第三章相圖及應用

PhaseDiagrams為了對廣泛使用的合金進行熔鑄、鍛壓和熱和理，必須首先了解它們的熔點和固態轉變溫度，并弄清楚它們的凝固過程及凝固后的相和組織結構。相圖是描述系統的狀態、溫度、壓力及成分之間的關系的一種圖解，又稱為狀態圖或平衡圖。利用相圖，我們可以了解各種成分的材料在不同溫度、壓力下的相組成，多種相的成分與相對量及組織的變化規律等。因此，掌握和了解相圖的基本知識和分析方法，對制定材料熱加工工藝、分析和檢測材料的性能以及研究開發新材料等都有重要作用和指導意義。

第一節二元相圖的建立

MensurationofBinaryPhaseDiagrams一、二元相圖的表示方法

二元系中相的平衡狀態與溫度、成分的關系可以用平面圖形來表示，如圖所示。二、二元相圖的測定方法相圖的建立一般采用熱分析法，其基本思路是先配制一系列不同成分的給定合金，繪制它們各自的冷卻曲線，然后由冷卻曲線上的臨界點繪制相圖。100%Ni溫度℃

時間Cu20406080NiNi%TNiTCu80%Ni60%Ni40%Ni20%Ni100%Cu（a）（b）Cu-Ni合金相圖的測繪（a）冷卻曲線（b）Cu-Ni相圖第二節勻晶相圖及固溶體的結晶

IsomorphousPhaseDiagrams

從液相中不斷結晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉變。

二組元在液態、固態時均能無限互溶的二元合金相圖就是勻晶相圖。這樣的二元合金系稱為勻晶系。屬于勻晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。幾乎所有二元合金相圖都包含有勻晶轉變部分，因此掌握這一類相圖是學習二元合金相圖的基礎。一、相圖分析

A1083℃B1452℃LL+α溫度CuNiNi%Cu-Ni合金相圖液相線固相線α四、偏析與區域提純

偏析

通過對固溶體結晶平衡與非平衡過程的分析，表明在結晶過程中隨著固相的不斷形成，其成分也在不斷的變化，這種變化是通過原子的擴散實現的。若原子能夠進行充分的擴散，固溶體將發生平衡結晶；若原子不能夠進行充分的擴散，固溶體將發生非平衡結晶。由此可見，固溶體在結晶時，溶質和溶劑原子必然要發生重新分配。固溶體不平衡結晶所形成的枝晶偏析是指一個晶粒內部成分的不均勻現象；而固溶體的在結晶時，沿一定方向結晶過程中，在一個較大區域范圍內也會出現成分差異，這稱為宏觀偏析。

五、成分過冷長大方式長大方式取決于凝固過程中的溫度分布。TCxSL(b)xTCSL(a)鑄錠凝固過程中的溫度分布結晶時合金液體中的濃度分布

由于結晶時隨溫度不同，液固兩相的成分也不同，所以會在液固界面上形成濃度差，造成理論結晶溫度Tm變化。TC0

CL成分TmX（位置）SL液固界面濃度CX（位置）SL液固界面CLC0第三節共晶相圖

BinaryEutecticPhaseDiagrams大多數二元合金在液態時相互無限溶解，而在固態時并不能完全互溶，發生共晶轉變形成有限固溶體。具有共晶轉變的典型合金系有Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi等，它們的相圖都屬于共晶相圖。

一、相圖分析

二、典型合金的平衡結晶

α固溶體合金（含Sn量小于19％的Pb-Sn合金）

共晶合金（含Sn量為61.9％的Pb-Sn合金）亞共晶合金（含Sn量為大于19％小于61.9％的Pb-Sn合金）400A300200100Pb20406080SnWSn（%）Pb-Sn相圖溫度℃327.5L

α1961.997.5βL+β231.9

B183EL+αα+β

Ⅰ

ⅢⅡ

ⅣMNFG400A300200100溫度℃327.5L

α1961.997.5βL+β231.9

B183E

α+βMNFG1231212第四節包晶相圖

BinaryPeritecticPhaseDiagrams一個一定成分的液相與一個一定成分的固相在恒溫下生成另一固相的轉變稱為包晶轉變。兩組元液態時能相互無限溶解，固態時有限互溶，并發生包晶轉變的二元合金系相圖稱為包晶相圖。具有這種相圖的典型合金有Pt-Ag、Sn-Sb、Cu-Sn、Cu-Zn等合金系。第五節其它類型的二元合金相圖

勻晶、共晶、包晶相圖是最基本的三種相圖。除這三種相圖外，還有幾種其它類型的相圖。

一、組元間形成中間相的相圖兩組元形成穩定化合物的相圖

Mg20406080SiSi%Mg-Si合金相圖16001200800400溫度/℃Mg2Si1087℃56.5L＋Mg2SiL＋Si946.7℃L＋Mg2Si638.8℃1.38L＋MgMg2Si＋SiMg＋Mg2Si1414℃L兩組元形成不穩定化合物的相圖Sn20406080Sb溫度/℃Sb%700600500400300200100L630.74℃5064