《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 二元相图及其合金的凝固 7.1 相图的表示和测定方法 7.2 相图热力学的基本要点 7.3 二元相图分析 7.3.1 匀晶相图和固溶体凝固 7.3.2 共晶相图及合金凝固

第七章二元系相图及其合金凝固

第七章 二元系相图 及其合金凝固

相律应用纯金属结晶，液固共存，0，结晶恒温二元系金属结晶两相平衡，2一2+1=1有一个可变因素（T），表明它在一定（T)范围内结晶。二元系三相平衡，f=2一3+1=0，温度恒定，成分不变

相律应用 纯金属结晶，液固共存，f=0，结晶恒温。 二元系三相平衡，f=2－3+1=0，温度恒定 ，成分不变。 二元系金属结晶两相平衡，f=2－2+1=1， 有一个可变因素（T），表明它在一定（T） 范围内结晶

7.1相图的表示和测定方法7.1.1二元相图的表示法二元系合金有成分变化，其相图需用纵、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二元合金成分有两种表示方法：质量分数（W）和文摩尔分数（x）。但通常多数用质量分数表示，在没有特别注明，合金成分都是指质量分数

7.1 相图的表示和测定方法 7.1.1 二元相图的表示法 二元系合金有成分变化，其相图需用纵、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。 ❖ 二元合金成分有两种表示方法：质量分数(W)和 摩尔分数(x)。但通常多数用质量分数表示，在没 有特别注明，合金成分都是指质量分数

7.1.2一元相图的测定方法二元相图的测定是根据各种成分材料的临界点绘制。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、膨胀法、电阻法(2)静态法：金相法、X-ray衍射分析法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

7.1.2 二元相图的测定方法 二元相图的测定是根据各种成分材料的临界 点绘制。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、膨胀法、电阻法 (2)静态法：金相法、X－ray衍射分析法 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

CuNi相图测定以热分析法为例说明如何测绘Cu一Ni相图，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一Ni合金。2.测出上述所配合金及纯Cu、纯N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.连接各临界点（始点或终点）得到Cu一Ni合金的二元相图

Cu—Ni 相图测定 以热分析法为例说明如何测绘Cu—Ni相图，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. 连接各临界点(始点或终点)得到Cu—Ni合金的二 元相图

热分析装置示意图电源热电偶0一恒温器（0℃）x-y记录仪电炉

热分析装置示意图

热分析法L世L+S凝固终了凝固开始S时间

热分析法 时间 温度 凝固开始 凝固终了 L L+S S

Cu-Ni相图50%Ni70%Ni30%1NiNiCu一一福305070Ni时间CuWN;(%)

Cu-Ni相图 Cu 30% Ni 50% Ni 70% Ni Ni 时间 温度 Cu 30 50 70 Ni wNi(%) L α

7.1.3 二元相图的线、区由凝固开始温度连接起来的线成为液相线由凝固终了温度连接起来的线成为固相线相图中由相界线划分出来的区域称为相区，表明在此范围内存在的平衡相类型和数自在二元合金系中有单相区（singlephaseregion）、两相区（two phase region）、三相区（threephase region）单相区内、f=2，T和成分都可变双相区内、f=1，T和成分只有一个可以独立变化。三相共存、f=0，T和成分都不变，属恒温转变

7.1.3 二元相图的线、区 ❖ 由凝固开始温度连接起来的线成为液相线。 ❖ 由凝固终了温度连接起来的线成为固相线。 ❖ 相图中由相界线划分出来的区域称为相区，表 明 在此范围内存在的平衡相类型和数目。 在二元合金系中有单相区（single phase region）、两相区（two phase region）、三相 区（three phase region）。 单相区内、f=2，T和成分都可变。 双相区内、f=1，T和成分只有一个可以独立变化。 三相共存、f=0，T和成分都不变，属恒温转变

热分析法测绘CuNi相图Ni114521452CuCT0bbbO108301083305070NiCu时间，minWNi(%)(b)相图(a）冷却曲线

热分析法测绘Cu—Ni相图