共晶相图及包晶相图

主要讨论•共晶相图不同成分合金的凝固过程及组织组成物；•伪共晶•包晶相图不同成分合金的凝固过程；共晶相图及合金凝固组成共晶相图的两组元的相互作用的特点是:液态下两组元能无限互溶，固态下只能部分互溶(形成有限固溶体或化合物)，甚至有时完全不溶，并具有共晶转变。共晶转变是在一定条件下(温度、成分不变)，由均匀液体中同时结晶出两种不同固相的转变。即：L→α+β具有共晶转变的相图称为共晶相图。所得到两固相的混合物称为共晶组织。共晶体的结构•由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。•两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生共晶反应的相图，称为共晶相图。L共晶相图（1）相图分析•点–tA、tB、E–M、N、F、G•线–tAEtB线为液相线–tAMENtB线为固相线–MEN线是共晶转变线–MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线–NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线•相区–单相区–两相区2.共晶系合金的平衡凝固根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为了四类：端部固溶体合金、亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金。(1)端部固溶体合金（WSn19%)•冷却曲线：•结晶和组织转变过程：L→L+αⅠ→αⅠ→αⅠ+βⅡ•匀晶反应＋脱溶转变端部固溶体合金室温组织：α+βⅡ•α、β相对量都可通过杠杆法则求出：Wα=(1.0-0.1)/(1.0-0.02)=91.8%Wβ=(0.1-0.02)/(1.0-0.02)=8.2%含10%Sn量合金的平衡结晶的显微组织500×(2)共晶合金的平衡结晶•该合金发生共晶反应：LE→αM+βN,恒温进行，形成共晶体(α+β)。两个相的相对量：αM=EN/MNβN=ME/MN•冷却曲线：•结晶和组织转变过程：L→L+(α+β)→(α+β)共共晶反应＋脱溶转变•室温组织：(α+β)共。•组织特征:片层交替分布，共晶(α+β)共中α、β相对量都可通过杠杆法则求出。共晶反应完了时：Wα=EN/MNWβ=ME/MN室温时：Wα=(1.0-0.619)/(1.0-0.02)Wβ=(0.619-0.02)/(1.0-0.02)Pb－Sn共晶合金（Ⅱ）的平衡结晶的显微组织（3）亚共晶合金的平衡结晶•冷却曲线：•其组织变化示意图：•结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+(α+β)共→α+(α+β)共→α+βⅡ+(α+β)共匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变室温组织：α+βⅡ+(α+β)共亚共晶合金的平衡结晶的显微组织室温组织：α+βⅡ+(α+β)共(4)过共晶合金的平衡凝固•过共晶合金的凝固过程和组织特征与亚共晶合金相类似，只是初生相(先共晶相)为β固溶体而不是α固溶体。•类合金的冷却曲线类似于亚共晶合金•其结晶过程组织变化类似于亚共晶合金.•结晶过程：L→L+β→L+β+(α+β)共→β+(α+β)共→β+αⅡ+(α+β)共•匀晶反应＋共晶反应＋脱溶转变•室温组织：β+αⅡ+(α+β)共过共晶合金的平衡结晶的显微组织3.共晶系合金的非平衡凝固伪共晶伪共晶：由于快速冷却，非共晶成分合金所得到的共晶组织。原因：不平衡结晶；合金成分位于共晶点附近。不平衡组织：由非共晶成分的合金得到的完全共晶组织；共晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。(伪共晶区偏移)几种伪共晶区的形式（3）离异共晶①离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处从而使共晶体两组成相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。②形成原因：不平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。③消除：扩散退火。1.在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。A是B否思考题答案：B成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未凝固的液相成分沿液相线变化到共晶点，而进行共晶转变。因此，并不是只有共晶合金才发生共晶反应。2.发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。A是B否思考题答案：A能够发生共晶反应的液相成分一定是共晶成分。3.共晶转变进行时，系统的自由度FA为–1B为0C为1思考题答案：B二元合金发生共晶反应时是三相（L,a,b）共存，根据相律计算可以知道系统的自由度为0。任何系统的自由度最小值是0，不可能为负值。4.相图中的共晶线A是一条水平线直线；B是一个三相区（L,α,β）；C一般是一条斜线，水平线是特殊情况。思考题答案：A因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水平线；共晶反应时三相共存，所以共晶线也是一个三相区。包晶相图及其合金凝固有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分的固相与剩余液相(有确定成分)发生反应生成另一种固相的恒温转变过程称为包晶转变。两组元在液态下无限互溶，固态下只能部分互溶并具有包晶转变的相图称为二元包晶相图。1.包晶相图分析•线：APDB固相线、ACB液相线、水平线(PDC)为包晶转变线，包晶线上仅有PD为固相线，PE、DF固溶度曲线。包晶转变线上的合金在该温度发生包晶转变：Lc+αP=βD•相区：三个单相区为L、α和β；三个双相区为L+α、L+β、α+β；三相共存于PDC线，为L+α+β•包晶线与共晶线不同之处在于：共晶线为固相线，线上的合金在共晶温度全部凝固完毕，其组织为两相混合物。包晶线仅有DP为固相线，而DC为液相线。2.包晶系合金的平衡凝固①包晶点合金（42.4%)的平衡凝固•冷却曲线：•结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+β→β→αⅡ+β发生包晶反应：LC+αP=βD为恒温反应匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变•室温组织：αⅡ+β,αⅡ、β的相对量可通过杠杆法则求出。开始包晶反应时:Wα=DC/PC＝57.2％WL=PD/PC＝42.8％室温时:WαⅡ=FD/EFWβ=ED/EF②包晶点以右合金的平衡凝固•冷却曲线：•结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+β→L+β→β→αⅡ+β碰到PC发生包晶反应：LC+αD=βP为恒温反应匀晶反应＋包晶反应＋匀晶反应＋脱溶转变•室温组织：αⅡ+β，αⅡ、β的相对量可通过杠杆法则求出。开始包晶反应时:Wα=GC/PC57.2%WL=PG/PC42.8%室温时:WαⅡ=FG/EFWβ=EG/EF③包晶点以左合金的平衡凝固•冷却曲线:•结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+β→α+β→α+β+αⅡ+βⅡ碰到DP发生包晶反应：LC+αP=βD为恒温反应匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变•室温组织：α+β+αⅡ+βⅡ，α、β的相对量可通过杠杆法则求出。开始包晶反应时:WL=HC/PC57.2%Wα=PH/PC42.8%包晶反应完了时:Wα=FH/EFWβ=HD/PD室温时:Wα=PH/PDWβ=EH/EF