重庆大学：《材料科学与工程基础》课程教学资源（PPT课件）第三章 相图及应用 Phase Diagrams

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 、二元相图的表示方法 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 ,如图所示

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 4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 T 温 40%N 20%N 1 00%Cu 时间 Cu20406080N Ni %o Cu-N合金相图的测绘 (a)冷却曲线(b)Cu-N相图

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

、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一自由度数 组元数 p一平衡相数

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

第二节勻晶相图及固熔体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams 从液相中不断结晶出单相固溶体的过程 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、N b-Ti、Ag-A u、Cr-Mo、FeNi、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

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

、相图分析 液相线 L B 度 1452C 固相线 L+a A C N Ni Cu-N合金相图

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 B 度 1452°c A 1083°C Cu XI Xo Xa Ni% 时 (b) 图3-4Cu-N合金相图

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 t 3 、 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 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

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 T (a) (b) 铸锭凝固过程中的温度分布

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