第四-五节--二元共晶包晶相图剖析课件.ppt

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1、二元匀晶相图二元匀晶相图二元共晶相图二元共晶相图简单回顾简单回顾第四节第四节 二元共晶相图二元共晶相图 本节内容及要求本节内容及要求本节内容及要求本节内容及要求：（1 1）掌握）掌握）掌握）掌握共晶相图的特点及分析方法；共晶相图的特点及分析方法；共晶相图的特点及分析方法；共晶相图的特点及分析方法；（2 2 2 2）掌握掌握掌握掌握共晶系合金的平衡凝固过程及组织；共晶系合金的平衡凝固过程及组织；共晶系合金的平衡凝固过程及组织；共晶系合金的平衡凝固过程及组织；（3 3 3 3）了解共晶系合金的非平衡凝固及组织。）了解共晶系合金的非平衡凝固及组织。）了解共晶系合金的非平衡凝固及组织。）了解共晶系合金

2、的非平衡凝固及组织。共晶转变共晶转变共晶转变共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固 相的转变（相的转变（相的转变（相的转变（Pb-SnPb-Sn,Al-Si,Al-Cu,Mg-Si,Al-Mg),Al-Si,Al-Cu,Mg-Si,Al-Mg)共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图：具有共晶转变特征的相图；：具有共晶转变特征的相图；：具有共晶转变特征的相图；：具有共晶转变特征的相图；特特特特 点点点点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且：液态无限互溶、固态有

3、限互溶或完全不溶，且：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且 发生共晶反应。发生共晶反应。发生共晶反应。发生共晶反应。共晶组织共晶组织共晶组织共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物）。：共晶转变产物（是两相混合物）。：共晶转变产物（是两相混合物）。：共晶转变产物（是两相混合物）。共晶转变共晶转变共晶转变共晶转变：一、一、一、一、相图分析相图分析相图分析相图分析 以以以以Pb-SnPb-Sn相图为例：相图为例：相图为例：相图为例：（1 1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；）点：纯组元熔点；最大溶解度点；）点：纯组元熔点；最大溶解度点；）点：纯组元熔点；最大

4、溶解度点；共晶共晶点。点。点。点。（2 2）线：结晶开始、结束线；共晶线；溶解度曲线。）线：结晶开始、结束线；共晶线；溶解度曲线。）线：结晶开始、结束线；共晶线；溶解度曲线。）线：结晶开始、结束线；共晶线；溶解度曲线。（3 3）区：）区：）区：）区：3 3个单相区；个单相区；个单相区；个单相区；3 3个两相区；个两相区；个两相区；个两相区；1 1个三相区。个三相区。个三相区。个三相区。（4 4）共晶合金：成分位于共晶点）共晶合金：成分位于共晶点）共晶合金：成分位于共晶点）共晶合金：成分位于共晶点E E的合金。的合金。的合金。的合金。（5 5）亚共晶合金：成分位于）亚共晶合金：成分位于）亚共晶合

5、金：成分位于）亚共晶合金：成分位于MM、E E之间的合金。之间的合金。之间的合金。之间的合金。（6 6）过共晶合金：成分位于）过共晶合金：成分位于）过共晶合金：成分位于）过共晶合金：成分位于E E、NN之间的合金。之间的合金。之间的合金。之间的合金。（7 7）端部共溶体合金）端部共溶体合金）端部共溶体合金）端部共溶体合金：成分位于成分位于成分位于成分位于MM以左、以左、以左、以左、NN以右的合金。以右的合金。以右的合金。以右的合金。(c)2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trade

6、mark used herein under license.二、二、二、二、共晶系合金的平衡结晶及其组织共晶系合金的平衡结晶及其组织共晶系合金的平衡结晶及其组织共晶系合金的平衡结晶及其组织 以以以以Pb-SnPb-Sn相图为例：相图为例：相图为例：相图为例：（1 1）端部固溶体合金）端部固溶体合金）端部固溶体合金）端部固溶体合金(WsnWsn=0.1=0.1）室温组织（室温组织（）231 （1 1）端部固溶体合金）端部固溶体合金）端部固溶体合金）端部固溶体合金(WsnWsn=0.1=0.1）室温组织（室温组织（）231(c)2003 Brooks/Cole,a division of Tho

7、mson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.2 2 共晶系合金的平衡结晶及其组织（以共晶系合金的平衡结晶及其组织（以共晶系合金的平衡结晶及其组织（以共晶系合金的平衡结晶及其组织（以Pb-SnPb-Sn相图为例）相图为例）相图为例）相图为例）（2 2）共晶合金）共晶合金）共晶合金）共晶合金(WsnWsn=0.619=0.619）室温组织（室温组织（室温组织（室温组织（）共晶共晶共晶共晶E(c)2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,I

8、nc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.（2 2）共晶合金）共晶合金）共晶合金）共晶合金(WsnWsn=0.619=0.619）室温组织（室温组织（室温组织（室温组织（）共晶共晶共晶共晶(黑色黑色黑色黑色)(白色白色白色白色)（2 2）共晶合金）共晶合金）共晶合金）共晶合金(WsnWsn=0.619=0.619）室温组织（室温组织（室温组织（室温组织（）共晶共晶共晶共晶（2 2）共晶合金）共晶合金）共晶合金）共晶合金(WsnWsn=0.619=0.619）两相的相对含量：两相的相对含量：两相的相对含量：两相的相对

9、含量：(c)2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.（3 3）亚共晶合金）亚共晶合金）亚共晶合金）亚共晶合金(WsnWsn=0.3=0.3）室温组织室温组织室温组织室温组织 初初初初 +()共晶共晶共晶共晶M2E剩余液相剩余液相:WL=M2/ME=(30-19)/(61.9-19)=25.7%1（3 3）亚共晶合金）亚共晶合金）亚共晶合金）亚共晶合金(WsnWsn=0.3=0.3）室温组织室温组织室温组织室温组织 初

10、初初初 +()共晶共晶共晶共晶()共晶共晶共晶共晶 初晶初晶初晶初晶(c)2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.（4 4）过共晶合金）过共晶合金）过共晶合金）过共晶合金(WsnWsn=0.7=0.7）室温组织室温组织室温组织室温组织 初初初初 +()共晶共晶共晶共晶（4 4）过共晶合金）过共晶合金）过共晶合金）过共晶合金(WsnWsn=0.7=0.7）室温组织室温组织室温组织室温组织 初初初初 +()共晶共晶共晶共

11、晶 组织组成物与组织图组织组成物与组织图组织组成物与相组成物的区别：组织组成物与相组成物的区别：组织组成物与相组成物的区别：组织组成物与相组成物的区别：组织组成物组织组成物组织组成物组织组成物：具有清晰轮廓的独立组成部分，指形态。具有清晰轮廓的独立组成部分，指形态。具有清晰轮廓的独立组成部分，指形态。具有清晰轮廓的独立组成部分，指形态。相组成物相组成物相组成物相组成物：具有确定的成分及结构，没有形态的概念。具有确定的成分及结构，没有形态的概念。具有确定的成分及结构，没有形态的概念。具有确定的成分及结构，没有形态的概念。例如：亚共晶合金例如：亚共晶合金例如：亚共晶合金例如：亚共晶合金(WsnWs

12、n=0.3=0.3）室温组织室温组织室温组织室温组织:初初初初,()共晶共晶共晶共晶相组成：相组成：相组成：相组成：，()共晶共晶共晶共晶 初晶初晶初晶初晶 组织图：组织图：组织图：组织图：用组织组成物填写的相图。用组织组成物填写的相图。用组织组成物填写的相图。用组织组成物填写的相图。组织组成物与组织图组织组成物与组织图组织组成物相对量的计算：杠杆定律。组织组成物相对量的计算：杠杆定律。组织组成物相对量的计算：杠杆定律。组织组成物相对量的计算：杠杆定律。组织组成物与组织图组织组成物与组织图组织组成物的相对含量：组织组成物的相对含量：组织组成物的相对含量：组织组成物的相对含量：（以（以（以（以W

13、snWsnWsnWsn=0.5=0.5=0.5=0.5的合金为例）的合金为例）的合金为例）的合金为例）组织组成物组织组成物组织组成物组织组成物：初初初初 +()共晶共晶共晶共晶 相组成物相对量的计算：杠杆定律。相组成物相对量的计算：杠杆定律。相组成物相对量的计算：杠杆定律。相组成物相对量的计算：杠杆定律。组织组成物与组织图组织组成物与组织图 两相组成物的相对含量：两相组成物的相对含量：两相组成物的相对含量：两相组成物的相对含量：（以（以（以（以WsnWsnWsnWsn=0.5=0.5=0.5=0.5的合金为例）的合金为例）的合金为例）的合金为例）相组成物相组成物相组成物相组成物：共晶组织及其形

14、成机理共晶组织及其形成机理 共晶体的形态：两相交替分布。共晶体的形态：两相交替分布。层片状（层片状（a)a)、棒状棒状(纤维状纤维状)(b)(b)、球状（球状（c）、）、针状（针状（d）、）、螺旋状（螺旋状（e）等。等。共晶组织及其形成机理共晶组织及其形成机理（1 1）粗糙粗糙界面：）粗糙粗糙界面：金属金属-金属型金属型 金属金属-金属间化合物型金属间化合物型简单规则形态：简单规则形态：层片状（一般情况）、层片状（一般情况）、棒状棒状(纤维状纤维状)、球状（一、球状（一相数量明显少于另一相）相数量明显少于另一相）3 3 共晶组织及其形成机理共晶组织及其形成机理 共晶体的形成共晶体的形成(以片状

15、为例）：以片状为例）：成分互惠交替形核成分互惠交替形核 片间搭桥促进生长片间搭桥促进生长 两相交替分布两相交替分布 （共晶组织）（共晶组织）3 3 共晶组织及其形成机理共晶组织及其形成机理（2 2）粗糙平滑界面：粗糙平滑界面：金属金属-非金属型非金属型具有不规则或复杂组织形态具有不规则或复杂组织形态.1 1）由于两相微观结构不同，）由于两相微观结构不同，所需动态过冷度不同，金属所需动态过冷度不同，金属相任意长大，另一相在其间相任意长大，另一相在其间隙长大。可得到针状、隙长大。可得到针状、螺旋螺旋状状、树枝状共晶体。、树枝状共晶体。2 2）由于两相晶体结构不同，由于两相晶体结构不同，呈非等温界面

16、。呈非等温界面。3 3 共晶组织及其形成机理共晶组织及其形成机理（2 2）粗糙平滑界面：粗糙平滑界面：金属金属-非金属型非金属型具有不规则或复杂组织形态具有不规则或复杂组织形态.3 3 共晶组织及其形成机理共晶组织及其形成机理（2 2）平滑平滑界面：平滑平滑界面：非非金属金属-非金属型非金属型 一般认为具有不规则或复杂组织形态一般认为具有不规则或复杂组织形态.3 3 共晶组织及其形成机理共晶组织及其形成机理（4 4）初生晶的形态：）初生晶的形态：金属固溶体：粗糙界面树枝状；金属固溶体：粗糙界面树枝状；非金属相：平滑界面规则多面体。非金属相：平滑界面规则多面体。4 4 共晶系合金的非平衡凝固和组

17、织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（1 1）伪共晶：伪共晶：伪共晶：伪共晶：共晶成分附近的非共晶合金所得到的共晶成分附近的非共晶合金所得到的共晶成分附近的非共晶合金所得到的共晶成分附近的非共晶合金所得到的 完全共晶组织。完全共晶组织。完全共晶组织。完全共晶组织。（2 2）离异共晶：离异共晶：离异共晶：离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合成分位于共晶线上两端点附近的合成分位于共晶线上两端点附近的合成分位于共晶线上两端点附近的合 金形成的两相分离的共晶组织。金形成的两相分离的共晶组织。金形成的两相分离的共晶组织。金形成的两相分离的共晶组织。4

18、 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（1 1）伪共晶）伪共晶）伪共晶）伪共晶 伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。形成原因：位于共晶点附近的合金成分进行不平衡结晶。形成原因：位于共晶点附近的合金成分进行不平衡结晶。形成原因：位于共晶点附近的合金成分进行不平衡结晶。形成原因：位于共晶点附近的合金成分进行不平衡结晶。124 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合

19、金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（1 1）伪共晶）伪共晶）伪共晶）伪共晶 伪共晶区具有不同的形状（伪共晶区具有不同的形状（伪共晶区具有不同的形状（伪共晶区具有不同的形状（对称或偏移对称或偏移对称或偏移对称或偏移）（下图）。）（下图）。）（下图）。）（下图）。4 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（1 1）伪共晶）伪共晶）伪共晶）伪共晶 伪共晶区的形状与共晶两相的结晶速度有关。伪共晶区的形状与共晶两相的结晶速度有关。伪共晶区的形状与共晶两相的结晶速度有关。伪共晶区的形状与

20、共晶两相的结晶速度有关。二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区具有对称形态；具有对称形态；具有对称形态；具有对称形态；二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。

21、生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。4 4 共晶系合

22、金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（1 1）伪共晶）伪共晶）伪共晶）伪共晶 在二组元熔点接近、共晶点居中的合金系，伪共晶区具有在二组元熔点接近、共晶点居中的合金系，伪共晶区具有在二组元熔点接近、共晶点居中的合金系，伪共晶区具有在二组元熔点接近、共晶点居中的合金系，伪共晶区具有对称形态；对称形态；对称形态；对称形态；在二组元熔点相差较大、共晶点偏向低熔点一侧的合金系，在二组元熔点相差较大、共晶点偏向低熔点一侧的合金系，在二组元熔点相差较大、共晶点偏向低熔点一侧的合金系，在二组元熔点相差较大、共晶点偏向低熔点一侧的合金系，伪共晶

23、区偏向高熔点一侧伪共晶区偏向高熔点一侧伪共晶区偏向高熔点一侧伪共晶区偏向高熔点一侧（Al-SiAl-Si合金）合金）合金）合金）。共晶共晶共晶共晶Al-SiAl-Si合金组织：合金组织：合金组织：合金组织：初初初初 (Si)Si)共晶共晶共晶共晶4 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（2 2）离异共晶）离异共晶）离异共晶）离异共晶 离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合金得到的两离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合金得到的两离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合金得到的两离异共晶：成分位于共晶线上两端点附

24、近的合金得到的两 相分离的共晶组织。相分离的共晶组织。相分离的共晶组织。相分离的共晶组织。（平衡条件、非平衡条件均可形成）（平衡条件、非平衡条件均可形成）（平衡条件、非平衡条件均可形成）（平衡条件、非平衡条件均可形成）形成原因：初晶的量很多，共晶体的量很少，共晶体中的形成原因：初晶的量很多，共晶体的量很少，共晶体中的形成原因：初晶的量很多，共晶体的量很少，共晶体中的形成原因：初晶的量很多，共晶体的量很少，共晶体中的 相依附在初晶相依附在初晶相依附在初晶相依附在初晶 上生长，上生长，上生长，上生长，在晶界析出。在晶界析出。在晶界析出。在晶界析出。消除：扩散退火。消除：扩散退火。消除：扩散退火。消

25、除：扩散退火。HJ共晶相共晶相:W共晶共晶=MH/ME共晶相共晶相:W共晶共晶=JN/EN4 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织共晶系合金的非平衡凝固和组织（2 2）离异共晶）离异共晶）离异共晶）离异共晶 离异共晶：两相分离的共晶组织。离异共晶：两相分离的共晶组织。离异共晶：两相分离的共晶组织。离异共晶：两相分离的共晶组织。（平衡条件、非平衡条（平衡条件、非平衡条（平衡条件、非平衡条（平衡条件、非平衡条 件均可形成）件均可形成）件均可形成）件均可形成）本节作业：本节作业：本节作业：本节作业：1看例题看例题看例题看例题4.3.14.3.1，例

26、题，例题，例题，例题4.3.24.3.2。2做习题做习题做习题做习题2 2。本节内容及要求：本节内容及要求：（1 1）掌握包晶相图的分析方法；）掌握包晶相图的分析方法；（2 2）掌握包晶合金的平衡凝固过程及组织。）掌握包晶合金的平衡凝固过程及组织。（3 3）了解包晶合金的非平衡凝固过程及组织。）了解包晶合金的非平衡凝固过程及组织。第五节第五节 二元包晶相图二元包晶相图包晶转变包晶转变：由已结晶出来的一定成分的固相和剩余液相：由已结晶出来的一定成分的固相和剩余液相 （确定成分）反应生成另一个一定成分固相的转变。（确定成分）反应生成另一个一定成分固相的转变。包晶相图包晶相图：具有包晶转变特征的相图

27、。：具有包晶转变特征的相图。特特特特 点点点点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生包晶反应。且发生包晶反应。且发生包晶反应。且发生包晶反应。包晶组织包晶组织包晶组织包晶组织：包晶转变产物。：包晶转变产物。：包晶转变产物。：包晶转变产物。1 相图分析相图分析（1 1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；）点：纯组元熔点；最大溶解度点；）点：纯组元熔点；最大溶解度点；）点：纯组元熔点；最大溶解度点；包晶包晶点点点点p p。（2 2）线：结晶开始、结束线；包晶线；溶解度曲线。）

28、线：结晶开始、结束线；包晶线；溶解度曲线。）线：结晶开始、结束线；包晶线；溶解度曲线。）线：结晶开始、结束线；包晶线；溶解度曲线。（3 3）区：）区：）区：）区：3 3个单相区；个单相区；个单相区；个单相区；3 3个两相区；个两相区；个两相区；个两相区；1 1个三相区。个三相区。个三相区。个三相区。包晶转变包晶转变包晶转变包晶转变：2 平衡凝固过程及组织平衡凝固过程及组织（1）包晶合金的结晶）包晶合金的结晶 室温组织：室温组织：。包晶转变前：包晶转变前：相相含量含量:W=pb/db L相含量相含量:WL=dp/db 2 平衡凝固过程及组织平衡凝固过程及组织 包晶反应时原子迁移示意图包晶反应时原

29、子迁移示意图2 平衡凝固过程及组织平衡凝固过程及组织 （2）成分在）成分在d-p之间合金之间合金的结晶的结晶 室温组织：室温组织：。2包晶转变前：包晶转变前：相相含量含量:W=2b/db pb/dbe2 平衡凝固过程及组织平衡凝固过程及组织 （3）成分在）成分在p-b之间合金之间合金 的结晶的结晶 室温组织：室温组织：。包晶转变前：包晶转变前：L相含量相含量:WL=de/db dp/db3 非平衡凝固过程及组织非平衡凝固过程及组织包包晶晶偏偏析析：实实际际生生产产中中的的冷冷速速较较快快，导导致致包包晶晶反反应应不不完完全全，在在低低于于包包晶晶温温度度下下，同同时时存存在在未未参参与与转转变变的的液液相相和和a a相相，其其中中液液相相在在继继续续冷冷却却过过程程直直接接结结晶晶出出b b相相，而而a a相相仍仍保保留留在在b b相的心部。相的心部。包包晶晶偏偏析析也也可可通通过过扩扩散散退退火消除。火消除。2 本节作业：本节作业：本节作业：本节作业：1看例题看例题看例题看例题4.4.24.4.2。2做习题做习题做习题做习题3 3，6 6。