二元合金相圖和合金的凝固ppt課件.ppt

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1、第三章二元合金相圖和合金的凝固8/3/20211金屬學(xué)與熱處理相圖(Phasediagrams)是一個材料系統(tǒng)在不同的化學(xué)成分、溫度、壓力條件下所處狀態(tài)的圖形表示，因此，相圖也稱為狀態(tài)圖。由于相圖都是在平衡條件（極緩慢冷卻）下測得的，所以，相圖也稱為平衡相（狀態(tài)）圖。我們可以從相圖中得到許多重要的信息：某一成分的合金（材料），在一定的溫度所處的狀態(tài)、相的組成；合金在冷卻過程中發(fā)生了哪些反應(yīng)或轉(zhuǎn)變，以及發(fā)生反應(yīng)或轉(zhuǎn)變的開始與終了溫度；一定成分的合金室溫下具有什么樣的平衡組織，進一步可以根據(jù)組織與性能的關(guān)系，預(yù)測材料的性能

2、；相圖與材料的加工工藝性能（如流動性）也存在一定的對應(yīng)關(guān)系。因此，相圖在新材料的研究和開發(fā)、材料的生產(chǎn)加工過程中都起著十分重要的作用。8/3/20212金屬學(xué)與熱處理3.1二元合金相圖的建立8/3/20213金屬學(xué)與熱處理一、二元相圖的表示方法對于成分單一的純物質(zhì)，如純水、純金屬、純氧化物等，由于沒有成分的變化，一般采用壓力(Pressure)-溫度(Temperature)相圖(PTphasediagrams)。對于常用的合金相圖，因為壓力的影響很小，況且一般都是處在1個大氣壓的條件下，所以不再把壓力當(dāng)作變量考慮，而

3、采用溫度-成分相圖。圖純鐵的(PT)平衡相圖圖銅-銀合金相圖8/3/20214金屬學(xué)與熱處理二、二元合金相圖的測定方法建立相圖的方法有實驗測定和理論計算兩種，但目前用的相圖大部分都是根據(jù)實驗方法建立起來的。通過實驗測定相圖時，首先要配制一系列成分不同的合金，然后再測定這些合金的相變臨界點(溫度)，如液相向固相轉(zhuǎn)變的臨界點(結(jié)晶溫度)，固態(tài)相變臨界點，最后把這些點標(biāo)在溫度—成分坐標(biāo)圖上，把各相同意義的點連結(jié)成線，這些線就在坐標(biāo)固劃分出一些區(qū)域，這些區(qū)域即稱為相區(qū)，將各相區(qū)所存在的相的名稱標(biāo)出。8/3/20215金屬學(xué)與熱

4、處理8/3/20216金屬學(xué)與熱處理三、相律及杠桿定理f—自由度數(shù)c—系統(tǒng)的組元數(shù)p—平衡條件下系統(tǒng)的相數(shù)當(dāng)系統(tǒng)的壓力為常數(shù)時1.相律及其應(yīng)用8/3/20217金屬學(xué)與熱處理自由度是指在保持合金系中相的數(shù)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)的內(nèi)部和外部因素的數(shù)目。影響合金狀態(tài)的因素有合金的成分、溫度和壓力，當(dāng)壓力不變時，則合金的狀態(tài)由成分和溫度兩個因素確定。純金屬的自由度最多只有一個；二元系合金的自由度最多為2個；三元系合金的自由度最多為3個。相律可以確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)p=c-f+1單元系p

5、=1-0+1=2二元系p=2-0+1=38/3/20218金屬學(xué)與熱處理相律還可以解釋純金屬與二元合金結(jié)晶時的一些差別純金屬結(jié)晶時，c=1，p=2，有f=0，說明純金屬只能在恒溫下進行；二元合金結(jié)晶，c=2，p=2，有f=1，說明還有一個可變因素，可以在一定溫度范圍下結(jié)晶；二元合金結(jié)晶，如果出現(xiàn)三相共存，c=2，p=3，有f=0，說明三相平衡只能在各個因素恒定的條件下進行。相律可以確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)p=c-f+1單元系p=1-0+1=2二元系p=2-0+1=38/3/20219金屬學(xué)與熱處理2.杠桿定理圖

6、杠桿定律的證明和力學(xué)比喻8/3/202110金屬學(xué)與熱處理二元合金在平衡狀態(tài)下兩相共存，如結(jié)晶時，可以利用杠桿定律(Leverrule)計算出某一溫度下兩相的相對量。設(shè)合金的質(zhì)量為Q合金,其中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%,在T1溫度時,?L相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%,α相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c%。8/3/202111金屬學(xué)與熱處理3.2勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶8/3/202112金屬學(xué)與熱處理兩組元在液態(tài)無限固溶、固態(tài)也無限固溶的二元合金相圖，稱為勻晶相圖。二元勻晶(Isomorphous)相圖是二元合金相圖中圖形最簡單的相圖。具有勻

7、晶相圖的二元合金系統(tǒng)有Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,Nb-Ti,Cr-Mo,W-Mo等。8/3/202113金屬學(xué)與熱處理一、相圖分析aa1c為液相線ac1c為固相線L和α相兩個單相區(qū)L+α一個雙相區(qū)8/3/202114金屬學(xué)與熱處理二、固溶體的平衡結(jié)晶過程8/3/202115金屬學(xué)與熱處理在1點溫度以上,合金為液相L。緩慢冷卻至1～2溫度之間時,合金發(fā)生勻晶反應(yīng):L→α,從液相中逐漸結(jié)晶出α固溶體。在1~2點之間任意溫度都可以用杠桿定理確定液相L和固相α的相對含量和成分。T1溫度液相成分為a1，α相成分為c1,

8、α相相對含量為ba1/c1a1。T2溫度液相成分為a2，α相成分為c2,α相相對含量為ba2/c2a2。ba2/c2a2>ba1/c1a1,即α相含量逐漸增加。在凝固期間，液相L成分沿著液相線變化，固相α成分沿著固相線變化，兩個相相對含量由杠桿定理計算。2點溫度以下,合金全部結(jié)晶為成分為b的α固溶體。8/3/202116金屬學(xué)與熱