文档介绍：第四章二元相图
本章要求
1. 几种基本相图:匀晶相图(Cu-Ni合金相图)、共晶相图(Pb-Sn合金相图)、包晶相图(Pt-Ag合金相图)。
2. 相律,杠杆定律及其应用。
3. 二元合金相图中的几种平衡反应: 共晶反应、共析反应、包晶反应、包析反应、偏晶反应、熔晶反应、合晶反应。
4. 二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。
5. 熟练掌握Fe-Fe3C相图。熟悉Fe-C合金中各相与组织的结构。会几种典型Fe-C合金的冷却过程分析。熟练杠杆定律在Fe-C合金的应用。
相图的基本知识 二元相图的表示法
二元系(binary system)position)变化,所以其相图(phase diagram)需用纵、横两个坐标轴表示,纵轴表示温度,横轴表示成分。
如果合金系由A、B两组元组成,横坐标一端为组元A,而另一端为组元B,那么体系中任一成分合金都可以在横坐标上找到相应的点。
根据国标,二元合金成分可以有两种表示方法:质量分数(W)和摩尔分数(x)。但通常多数用质量百分数表示,在没有特别注明,合金成分都是指质量百分数。若A、B为单质,质量百分数和摩尔分数之间换算。
在二元系中 x<x1时 Gm1<Gm2 α相为稳定相,体系为单相α态;x>x2时 Gm1>Gm2 β相为稳定相,体系为单相β态; x1<x<x2时公切线上表示Gm低于Gm1或Gm2,故α相和β相共存时体系能量最低。
杠杆法则(the lever rule):两平衡相共存时,多相成分是切点所对应的成分x1和x2,即固定不变。即:
n1/(n1+n2) = (x2-x)/ (x2-x1)
n2/(n1+n2) = (x-x1)/ (x2-x1)
在α和β两相共存时,可用杠杆法则求出两相的相对量。
α相的相对量为: α% = (x2-x)/ (x2-x1)
β相的相对量为: β% = (x-x1)/ (x2-x1)
应用(1)确定两平衡相的成分(浓度)。
(2)确定两平衡相的相对量。
TL
TS
Tn
b
a
c
杠杆定理
QS / Q0 =(bc/ab) 100%
QL / Q0 =(ac/ab) 100%
QS + QL = Q0
aQS + bQL = Q0c
A
B
a
b
L
S
温度
QL
Qs
杠杆法则的证明与力学比喻
设合金的总质量为Q0,t温度时液相的质量应为QL,,固两相的的质量之和应等于合金的总质量Q0
QS + QL = Q0
液相中Ni的质量应为 bQL,固相中Ni的质量应为 aQS ,合金中Ni的质量应为 Q0c
Q0c = aQS + bQL
= (Q0-QL) a + bQL
QL/ Q0 =(ac/ab) 100%
QS / Q0 =(bc/ab) 100%
QS(c-b)= QL (b-a)
组织组成物:
F ; Fe3C
F ; P
-
F = 100%=43%
-
-
P = 100% = 57%
-
相组成物:
-
F = 100% = 94%
-
P = 1 – WF = 57%
Fe3C = 1 - WF = 6%
Cu—Ni 相图测定
下面以热分析法为例说明如何测绘Cu—Ni相图,其步骤如下:
1. 按质量分数先配制一系列具有代表性成分不同的Cu—Ni合金。
2.  测出上述所配合金及纯Cu、纯Ni的冷却曲线。
3. 求出各冷却曲线上的临界点。纯Cu、纯Ni的冷却曲线上有一平台,表示其在恒温下凝固。合金的冷却曲线上没有平台,而为二次转折,温度较高的折点表示凝固的开始温度,而温度低的转折点对应凝固的终结温度。
4. 将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中,每个临界点在二元相图中对应一个点。
5. 连接各相同意义的临界点(开始点或终了点)就得到了Cu—Ni合金的二元相图。
相图的建立
二元相图的测定是根据各种成分材料的临界点(critical point)绘制。临界点是表示物质结构状态发生本质变化的临界相变点。测定材料临界点有两种方法类型:
(1)动态法:热分析法(thermal analisis method)、膨胀法、电阻法
(2) 静态法:金相法、X-ray衍射分析法
这些方法主要是利用合金在相结构变化时,引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。