亞共晶合金Pb-Sn過(guò)共晶合金α初生+βII+（α+β）

β初生+αII+（α+β）

1717/40組織標(biāo)注相圖1818/40共晶組織形態(tài)1919/40共晶組織形態(tài)2020/40偽共晶:在不平衡條件下，由共晶點(diǎn)附近非共晶成份所得到全部共晶組織稱為偽共晶。通常將形成全部共晶組織成份和溫度范圍稱為“偽共晶區(qū)”或“配對(duì)區(qū)”或“共生區(qū)”。不平衡共晶：不平衡條件下，固相線下移，共晶溫度下仍有少許液相，之后發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成。離異共晶：合金先共晶相數(shù)量很多，共晶數(shù)量極少是形成被分離開來(lái)共晶組成。2121/403、共析相圖共析合金:

γ→(α+β)

→(α+β)+αⅡ+βⅡ共析反應(yīng)（轉(zhuǎn)變）:一定溫度（共析溫度）下，由一定成份（共析成份）固相中同時(shí)析出兩種一定成份固相轉(zhuǎn)變。

Fe-C合金共析組織α+βγγ+ααβγ+β2222/404、包晶相圖2323/40b+aII

+aII

+

+

II＋

II2424/405、其它相圖偏晶相圖L1

L2+S

2525/40合晶相圖L1+L2

S2626/40熔晶相圖S1

L

+S2

2727/40包析相圖

+

a2828/402929/406.形成化合物二元相圖形成穩(wěn)定化合物二元相圖：穩(wěn)定化合物指含有一定熔點(diǎn)，在熔點(diǎn)以下，保持自己固有結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解，當(dāng)溫度到達(dá)熔點(diǎn)時(shí)，化合物發(fā)生熔解，熔解時(shí)所生成熔體與化合物成份完全一致。3030/403131/403232/40形成不穩(wěn)定化合物相圖:不穩(wěn)定化合物加熱至一定溫度時(shí)，不是發(fā)生本身熔化，而是分解為兩個(gè)相，所生成液相與原化合物顯然不一樣。3333/40非金屬材料相圖3434/403535/40二元相圖一些幾何規(guī)律（1）相鄰相區(qū)之間相數(shù)差為1，點(diǎn)接觸除外。兩個(gè)單相區(qū)之間必有一個(gè)雙相區(qū)。三相水平線只能與兩相區(qū)相鄰，而不能與單相區(qū)有線接觸。兩個(gè)單相區(qū)只能交于一點(diǎn)。（2）兩相區(qū)與單相區(qū)分界限與水平線相交，其延長(zhǎng)線進(jìn)入兩相區(qū)，而不會(huì)進(jìn)入單相區(qū)。（3）全部水平線都代表了三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變，水平線與參加平衡反應(yīng)三個(gè)相區(qū)為點(diǎn)接觸，接觸點(diǎn)分別代表了三個(gè)相成份。轉(zhuǎn)變類型可由三個(gè)相位置和性質(zhì)確定。3636/40三、合金性能與相圖關(guān)系使用性能3737/40力學(xué)性能：溶質(zhì)元素→晶格畸變大→強(qiáng)度、硬度↑，（50%↑最大）

固溶強(qiáng)化、相界強(qiáng)化作用。物理性能：對(duì)導(dǎo)電、導(dǎo)熱率影響。兩相機(jī)械混合合金，其性能是兩相性能平均值,，即性能與成份呈線性關(guān)系。各相分散度對(duì)組織敏感性能有較大影響。固溶體性能隨合金成份呈曲線改變。形成穩(wěn)定化合物（中間相）時(shí)，其性能在曲線上出現(xiàn)奇點(diǎn)。3838/40工藝性能鑄造性能：結(jié)晶溫度、流動(dòng)性、收縮性、偏析。塑性加工性：變形抗力大小、塑性好壞。可否熱處理性：是否存在相變，是否存在溶解度隨溫度改變。3939/40共晶合金熔點(diǎn)低，是恒溫轉(zhuǎn)變，熔液