第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 1
Ch4 二元合金
§ 1 合金的相结构
§ 2 二元合金相图
§ 3 相图与性能的关系第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 2
一、固溶体
合金
组元
相（ P32）
§ 1 合金的相结构置换固溶体第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 3
一、固溶体置换固溶体导致晶格 畸变 __固溶强化
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 4
间隙固溶体当 d/D<0.59时
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 5
置换固溶体与间隙固溶体的比较：
晶格畸变
有限固溶与无限固溶
固溶强化
形成条件不同
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 6
二、化合物
化合物：
具有复杂的晶格、熔点高、硬而脆；
使材料强度、硬度提高；塑性、韧度下降
正常价 化合物
电子化合物
间隙化合物
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 7
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 8
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 9
相 图：
组 元：
合金系：
相平衡：
相 图：
基本概念 〔 P37〕
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 10
一、二元相图的建立
金相法
膨胀法
电阻法
热分析法（以 Cu-Ni系相图为例）：
配制一系列成分不同的 Cu-Ni合金；
测定上述合金的冷却曲线
找出各合金的临界点
以温度为纵坐标、以成分为横坐标的图中，
将各临界点连接起来即得到 Cu-Ni合金相图
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 11
匀晶相图
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 12
二、匀晶相图
匀晶相图
特点：液态、固态均无限互溶
同类,Cu-Ni,Cu-Au、
Au-Ag,Fe-Cr等
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 13
相图分析
典型的点,
典型的线,
典型的区,
结晶过程,
杠杆定律,
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 14
匀晶相图结晶过程分析：冷却曲线＋结晶过程
L+?
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 15
杠杆定律：组成相相对量的计算方法
假设：合金的总量为 1
QL＝ (x/-K)/(x/-x)
QS＝ (K-x )/(x/-x)
类似于杠杆定律
则,QL＋ QS＝ 1
QL* x＋ QS*x/=1*K
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 16
杠杆定律的表示形式
QL QS
Kx x/
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 17
晶内偏析：一个晶粒内化学成分不均匀的现象
Cu-Ni合金的铸态组织示意图
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 18
三、共晶相图
共晶相图：液态无限互溶，有共晶转变，形成共晶组织
相图分析：点、线、区
结晶过程：冷却曲线、组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 19
相图分析：点、线、区
点：
线：
区：
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 20
共晶相图：共晶、亚共晶、过共晶
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 21
结晶过程：共晶合金
冷却曲线
组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 22
结晶过程：亚共晶合金
冷却曲线
组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 23
结晶过程：过共晶合金
冷却曲线
组织转变
思考题！
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 24
结晶过程：小于亚共晶成分合金 (IV)
冷却曲线
组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 25
组织和相的关系
相
P32
组织
P43
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 26
比重偏析
比重偏析：
因比重不同而造成的化学成分不均匀的现象
铸件上下部分的化学成分不一样
§ 2 二元合金相图
防止措施：
在浇注时进行搅拌第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 27
§ 2 二元合金相图
Pb-Sn共晶合金（ I） 的显微组织第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 28
四、包晶相图
包晶相图,Le+?cd
相图分析：点、线、面、区
结晶过程：冷却曲线、组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 29
包晶偏析
包晶偏析：
由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象。
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 30
五、共析相图
§ 2 二元合金相图
cd＋?eS1?S2+S3
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 31
一、合金形成单相固溶体
§ 3 相图与性能的关系
Fig.4-21 固溶体合金的力学性能、物理性质与合金成分的关系纯金属与合金的差别第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 32
二、当合金形成两相混合物
§ 3 相图与性能的关系
HRC
b
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 33
课后作业：
P5 (Ch3) 第 8题、第 10题、
第 12题、
课内作业：
下一页 第 1题第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 34
1,如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小：
⑴ 金属模浇注与砂模浇注；
⑵ 高温浇注与低温浇注；
⑶ 铸成薄壁件与铸成厚壁件；
⑷ 浇注时采用震动与不采用震动；
⑸ 厚大铸件的表面部分与中心部分 。
2,分析比较纯金属,固溶体,共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处 。
3,为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金,要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？
习 题第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 35
第
10
题含
28
％
锡
，
在相应温度下
，
有哪些相
，
并求相的相对量
① 高于 300℃
② 刚冷到 183℃，共晶转变尚未开始
③ 在 183℃，共晶转变完毕
④ 冷至室温。
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 36
L+α
%21%1 0 0199.61 1928Q L
② 刚冷到 183℃，共晶转变尚未开始
%79%1 0 0199.61 289.61Q
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 37
a+(a+b)?a+b
%88%1 0 01997 2897Q
③ 在 183℃,共晶转变完毕
%12%1001997 1928Q
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 38
(a+b) +aⅡ + bⅡ?a+b
%73%1 0 021 0 0 281 0 0Q
④ 冷至室温
%27%1 0 021 0 0 228Q
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 39
12,一个二元共晶反应如下：
L(75%B)?a
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 40
%27%1 0 021 0 0 228Q
2009年 7月 19日星期日 1
Ch4 二元合金
§ 1 合金的相结构
§ 2 二元合金相图
§ 3 相图与性能的关系第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 2
一、固溶体
合金
组元
相（ P32）
§ 1 合金的相结构置换固溶体第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 3
一、固溶体置换固溶体导致晶格 畸变 __固溶强化
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 4
间隙固溶体当 d/D<0.59时
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 5
置换固溶体与间隙固溶体的比较：
晶格畸变
有限固溶与无限固溶
固溶强化
形成条件不同
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 6
二、化合物
化合物：
具有复杂的晶格、熔点高、硬而脆；
使材料强度、硬度提高；塑性、韧度下降
正常价 化合物
电子化合物
间隙化合物
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 7
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 8
§ 1 合金的相结构第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 9
相 图：
组 元：
合金系：
相平衡：
相 图：
基本概念 〔 P37〕
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 10
一、二元相图的建立
金相法
膨胀法
电阻法
热分析法（以 Cu-Ni系相图为例）：
配制一系列成分不同的 Cu-Ni合金；
测定上述合金的冷却曲线
找出各合金的临界点
以温度为纵坐标、以成分为横坐标的图中，
将各临界点连接起来即得到 Cu-Ni合金相图
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 11
匀晶相图
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 12
二、匀晶相图
匀晶相图
特点：液态、固态均无限互溶
同类,Cu-Ni,Cu-Au、
Au-Ag,Fe-Cr等
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 13
相图分析
典型的点,
典型的线,
典型的区,
结晶过程,
杠杆定律,
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 14
匀晶相图结晶过程分析：冷却曲线＋结晶过程
L+?
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 15
杠杆定律：组成相相对量的计算方法
假设：合金的总量为 1
QL＝ (x/-K)/(x/-x)
QS＝ (K-x )/(x/-x)
类似于杠杆定律
则,QL＋ QS＝ 1
QL* x＋ QS*x/=1*K
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 16
杠杆定律的表示形式
QL QS
Kx x/
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 17
晶内偏析：一个晶粒内化学成分不均匀的现象
Cu-Ni合金的铸态组织示意图
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 18
三、共晶相图
共晶相图：液态无限互溶，有共晶转变，形成共晶组织
相图分析：点、线、区
结晶过程：冷却曲线、组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 19
相图分析：点、线、区
点：
线：
区：
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 20
共晶相图：共晶、亚共晶、过共晶
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 21
结晶过程：共晶合金
冷却曲线
组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 22
结晶过程：亚共晶合金
冷却曲线
组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 23
结晶过程：过共晶合金
冷却曲线
组织转变
思考题！
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 24
结晶过程：小于亚共晶成分合金 (IV)
冷却曲线
组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 25
组织和相的关系
相
P32
组织
P43
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 26
比重偏析
比重偏析：
因比重不同而造成的化学成分不均匀的现象
铸件上下部分的化学成分不一样
§ 2 二元合金相图
防止措施：
在浇注时进行搅拌第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 27
§ 2 二元合金相图
Pb-Sn共晶合金（ I） 的显微组织第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 28
四、包晶相图
包晶相图,Le+?cd
相图分析：点、线、面、区
结晶过程：冷却曲线、组织转变
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 29
包晶偏析
包晶偏析：
由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象。
§ 2 二元合金相图第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 30
五、共析相图
§ 2 二元合金相图
cd＋?eS1?S2+S3
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 31
一、合金形成单相固溶体
§ 3 相图与性能的关系
Fig.4-21 固溶体合金的力学性能、物理性质与合金成分的关系纯金属与合金的差别第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 32
二、当合金形成两相混合物
§ 3 相图与性能的关系
HRC
b
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 33
课后作业：
P5 (Ch3) 第 8题、第 10题、
第 12题、
课内作业：
下一页 第 1题第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 34
1,如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小：
⑴ 金属模浇注与砂模浇注；
⑵ 高温浇注与低温浇注；
⑶ 铸成薄壁件与铸成厚壁件；
⑷ 浇注时采用震动与不采用震动；
⑸ 厚大铸件的表面部分与中心部分 。
2,分析比较纯金属,固溶体,共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处 。
3,为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金,要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？
习 题第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 35
第
10
题含
28
％
锡
，
在相应温度下
，
有哪些相
，
并求相的相对量
① 高于 300℃
② 刚冷到 183℃，共晶转变尚未开始
③ 在 183℃，共晶转变完毕
④ 冷至室温。
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 36
L+α
%21%1 0 0199.61 1928Q L
② 刚冷到 183℃，共晶转变尚未开始
%79%1 0 0199.61 289.61Q
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 37
a+(a+b)?a+b
%88%1 0 01997 2897Q
③ 在 183℃,共晶转变完毕
%12%1001997 1928Q
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 38
(a+b) +aⅡ + bⅡ?a+b
%73%1 0 021 0 0 281 0 0Q
④ 冷至室温
%27%1 0 021 0 0 228Q
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 39
12,一个二元共晶反应如下：
L(75%B)?a
第四章 二元合金
2009年 7月 19日星期日 40
%27%1 0 021 0 0 228Q
