23二元合金共晶相图及结晶

中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]12.10共晶相图及共晶系合金的凝固和组织•1相图分析•3共晶组织及其形成机理•2共晶系合金的平衡凝固和组织•4共晶系合金的非平衡凝固和组织EutecticPhaseDiagram中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]2共晶相图两组元在固态部分溶解，形成有限固溶体α和β，具有共晶转变Ag-Cu、Pb-Sn、Al-Si、Al-Sn、Cd-Sn、Au-Pt……Ag-Cu共晶相图中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]31共晶相图分析AgCuT/℃BAECDFGWCu%αLβ961.91084.599.90.358.828.592液相线AC和BDCF和DG：α和β固溶体的溶解度随温度的降低而减少AE和BE线固相线共晶线三相平衡LE→αC＋βD固溶度线CED自由度为零，温度和相成分都恒定不变亦为固相线中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]4Ag-Cu共晶相图分析－线条AgCuT/℃BAECDFGWCu%αLβ961.91084.599.90.358.828.592单相区三相区两相区一条水平线3个，自由度ƒ=2，3个，ƒ=1如T0温度T0khα相的成分为kβ相成分为h中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]5AgCuT/℃BAECDFGWCu%αLβ961.91084.599.90.358.828.592T/℃αL中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]62共晶系合金的平衡凝固和组织B点左边和D点右边的合金属于固溶体合金共晶型合金•固态继续冷却时不同共晶合金•BD线的合金，凝固时有共晶反应亚共晶合金过共晶合金AgCuT/℃BAECDFGWCu%αLβ961.91084.599.90.358.828.592中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]7x1合金凝固过程开始凝固，析出α相凝固完毕为单相固溶体晶粒温度2温度1AgCuT/℃BAECDFGWCu%αLβ961.91084.599.90.358.828.592此时全部保持熔体状态没有相变发生，组织不变温度2-3之间123中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]84x1合金凝固过程AgCuT/℃BAECDFGWCu%αLβ961.91084.599.90.358.828.592遇上固溶度线，α析出βⅡ温度3βⅡ优先从α晶界析出其次是晶粒内缺陷PG3F3对应3点α析出的βⅡ成分PβⅡ成分变化α成分变化线%1004%FGG温度4α和βⅡ的体积百分含量%1004%FGF＝Ⅱ由α和βⅡ组成中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]9α相β相x4合金共晶合金（eutecticalloy）平衡凝固过程及其组织共晶组织基本特征两相交替排列，组织较细AgCuT/℃BAECDFGαLβ8.828.592WCu%共晶温度时发生共晶转变LE→αC＋βD在共晶温度凝固成共晶组织α相成分在B点β相成分在D点根据相律f=c-p+1,f＝0液相成分E点αβαβαβαβ共晶结束后α沿着BF变化析出βⅡ同理，β沿着DG变化析出αⅡ析出的βⅡ附着在相邻的β上，看不出形貌改变析出的αⅡ也附着在相邻的α上，看不出形貌改变这种变化以后不分析中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]10共晶合金（eutecticalloy）平衡凝固过程及其组织AgCuTBAECDGαLβWCu%共晶组织基本特征两相交替排列，组织较细密为一般铸造的共晶组织，注意共晶晶粒的形核中心共晶合金定向凝固的横截面，呈片层状中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]11先析出初晶α（Primarycrystal）x3亚共晶合金hypoeutecticalloy凝固过程及其组织树枝状初晶α，白色层片状共晶（α+β），黑白色AgCuTWCu%αβX3剩余熔体变化到共晶点E初晶α成分沿固溶度线变化，从初晶α中析出次晶βⅡ共晶形貌随后保持不变次晶βⅡ，黑色初晶α析出量随温度下降越来越多析出初晶后的液相成分沿着液相线变化共晶成分的熔体在共晶温度析出共晶体（α+β）析出的初晶α成分沿着固相线变化βα中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]12先析出初晶β过共晶x2合金（hypoeutecticalloy）凝固过程树枝状初晶β，黑色层片状共晶（α+β），黑白色AgCuTWCu%αβX2剩余熔体变化到共晶点E初晶β成分沿固溶度线变化，从初晶β中析出次晶αⅡ共晶形貌随后保持不变次晶αⅡ，白色初晶β析出量随温度下降越来越多析出初晶后的液相成分沿着液相线变化共晶成分的熔体在共晶温度析出共晶体（α+β）析出的初晶β成分沿着固相线变化βα参照亚共晶合金X3即可中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]13AgCuT/℃BACDWCu%αLβ961.999.90.35P相与组织•相：按照成分、结构和性能分类•组织：按照形貌分类X1E两相组成共晶合金E亚共晶合金x3过共晶合金x2βαX1固溶体合金βαα+β两种组织α+βⅡ两相组成α+β一种组织共晶X3两相组成α+β三种组织α+βⅡ+（α+β）共晶两相组成α+β三种组织β+αⅡ+（α+β）共晶X2中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]14合金x2凝固过程过程的杠杆定律%1002%CDC过共晶合金凝固完毕后相与组织刚凝固完毕%1002%CDD%1002%)(EDD共晶%1002%EDE初晶3温度α成分为F点相组成物的量发生变化•组织组成物特征保持原样，且含量可以认为不变AgCuTWCu%αβX2相组成为α＋β2DECα相成分在C点β相成分在D点此时组织组成为β初晶＋（α＋β）共晶3Fβ成分为G点G3%100%FFG3%100%GFGβ初晶成分在D点（α＋β）共晶成分在E点中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]15(a)亚共晶合金；(b)过共晶合金；(c)一般铸态的共晶合金；(d)共晶合金定向凝固的横截面Ag-Cu合金的显微组织中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]16（1）有良好的流动性，能很好地填充铸模共晶合金（2）共晶合金熔点最低，简化熔化和铸造工艺，降低能源消耗和坩埚腐蚀•铅和锡的共晶熔点为183℃，制成铅、锡和铋三元共晶，其熔点降至96℃•利用共晶熔点最低的特性配制各种易熔合金，如焊料、保险丝材料（3）利用定向凝固使共晶两相获得细而均匀的定向排列，制造共晶复合材料铸铁和铝硅系铸造合金，以及各种焊料合金中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]17•共晶反应前从液体中单独析出的β相称为初晶，以区别共晶中的β相初晶组织的形态过共晶Pb-Sb的显微组织Pb-70Sn的显微组织，500x形态取决于初晶相的固/液界面的微观结构粗糙界面光滑界面•一般呈树枝状，显微组织中表现为各分枝的截面，呈不连续不规则的椭圆形，试样表面恰好通过枝晶主轴时，显示出完整的枝晶形貌，Ag-Cu合金α和β初晶皆呈树枝状•一般呈规则的多边形，如方块、三角形，针状或条状等中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]18相图应用1：铝合金分类铝合金相图中富铝侧都具有共晶特征，据此可以大致将铝合金进行分类铸造铝合金变形铝合金α+βα可以热处理强化铝合金不可热处理强化铝合金1.铸造铝合金，2.变形铝合金无固溶度变化存在固溶度变化，有第二相析出总能获得单相合金状态具有共晶反应，低熔点，易流动中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]19I合金（Pb－10％Sn）：组织：α+βIIPb－Sn共晶系合金平衡凝固500x中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]20II合金%4.45%100195.979.615.97%100MNENW%6.54%100195.979.19.61%100MNMEWPb－Sn共晶系合金平衡凝固共晶温度时共晶组织中两相相对含量全部共晶组织中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]21Pb－Sn共晶合金平衡凝固的组织中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]22Pb－Sn亚共晶合金平衡凝固的组织亚共晶III合金：Pb－50％Sn组织α＋（α＋β）共晶＋βIIαα+ββII500x中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]23Pb－Sn过共晶合金平衡凝固的组织VI合金：过共晶合金（Pb－70％Sn）βαII(α+β)500x组织：β+αII+(α+β)共晶中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]24各种典型Pb－Sn合金的冷却曲线中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]253共晶组织及其形成机理共晶组织的基本特征：两相交替排列层片状(Pb-Cd),×250棒状纤维状(Sn-Pb)(横截面),×150针状(Al-Si),×100螺旋状(Zn-MgZn2),×500蛛网状(Al-Si),×100骨骼状(Al-Ge),×500•两相的形态多种多样：层片状、棒状（或带状）、纤维状（或点状）、针状、螺旋状、蛛网状及骨骼状（枝状）等等中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]26共晶组织形态按组成相的形态和分布特征可分七种层片状（Pb－Sn，200x）棒状放射状（Cu－P），200x中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/12柏振海[e-mail]27共晶组织形态蛛网状球状Cu－Cu2O针状Al－Si螺旋状Zn－MgZn中南大学材料科学与工程学院材料科学与工程基础二元合金共晶相图及结晶2020/1/1