§ 3-2 合金的结晶
合金的结晶过程遵循结晶的基本规律，由于合金成分中
包含有两个以上的组元，结晶过程中，不同温度范围内
存有不同数量的相，且各相成分有时也可变化，必须引
入合金相图这一工具来进行描述。
一、二元合金相图的基本知识
㈠ 二元合金相图的表示方法 （图）
合金相图 —— 表示成分、温度与相平衡之间关系的图解。
以 Cu— Ni合金为例
1点 Cu=80% Ni=20%
成分线上不同点代表该合金处于某一温度的相组成。
上一级
㈡ 二元合金相图的测定方法 -热分析 （图）
① 配制一系列不同成分的 Cu— Ni合金：
取几个点,100%Cu, 20%Ni+80% Cu,
40%Ni+60% Cu, 60%Ni+40% Cu,80%Ni+20% Cu、
100% Ni
② 用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲线（温度 -
时间）。
③ 找出合金冷却曲线上的临界点。
④ 把各临界点画在温度 — 成分图上。
连接各相同意义的点，所得的线称为相界线 。
上一级
二、相律及杠杆定律
1、相律
用来表示平衡状态下系统的组元数 C,相数 P与
独立可变因素 —— 自由度数 f 之间的关系。
f=C-P+2
自由度数，是指系统在保持平衡状态和相数不
变的前提下，能够在一定范围内任意独立改变
的因素（温度、压力、成分等）的数目。
通常情况下，压力的改变对状态影响极小，可
以忽略不计,系统平衡时相律形式为：
f=C-P+1
上一级
2、杠杆定律
用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质
量。
杠杆的 支点 是两个相的平均质量分数（ 合金的成分
点），端点分别是两个相的成分点。
%100
%100
??
??
ac
ab
W
ac
bc
W L
?
上一级
三、二元均晶相图
㈠ 均晶相图 —— 凡是在二元合金系中，两组
元在液态和固态下以任何比例均可相互溶解，
即在固态下能形成无限固溶体时，其相图属于
均晶相图。
㈡ 相图分析
分析点、线、面的意义。
上一级
㈢ 合金的平衡结晶过程
平衡结晶是指合金在极缓慢的冷却条件
下进行的结晶过程。和纯金属不同，合
金在结晶时有以下两个显著的特点：
i,异分结晶；
ii,合金的结晶需要一定的温度范围。
㈣ 合金的不平衡结晶
上一级
㈤ 区域偏析或区域提纯
a,区域偏析
合金在不平衡结晶时造成的大范围内化学成分不均
匀的现象称为区域偏析。
b,区域提纯
区域偏析对合金的性能影响很大，根据这一原理，
可以提纯金属，称为区域提纯。
㈥成分过冷及其对晶体成长形状的影响
a,形成成分过冷的条件及其影响因素
b,成分过冷对晶体成长形状的影响
上一级
四、二元共晶相图
共晶相图 —— 凡是二元合金系中两组元在液态能
完全互溶，而在固态有限溶解，并发生共晶转变。
1,简单共晶相图 （图）
2、一般共晶相图 （图）
3,合金的结晶过程分析
（ 1）合金 Ⅰ （ M点以左的合金）
室温组织应为,α固溶体 +βⅡ 固溶体。
室温时的 α与 βⅡ 的相对量：
%1 0 04%,1 0 04 ???? ? FGFWFG GW a ?
上一级
（ 2） 合金 Ⅱ （ E点的合金） 也称为共晶合金
α相与 β相的机械化合物。 αM与 βN的相对量，可
用杠杆定律计算如下：
（ 3） 合金 Ⅲ （ M,E点间的合金）亚共晶合金
其显微组织由初晶 α+次生 βⅡ +（ α+β） 共晶组成。
合金成分愈接近共晶成分，组织中共晶体（ α+β）
量越多，而初晶 α量愈少。
? ? %1001%100%,100 ???????
MNNM
WWMNMEWMNENW ???? 或
上一级
（ 4）合金 Ⅳ （ E,N点间的合金）称为过共晶合金
室温组织应为初晶 β+次生 αⅡ +共晶体（ α+β）
4．合金的相组分与组织组分
相组分,α,β两相，也称为相组成物。
组织组分,由于不同合金的形成条件不同，各种相将
以不同的数量、形状、大小互相组合，因而在显微镜下
可观察到不同的组织。把具有一定的组织特征，并在显
微镜下可以明显区分的物质。
上一级
合金中相组分和组织组分的相对量：
相组分 α,β：
%100%1002 ???? DECDWDE EW
EM ??
，
? ? %1001 ??? DE WW ??或
上一级
组织组分, αD 共晶体、（ αD+βE） 相对量：
5．比密度偏析
（ 1） 概念：亚共晶或过共晶合金结晶时，初晶的密度与
剩余液相的密度相差很大，则初晶将上浮或下沉。
（ 2） 影响：降低合金的使用与加工性能，可搅拌液体
金属或加入某种物质形成骨架，以阻止初晶相上浮或下
沉 。
? ? %100%100
2 ????
? DC
DEW
DC
EW
EDD ???
，
? ? ? ? %1 0 01 ???? DED WW ???或
上一级
五、二元包晶相图
(一 )、相图分析 (图 )
点,A,纯 Pt熔点,B,纯 Ag熔点,D,包晶成
分点，含 Ag42.4%
线,ACB,液相线； AEDB,固相线； EDC：
包晶转变线； EP,DQ,固溶线
相区：单相区,L,α, β ； 两相区,L+α,
L+β, α +β ； 三相平衡,L+α +β 。
上一级
包晶转变：一定成分的液相和一定成分的固相
在一定的温度下生成一定成分的固相的反应称
为包晶反应 。 即：
D点称为包晶成分点,EDC称为包晶转变线。
MCCD
oL ?? ?? ??? 1 1 8 5
上一级
（二）、典型合金的平衡结晶及其组织
1、含 Ag量为 42.4%的合金
1点以上, 液相； 1~2点, 由液相结晶出 α,液相成分
沿 AC变化, 固相成分沿 AE变化；到 2点温度, 发生包
晶转变：
包晶转变前, 相组成为 α,L,其相对量为：
包晶转变结束后, 液相和固相同时消耗完, 生成单一
的 β相 。
继续冷却, 将会从 β中析出 αII。
结晶结束后, 相组成为,α,β； 组织组成为,αII,β，
其相对量可以用杠杆定律计算 。
4.421 1 8 55.103.66 ?? ?? ??? C
oL
%83.425.103.66 4.423.66 ?????W %17.57%83.421 ???LW
上一级
六、合金性能与相图间的关系
1．单相固溶体合金
匀晶相图是形成单相固溶体合金的相图 （图）
2．两相混合物合金
共晶相图中，结晶后形成两相组织的合金称
为两相混合物合金 （图） 。
两相混合物的压力加工性能与合金组织中硬
脆的化合物相含量有关，一般都比固溶体合
金要差，但只要组织中硬脆相含量不多，其
切削加工性能就比固溶体合金要好。
上一级
1
返回
返回
具有简单共晶相图的合
金有 Be-Si,Cd-Bi。
? tA,tB—— A,B 组 元 熔
点
? C点 —— 共晶点
? tAC—— 液相线
? tBC—— 液相线
返回
BAL ??
tAE—— 固相线 L析出 α
tBE—— 固相线 L析出 β
MF—— α最大溶解度线
NG—— β最大溶解度线
返回
返回
Pt-Ag包晶相图
固溶体合金的电阻
较高，电阻温度系
数较小，常用做电
阻合金材料 σ
返回
返回
合金的结晶过程遵循结晶的基本规律，由于合金成分中
包含有两个以上的组元，结晶过程中，不同温度范围内
存有不同数量的相，且各相成分有时也可变化，必须引
入合金相图这一工具来进行描述。
一、二元合金相图的基本知识
㈠ 二元合金相图的表示方法 （图）
合金相图 —— 表示成分、温度与相平衡之间关系的图解。
以 Cu— Ni合金为例
1点 Cu=80% Ni=20%
成分线上不同点代表该合金处于某一温度的相组成。
上一级
㈡ 二元合金相图的测定方法 -热分析 （图）
① 配制一系列不同成分的 Cu— Ni合金：
取几个点,100%Cu, 20%Ni+80% Cu,
40%Ni+60% Cu, 60%Ni+40% Cu,80%Ni+20% Cu、
100% Ni
② 用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲线（温度 -
时间）。
③ 找出合金冷却曲线上的临界点。
④ 把各临界点画在温度 — 成分图上。
连接各相同意义的点，所得的线称为相界线 。
上一级
二、相律及杠杆定律
1、相律
用来表示平衡状态下系统的组元数 C,相数 P与
独立可变因素 —— 自由度数 f 之间的关系。
f=C-P+2
自由度数，是指系统在保持平衡状态和相数不
变的前提下，能够在一定范围内任意独立改变
的因素（温度、压力、成分等）的数目。
通常情况下，压力的改变对状态影响极小，可
以忽略不计,系统平衡时相律形式为：
f=C-P+1
上一级
2、杠杆定律
用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质
量。
杠杆的 支点 是两个相的平均质量分数（ 合金的成分
点），端点分别是两个相的成分点。
%100
%100
??
??
ac
ab
W
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W L
?
上一级
三、二元均晶相图
㈠ 均晶相图 —— 凡是在二元合金系中，两组
元在液态和固态下以任何比例均可相互溶解，
即在固态下能形成无限固溶体时，其相图属于
均晶相图。
㈡ 相图分析
分析点、线、面的意义。
上一级
㈢ 合金的平衡结晶过程
平衡结晶是指合金在极缓慢的冷却条件
下进行的结晶过程。和纯金属不同，合
金在结晶时有以下两个显著的特点：
i,异分结晶；
ii,合金的结晶需要一定的温度范围。
㈣ 合金的不平衡结晶
上一级
㈤ 区域偏析或区域提纯
a,区域偏析
合金在不平衡结晶时造成的大范围内化学成分不均
匀的现象称为区域偏析。
b,区域提纯
区域偏析对合金的性能影响很大，根据这一原理，
可以提纯金属，称为区域提纯。
㈥成分过冷及其对晶体成长形状的影响
a,形成成分过冷的条件及其影响因素
b,成分过冷对晶体成长形状的影响
上一级
四、二元共晶相图
共晶相图 —— 凡是二元合金系中两组元在液态能
完全互溶，而在固态有限溶解，并发生共晶转变。
1,简单共晶相图 （图）
2、一般共晶相图 （图）
3,合金的结晶过程分析
（ 1）合金 Ⅰ （ M点以左的合金）
室温组织应为,α固溶体 +βⅡ 固溶体。
室温时的 α与 βⅡ 的相对量：
%1 0 04%,1 0 04 ???? ? FGFWFG GW a ?
上一级
（ 2） 合金 Ⅱ （ E点的合金） 也称为共晶合金
α相与 β相的机械化合物。 αM与 βN的相对量，可
用杠杆定律计算如下：
（ 3） 合金 Ⅲ （ M,E点间的合金）亚共晶合金
其显微组织由初晶 α+次生 βⅡ +（ α+β） 共晶组成。
合金成分愈接近共晶成分，组织中共晶体（ α+β）
量越多，而初晶 α量愈少。
? ? %1001%100%,100 ???????
MNNM
WWMNMEWMNENW ???? 或
上一级
（ 4）合金 Ⅳ （ E,N点间的合金）称为过共晶合金
室温组织应为初晶 β+次生 αⅡ +共晶体（ α+β）
4．合金的相组分与组织组分
相组分,α,β两相，也称为相组成物。
组织组分,由于不同合金的形成条件不同，各种相将
以不同的数量、形状、大小互相组合，因而在显微镜下
可观察到不同的组织。把具有一定的组织特征，并在显
微镜下可以明显区分的物质。
上一级
合金中相组分和组织组分的相对量：
相组分 α,β：
%100%1002 ???? DECDWDE EW
EM ??
，
? ? %1001 ??? DE WW ??或
上一级
组织组分, αD 共晶体、（ αD+βE） 相对量：
5．比密度偏析
（ 1） 概念：亚共晶或过共晶合金结晶时，初晶的密度与
剩余液相的密度相差很大，则初晶将上浮或下沉。
（ 2） 影响：降低合金的使用与加工性能，可搅拌液体
金属或加入某种物质形成骨架，以阻止初晶相上浮或下
沉 。
? ? %100%100
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? DC
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DC
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，
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上一级
五、二元包晶相图
(一 )、相图分析 (图 )
点,A,纯 Pt熔点,B,纯 Ag熔点,D,包晶成
分点，含 Ag42.4%
线,ACB,液相线； AEDB,固相线； EDC：
包晶转变线； EP,DQ,固溶线
相区：单相区,L,α, β ； 两相区,L+α,
L+β, α +β ； 三相平衡,L+α +β 。
上一级
包晶转变：一定成分的液相和一定成分的固相
在一定的温度下生成一定成分的固相的反应称
为包晶反应 。 即：
D点称为包晶成分点,EDC称为包晶转变线。
MCCD
oL ?? ?? ??? 1 1 8 5
上一级
（二）、典型合金的平衡结晶及其组织
1、含 Ag量为 42.4%的合金
1点以上, 液相； 1~2点, 由液相结晶出 α,液相成分
沿 AC变化, 固相成分沿 AE变化；到 2点温度, 发生包
晶转变：
包晶转变前, 相组成为 α,L,其相对量为：
包晶转变结束后, 液相和固相同时消耗完, 生成单一
的 β相 。
继续冷却, 将会从 β中析出 αII。
结晶结束后, 相组成为,α,β； 组织组成为,αII,β，
其相对量可以用杠杆定律计算 。
4.421 1 8 55.103.66 ?? ?? ??? C
oL
%83.425.103.66 4.423.66 ?????W %17.57%83.421 ???LW
上一级
六、合金性能与相图间的关系
1．单相固溶体合金
匀晶相图是形成单相固溶体合金的相图 （图）
2．两相混合物合金
共晶相图中，结晶后形成两相组织的合金称
为两相混合物合金 （图） 。
两相混合物的压力加工性能与合金组织中硬
脆的化合物相含量有关，一般都比固溶体合
金要差，但只要组织中硬脆相含量不多，其
切削加工性能就比固溶体合金要好。
上一级
1
返回
返回
具有简单共晶相图的合
金有 Be-Si,Cd-Bi。
? tA,tB—— A,B 组 元 熔
点
? C点 —— 共晶点
? tAC—— 液相线
? tBC—— 液相线
返回
BAL ??
tAE—— 固相线 L析出 α
tBE—— 固相线 L析出 β
MF—— α最大溶解度线
NG—— β最大溶解度线
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Pt-Ag包晶相图
固溶体合金的电阻
较高，电阻温度系
数较小，常用做电
阻合金材料 σ
返回
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