二元匀晶相图ppt课件.ppt
在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确二元匀晶相图二元匀晶相图二元匀晶二元匀晶(Isomorphous)相图相图是二元合金相图中图形最简单的是二元合金相图中图形最简单的相图。相图。具有匀晶相图的二元合金系统有具有匀晶相图的二元合金系统有Cu-Ni,Fe-Cr,Ag-Au,Nb-Ti,Cr-Mo,W-Mo等。等。右图右图所示所示Cu-Ni相图是最常相图是最常见的二元匀晶相图，以此相图见的二元匀晶相图，以此相图为例进行讨论，其它匀晶相图为例进行讨论，其它匀晶相图与此类似。与此类似。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确一、相图分析一、相图分析1、相图的坐标、相图的坐标纵坐标是温度坐标，横坐纵坐标是温度坐标，横坐标是成分坐标：标是成分坐标：左端线是表左端线是表示示100的的Cu，右端线表示，右端线表示100的的Ni，从左至右，从左至右Ni的含的含量增加量增加(直至直至100)、Cu的含的含量减少量减少(直至直至0)。2、相图中的线和区、相图中的线和区相图中有二条曲线，将整个图形分成三个区域。相图中有二条曲线，将整个图形分成三个区域。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确上面一条曲线称为上面一条曲线称为液相线液相线(Liquidline)，液相线以上的区域称，液相线以上的区域称为为液相区液相区(Liquid-phasefield)，温度高于液相线时合金的状态为，温度高于液相线时合金的状态为液相液相(L)；下面的一条曲线是下面的一条曲线是固相线固相线(Solidline)，固相线以下的区域为，固相线以下的区域为固固相区相区(Solid-phasefield)，温度低于固相线时合金为固相，温度低于固相线时合金为固相()。两条曲线之间的区域是两条曲线之间的区域是液、固两相共存的二相区液、固两相共存的二相区(L+)。二组元在液态和固态都能够完全相互溶解，所有成分二组元在液态和固态都能够完全相互溶解，所有成分(Ni:0100%)的合金在固态只有一种晶体结构，相图中只有一个固的合金在固态只有一种晶体结构，相图中只有一个固相区。相区。因此，能够形成匀晶合金系的两种组元必须具有相同的晶体因此，能够形成匀晶合金系的两种组元必须具有相同的晶体结构，相同的原子价，原子半径接近结构，相同的原子价，原子半径接近(相差不超过相差不超过15)，相互，相互不形成化合物。不形成化合物。3、匀晶相图的特点、匀晶相图的特点在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 二元合金在平衡状态下两相共存，如结晶时，可以利用二元合金在平衡状态下两相共存，如结晶时，可以利用杠杆杠杆定律定律(Leverrule)计算出某一温度下两相的相对量。计算出某一温度下两相的相对量。二、杠杆定律二、杠杆定律 设合金的平均成分为设合金的平均成分为x，合，合金的总量为金的总量为Q，在温度，在温度T1时液、时液、固两相平衡，液相的成分为固两相平衡，液相的成分为xL、质量为质量为QL，固相的成分为，固相的成分为xS、质量为质量为QS。则有：。则有：杠杆定律只适应于杠杆定律只适应于平衡相图的二相区平衡相图的二相区。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确上式可变换为：上式可变换为：或或或或还可以变换为：还可以变换为：为了计算简便，一般取合金总量为了计算简便，一般取合金总量Q=1。因上述结果与物理学中的杠杆定律的表达式相似，所以这里因上述结果与物理学中的杠杆定律的表达式相似，所以这里也称为也称为杠杆定律杠杆定律。合金的平均成分点看作杠杆的支点合金的平均成分点看作杠杆的支点o；T1温度水平线与液、固相线的交温度水平线与液、固相线的交点点a、b为杠杆的两个端点；液、固为杠杆的两个端点；液、固两相的质两相的质(重重)量为作用在端点上的力。量为作用在端点上的力。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确三、典型合金冷却过程分析三、典型合金冷却过程分析 各种成分的各种成分的Cu-Ni合金都属于匀晶合金。下面以合金都属于匀晶合金。下面以Cu-53%Ni合合金为例，分别对合金结晶过程中液、固二相的成分变化规律，金为例，分别对合金结晶过程中液、固二相的成分变化规律，二相相对量的计算和微观组织的形成进行分析讨论。二相相对量的计算和微观组织的形成进行分析讨论。合金从液态开始缓慢冷却，当温度合金从液态开始缓慢冷却，当温度降低到液相线降低到液相线(1点点)时，结晶开始。此时，结晶开始。此时结晶出来的极少量固相成分为时结晶出来的极少量固相成分为S1，液相的成分基本未变。液相的成分基本未变。随着温度降低，随着温度降低，固相逐渐增多，液相不断减少。固相逐渐增多，液相不断减少。液相的成分沿液相线变化，固相的液相的成分沿液相线变化，固相的成分沿固相线变化。成分沿固相线变化。动画动画1、液、液-固两相成分的变化固两相成分的变化在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 温度降低到温度降低到1300时，液相成分为时，液相成分为45%Ni,固相成分为固相成分为58%Ni。当温度降低到当温度降低到2点，即固相线温度时，液相的成分为点，即固相线温度时，液相的成分为L2，固相的，固相的成分为合金的平均成分成分为合金的平均成分(53%Ni)。此时液相实际上已经不存在了，。此时液相实际上已经不存在了，都已结晶成为固相。都已结晶成为固相。温度继续下降，一直冷却到室温，合金在固态没有任何转变温度继续下降，一直冷却到室温，合金在固态没有任何转变发生。发生。仔细观察动画。仔细观察动画。1300C时，液相的相对量时，液相的相对量QL/Q（可以取合金总量（可以取合金总量Q=1）：）：2、相的相对量计算、相的相对量计算在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确固相的相对量固相的相对量QS/Q：因为因为QL+QS=Q，取，取Q=1所以所以QS=1-QL=1-38%=62%匀晶合金在平衡条件下结晶，冷却速匀晶合金在平衡条件下结晶，冷却速度极其缓慢，先后结晶的固相虽然成分度极其缓慢，先后结晶的固相虽然成分不同，但是有足够的时间进行均匀化扩不同，但是有足够的时间进行均匀化扩散。所以，室温下的组织是均匀的固溶散。所以，室温下的组织是均匀的固溶体，在光学显微镜下观察，体，在光学显微镜下观察，与纯金属十与纯金属十分相似分相似。四、匀晶合金的非平衡结晶四、匀晶合金的非平衡结晶匀晶合金平衡组织示意图匀晶合金平衡组织示意图在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 但是，在实际生产中合金的冷却速度很快，远远达不到平衡但是，在实际生产中合金的冷却速度很快，远远达不到平衡的条件。因此，固、液二相中的扩散来不及充分进行，先后结的条件。因此，固、液二相中的扩散来不及充分进行，先后结晶出来的固相中较大的成分差别被保留下来。这种成分差别的晶出来的固相中较大的成分差别被保留下来。这种成分差别的存在，还造成结晶时固相以树枝状形态生长。因此，这种成分存在，还造成结晶时固相以树枝状形态生长。因此，这种成分上的不均匀性被称为上的不均匀性被称为“树枝状偏析树枝状偏析”或或枝晶偏析枝晶偏析。采用均匀化热处理采用均匀化热处理(Homogenizingheattreatment)可以消除枝可以消除枝晶偏析。晶偏析。匀晶合金的匀晶合金的非平衡组织非平衡组织在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确
