文档介绍：第三章相图及应用Phase Diagrams
为了对广泛使用的合金进行熔铸、锻压和热和理,必须首先了解它们的熔点和固态转变温度,并弄清楚它们的凝固过程及凝固后的相和组织结构。相图是描述系统的状态、温度、压力及成分之间的关系的一种图解,又称为状态图或平衡图。利用相图,我们可以了解各种成分的材料在不同温度、压力下的相组成,多种相的成分与相对量及组织的变化规律等。因此,掌握和了解相图的基本知识和分析方法,对制定材料热加工工艺、分析和检测材料的性能以及研究开发新材料等都有重要作用和指导意义。
第一节二元相图的建立Mensuration of Binary Phase Diagrams
一、二元相图的表示方法
二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表示,如图所示。
二、二元相图的测定方法
相图的建立一般采用热分析法,其基本思路是先配制一系列不同成分的给定合金,绘制它们各自的冷却曲线,然后由冷却曲线上的临界点绘制相图。
100%Ni
温度℃
时间
Cu 20 40 60 80 Ni
Ni %
TNi
TCu
80%Ni
60%Ni
40%Ni
20%Ni
100%Cu
(a) (b)
Cu-Ni合金相图的测绘
(a)冷却曲线(b)Cu-Ni相图
三、相律及杠杆定律
相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据,它表示在平衡条件下,系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式。在衡压条件下,其数学表达式为
f=c-p+1
式中 f-自由度数
c-组元数
p-平衡相数
第二节匀晶相图及固溶体的结晶Isomorphous Phase Diagrams
从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合金相图都包含有匀晶转变部分,因此掌握这一类相图是学习二元合金相图的基础。
一、相图分析
A
1083℃
B
1452℃
L
L+α
温度
Cu Ni
Ni %
Cu-Ni合金相图
液相线
固相线
α
二、固溶体合金的平衡结晶过程
I
A
1083℃
B
1452℃
L1
L2
L3
L4
α4
α3
α2
L
α
L+α
温度
Cu XL X0 Xα Ni % Ni 时间
(a) (b)
图3-4 Cu-Ni合金相图
L
L
α
α
α1
t1
t2
t3、3
t4
四、偏析与区域提纯
偏析
通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析,表明在结晶过程中随着固相的不断形成,其成分也在不断的变化,这种变化是通过原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散,固溶体将发生平衡结晶;若原子不能够进行充分的扩散,固溶体将发生非平衡结晶。由此可见,固溶体在结晶时,溶质和溶剂原子必然要发生重新分配。固溶体不平衡结晶所形成的枝晶偏析是指一个晶粒内部成分的不均匀现象;而固溶体的在结晶时,沿一定方向结晶过程中,在一个较大区域范围内也会出现成分差异,这称为宏观偏析。
五、成分过冷
长大方式
长大方式取决于凝固过程中的温度分布。
TC
x
S
L
(b)
x
TC
S
L
(a)
铸锭凝固过程中的温度分布