第四 五节二元共晶包晶相图剖析课件.ppt

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1、二元匀晶相图,二元共晶相图,简单回顾,第四节 二元共晶相图,本节内容及要求：（1）掌握共晶相图的特点及分析方法；（2）掌握共晶系合金的平衡凝固过程及组织；（3）了解共晶系合金的非平衡凝固及组织。,共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固 相的转变（Pb-Sn, Al-Si, Al-Cu, Mg-Si, Al-Mg)共晶相图：具有共晶转变特征的相图；特 点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且 发生共晶反应。共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物）。,共晶转变：,一、 相图分析 以Pb-Sn相图为例： （1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点。 （2）线：结晶开始、结束线；共晶线；

2、溶解度曲线。 （3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。,（4）共晶合金：成分位于共晶点E的合金。 （5）亚共晶合金：成分位于M、E之间的合金。 （6）过共晶合金：成分位于E、N之间的合金。 （7）端部共溶体合金：成分位于M以左、N以右的合金。,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,二、 共晶系合金的平衡结晶及其组织 以Pb-Sn相图为例：（1）端部固溶体合金(Wsn=0.1） 室温组织（）,2,

3、3,1,（1）端部固溶体合金(Wsn=0.1） 室温组织（）,2,3,1,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,2 共晶系合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例） （2）共晶合金(Wsn=0.619） 室温组织（）共晶,E,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a tradema

4、rk used herein under license.,（2）共晶合金(Wsn=0.619） 室温组织（）共晶,(黑色),(白色),（2）共晶合金(Wsn=0.619） 室温组织（）共晶,（2）共晶合金(Wsn=0.619）,两相的相对含量：,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,（3）亚共晶合金(Wsn=0.3） 室温组织初 +()共晶,M,2,E,剩余液相:WL=M2/ME=(30-19)/(

5、61.9-19)=25.7%,1,（3）亚共晶合金(Wsn=0.3）室温组织初 +()共晶,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,（4）过共晶合金(Wsn=0.7） 室温组织初 +()共晶,（4）过共晶合金(Wsn=0.7） 室温组织初 +()共晶,组织组成物与组织图,组织组成物与相组成物的区别：组织组成物：具有清晰轮廓的独立组成部分，指形态。相组成物：具有确定的成分及结构，没有形态的概念。,例如：亚

6、共晶合金(Wsn=0.3）室温组织:初, , ()共晶相组成：，,组织图：用组织组成物填写的相图。,组织组成物与组织图,组织组成物相对量的计算：杠杆定律。,组织组成物与组织图,组织组成物的相对含量： （以Wsn=0.5的合金为例）,组织组成物：初 + +()共晶,相组成物相对量的计算：杠杆定律。,组织组成物与组织图,两相组成物的相对含量： （以Wsn=0.5的合金为例）,相组成物：,共晶组织及其形成机理 共晶体的形态：两相交替分布。 层片状（a)、棒状(纤维状)(b)、球状（c）、针状（d）、螺旋状（e）等。,共晶组织及其形成机理（1）粗糙粗糙界面： 金属-金属型 金属-金属间化合物型,简单规

7、则形态：层片状（一般情况）、棒状(纤维状)、球状（一相数量明显少于另一相）,3 共晶组织及其形成机理 共晶体的形成(以片状为例）：成分互惠交替形核 片间搭桥促进生长 两相交替分布 （共晶组织）,3 共晶组织及其形成机理（2）粗糙平滑界面： 金属-非金属型具有不规则或复杂组织形态.1）由于两相微观结构不同，所需动态过冷度不同，金属相任意长大，另一相在其间隙长大。可得到针状、螺旋状、树枝状共晶体。2）由于两相晶体结构不同，呈非等温界面。,3 共晶组织及其形成机理（2）粗糙平滑界面： 金属-非金属型具有不规则或复杂组织形态.,3 共晶组织及其形成机理（2）平滑平滑界面： 非金属-非金属型 一般认为具

8、有不规则或复杂组织形态.,3 共晶组织及其形成机理（4）初生晶的形态： 金属固溶体：粗糙界面树枝状； 非金属相：平滑界面规则多面体。,4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（1）伪共晶：共晶成分附近的非共晶合金所得到的 完全共晶组织。（2）离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合 金形成的两相分离的共晶组织。,4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（1）伪共晶 伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。 形成原因：位于共晶点附近的合金成分进行不平衡结晶。,1,2,4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（1）伪共晶,伪共晶区具有不同的形状（对称或偏移）（下图）。,4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（1）伪共晶

9、,伪共晶区的形状与共晶两相的结晶速度有关。 二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区具有对称形态； 二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。 二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。,4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（1）伪共晶,在二组元熔点接近、共晶点居中的合金系，伪共晶区具有对称形态； 在二组元熔点相差较大、共晶点偏向低熔点一侧的合金系，伪共晶区偏向高熔点一侧（Al-Si合金）。 共晶Al-Si合金组织：初 (Si)共晶,4 共晶系合金

10、的非平衡凝固和组织（2）离异共晶 离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合金得到的两 相分离的共晶组织。（平衡条件、非平衡条件均可形成） 形成原因：初晶的量很多，共晶体的量很少，共晶体中的 相依附在初晶 上生长， 在晶界析出。 消除：扩散退火。,H,J,共晶相:W共晶=MH/ME,共晶相:W共晶=JN/EN,4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（2）离异共晶 离异共晶：两相分离的共晶组织。（平衡条件、非平衡条 件均可形成）,本节作业：看例题4.3.1，例题4.3.2。做习题2。,本节内容及要求：（1）掌握包晶相图的分析方法；（2）掌握包晶合金的平衡凝固过程及组织。（3）了解包晶合金的非平衡凝固过程

11、及组织。,第五节 二元包晶相图,包晶转变：由已结晶出来的一定成分的固相和剩余液相 （确定成分）反应生成另一个一定成分固相的转变。包晶相图：具有包晶转变特征的相图。特 点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶， 且发生包晶反应。包晶组织：包晶转变产物。,1 相图分析（1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；包晶点p。（2）线：结晶开始、结束线；包晶线；溶解度曲线。（3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。,包晶转变：,2 平衡凝固过程及组织（1）包晶合金的结晶 室温组织：。,包晶转变前：相含量: W =pb/db L相含量: WL =dp/db,2 平衡凝固过程及组织 包晶反应时原子迁移示意图,2 平衡凝固过程及组织 （2）成分在d-p之间合金的结晶 室温组织：。,2,包晶转变前：相含量: W =2b/db pb/db,e,2 平衡凝固过程及组织 （3）成分在p-b之间合金 的结晶 室温组织：。,包晶转变前： L相含量: WL =de/db dp/db,3 非平衡凝固过程及组织包晶偏析：实际生产中的冷速较快，导致包晶反应不完全，在低于包晶温度下，同时存在未参与转变的液相和a相，其中液相在继续冷却过程直接结晶出b相，而a相仍保留在b相的心部。包晶偏析也可通过扩散退火消除。,2,本节作业：看例题4.4.2。做习题3，6 。,