1、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)秦文靜秦文靜60215746qq:78976819E-mail：2杠桿定律杠桿定律2勻晶相圖勻晶相圖3共晶相圖共晶相圖4上節(jié)回顧上節(jié)回顧13上節(jié)回顧上節(jié)回顧v 概念概念 相相 組元組元 相平衡相平衡 自由度自由度 臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)v 應(yīng)用應(yīng)用 相律相律 f=c-p+n 二元相圖二元相圖 相圖的建立相圖的建立 相圖中重要的線相圖中重要的線 相圖中重要的區(qū)域相圖中重要的區(qū)域液相區(qū)液相區(qū) 固相區(qū)固相區(qū) ABTATBLL+液相線液相線 固相線固相線 兩相共存區(qū)兩相共存區(qū) 4杠桿定律杠桿定律v 從相圖中得到的信息從相圖中得到的信息 材料發(fā)生相變的溫度和相變的類型材料發(fā)生相變的溫度和相

2、變的類型 得到某一溫度下兩相的成分得到某一溫度下兩相的成分 得到某一溫度下兩相的相對(duì)含量得到某一溫度下兩相的相對(duì)含量ABTATBLL+c5杠桿定律杠桿定律AB50%TATBt/ L液相的含量液相的含量 固相的含量固相的含量 液相中液相中A組元的含量組元的含量 固相中固相中A組元的含量組元的含量 相的相對(duì)含量相的相對(duì)含量 相的成分相的成分 液相中液相中B組元的含量組元的含量 固相中固相中B組元的含量組元的含量 6杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則 ABCoCLCTATBT1LL+ abo杠桿定律杠桿定律液相線液相線 液相成分隨溫液相成分隨溫度變化而變化度變化而變化的平衡曲線的平衡曲線固相線固相線固相成分隨溫固相成

3、分隨溫度變化而變化度變化而變化的平衡曲線的平衡曲線711LLLwww Cw CC 成分為成分為C0的材料在的材料在t1溫度時(shí)處于液、固兩相平衡狀態(tài)溫度時(shí)處于液、固兩相平衡狀態(tài) 由以上兩式可以得出由以上兩式可以得出 aoobCCCCwwLooLo杠桿定律杠桿定律ABCoCLCTATBT1LL+ abo8 杠桿規(guī)則示意圖杠桿規(guī)則示意圖 杠桿定律杠桿定律9杠桿定律杠桿定律v杠桿定律的適用范圍：杠桿定律的適用范圍： 只適用于相圖中的兩相區(qū)只適用于相圖中的兩相區(qū) 只能在平衡狀態(tài)下使用只能在平衡狀態(tài)下使用 支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)，兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)，兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分兩相的成分

4、ABCoCLCTATBT1LL+ abo10勻晶相圖勻晶相圖v 勻晶相圖勻晶相圖 勻晶相圖：兩組元在勻晶相圖：兩組元在液態(tài)和固態(tài)液態(tài)和固態(tài)都能都能無(wú)限相互無(wú)限相互溶解溶解的二元合金系相圖。的二元合金系相圖。 勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的過(guò)勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的過(guò)程。（一般用程。（一般用L表示表示 ）v二元?jiǎng)蚓鄨D：二元?jiǎng)蚓鄨D： Cu-Ni、Au-Ag、Au-Pt、Fe-Cr、Cr-Mo、Fe-Ni、Gd-Mg、Mo-W NiO-CoO、CoO-MgO、NiO-MgO11勻晶相圖勻晶相圖v 二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨DCu-Ni相圖相圖平衡凝固：平衡凝固：凝固過(guò)程在凝固過(guò)

5、程在極其緩慢的冷卻條件下極其緩慢的冷卻條件下進(jìn)行。進(jìn)行。平衡組織：平衡組織：在極其緩慢在極其緩慢冷卻條件下凝固所得到冷卻條件下凝固所得到的組織。的組織。12勻晶相圖勻晶相圖v 平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶過(guò)程13勻晶相圖勻晶相圖v 結(jié)晶特點(diǎn)結(jié)晶特點(diǎn) 由由形核和長(zhǎng)大形核和長(zhǎng)大來(lái)完成結(jié)來(lái)完成結(jié)晶過(guò)程。晶過(guò)程。 凝固在一溫度范圍內(nèi)進(jìn)凝固在一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行行（實(shí)際需要一定的過(guò)（實(shí)際需要一定的過(guò)冷度）冷度） 。 凝固過(guò)程中液體和固體凝固過(guò)程中液體和固體的成分在不斷變化。的成分在不斷變化。溫溫度不斷下將時(shí)，固體量度不斷下將時(shí)，固體量不斷增加；溫度不變，不斷增加；溫度不變，液固數(shù)量維持平衡不變。液固數(shù)量維持平衡不變

6、。14勻晶相圖勻晶相圖v 擴(kuò)散（平衡凝固）平衡凝固） 先凝固出的固相中含先凝固出的固相中含Ni%量最高，由里向外向量最高，由里向外向液相中擴(kuò)散，液相中擴(kuò)散，Ni擴(kuò)散方向（擴(kuò)散方向（12L2 ）。）。 固相外層的液相中固相外層的液相中含含Cu%量最高量最高,由外向由外向里向里向1中擴(kuò)散，中擴(kuò)散，Cu擴(kuò)擴(kuò)散方向散方向（L221）。）。原子擴(kuò)散示意圖原子擴(kuò)散示意圖15勻晶相圖勻晶相圖v有極值的勻晶相圖有極值的勻晶相圖 (a) 具有極大點(diǎn)；具有極大點(diǎn)；(b) 具有極小點(diǎn)具有極小點(diǎn) 16勻晶相圖勻晶相圖v 有晶型轉(zhuǎn)變的勻晶相圖有晶型轉(zhuǎn)變的勻晶相圖Ce-La 相圖相圖Zr-Ti 相圖相圖17共晶相圖共晶相

7、圖v 共晶相圖共晶相圖 共晶轉(zhuǎn)變（共晶反應(yīng)）：由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)不同固相的過(guò)程。 共晶組織或共晶體：共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（兩個(gè)固相的混合物） 二元共晶相圖：當(dāng)兩組元在液態(tài)能無(wú)限互溶，在固態(tài)不互溶或只能有限互溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的相圖。v Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Siv Al2O3-ZrO218共晶相圖共晶相圖v 簡(jiǎn)單共晶相圖兩組元的混合物使合金的熔點(diǎn)比各組元低，兩組元的混合物使合金的熔點(diǎn)比各組元低， 液相線從兩端純組元向液相線從兩端純組元向中間凹下中間凹下,兩條液相線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為兩條液相線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為共晶溫度共晶溫度。L LA+B A+B A

8、AB BL+A L+A L+B L+B w wB B% % 完全不互溶完全不互溶 部分互溶部分互溶 19相圖分析相圖分析L+ L+ L+ 液相線液相線 液相線液相線 固相線固相線 固相線固相線 固溶線固溶線 固溶線固溶線 共晶相圖共晶相圖20共晶相圖共晶相圖v 固溶線固溶線固溶線固溶線 固溶線固溶線 B原子溶入原子溶入A基體中形成的固溶體基體中形成的固溶體 A原子溶入原子溶入B基體中形成的固溶體基體中形成的固溶體固溶線（固溶度曲線）：反映不同溫度時(shí)的溶解度變化：固溶線（固溶度曲線）：反映不同溫度時(shí)的溶解度變化： 隨溫度降低隨溫度降低A溶溶B的能力減小，的能力減小，B以二次相的形式析出。以二次相

9、的形式析出。 21L+L+L+共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變？22共晶相圖共晶相圖v 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) 一個(gè)液相同時(shí)析出兩種固相的反應(yīng)，稱為共晶反應(yīng)一個(gè)液相同時(shí)析出兩種固相的反應(yīng)，稱為共晶反應(yīng)v根據(jù)相律，三相平衡時(shí)有根據(jù)相律，三相平衡時(shí)有 f = c - p + 1 = 2 - 3 + 1 = 0v三個(gè)平衡相的三個(gè)平衡相的及反應(yīng)及反應(yīng)都是確定的，在都是確定的，在冷卻曲線中出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)。冷卻曲線中出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)。DCEL23共晶相圖共晶相圖v 專有名詞專有名詞共晶成分共晶成分 （低共熔組成）（低共熔組成）共晶溫度共晶溫度 （低共熔溫度）（低共熔溫度）共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) 在相圖中由共晶成分和共晶溫度確定的點(diǎn)。在相圖中由

10、共晶成分和共晶溫度確定的點(diǎn)。（低共熔點(diǎn)）（低共熔點(diǎn)）24共晶相圖共晶相圖v 相圖的分析相圖的分析Pb-Sn合金合金 相成分相成分 L + L+ L+ L+Pb-SnPb-Sn共晶相圖共晶相圖25共晶相圖共晶相圖v 相圖的分析相圖的分析Pb-Sn合金合金 相線相線 ad bd ac be cf eg cdePb-SnPb-Sn共晶相圖共晶相圖26共晶相圖共晶相圖v 相圖的分析相圖的分析Pb-Sn合金合金 成分點(diǎn)成分點(diǎn) (Sn) c: 19% d: 61.9% e: 97.5%v 合金分類合金分類Pb-SnPb-Sn共晶相圖共晶相圖27v 合金合金的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程共晶相圖共

11、晶相圖28共晶相圖共晶相圖v 合金合金的平衡結(jié)晶的顯微組織的平衡結(jié)晶的顯微組織 組織特征：組織特征：黑色黑色基體分基體分布著白色細(xì)小布著白色細(xì)小的的相。相。50029共晶相圖共晶相圖v 合金合金的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程 共晶成分共晶成分30共晶相圖共晶相圖v 合金合金的平衡結(jié)晶的顯微組織的平衡結(jié)晶的顯微組織 共晶合金共晶合金 組織特征：組織特征：和和呈層呈層片狀交替分片狀交替分布，其中黑布，其中黑色為色為，白，白色為色為。31共晶相圖共晶相圖v 合金合金的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程32共晶相圖共晶相圖v 合金合金的平衡結(jié)晶的顯微組織的平衡結(jié)晶的顯微組織 亞共晶合金亞

12、共晶合金 組織特征：組織特征：暗黑色樹(shù)枝狀是初暗黑色樹(shù)枝狀是初晶晶，其中白色顆，其中白色顆粒為粒為 ，黑白相，黑白相間分布的是共晶組間分布的是共晶組織織（+）。33共晶相圖共晶相圖v 合金合金的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲線及結(jié)晶過(guò)程34共晶相圖共晶相圖v 合金合金的平衡結(jié)晶的顯微組織的平衡結(jié)晶的顯微組織 過(guò)共晶合金過(guò)共晶合金 組織特征：組織特征：白色樹(shù)枝狀白色樹(shù)枝狀初晶初晶，其，其中顆粒為中顆粒為，黑白相間分布黑白相間分布的是共晶組織的是共晶組織（+）。35共晶相圖共晶相圖36共晶相圖共晶相圖在顯微下觀察都能清晰的在顯微下觀察都能清晰的區(qū)分開(kāi)，它們有其各自的區(qū)分開(kāi)，它們有其各自的形態(tài)、數(shù)量、分

13、布形態(tài)、數(shù)量、分布，是組，是組成顯微組織的獨(dú)立部分。成顯微組織的獨(dú)立部分。如初晶如初晶、（樹(shù)枝狀），（樹(shù)枝狀），二次相二次相、（顆（顆粒狀），共晶組織粒狀），共晶組織(+)（黑白相間分布）（黑白相間分布）組織組織組成物組成物 從相的角度看，初晶從相的角度看，初晶、，二次相，二次相、，共晶組織共晶組織(+），都是），都是由由相和相和相兩個(gè)相組成，相兩個(gè)相組成，所以將所以將相和相和相稱為合相稱為合金的相組成物。如初晶金的相組成物。如初晶和二次相和二次相的的結(jié)構(gòu)、成結(jié)構(gòu)、成分均相同，分均相同，所不同的只是所不同的只是形態(tài)、分布及大小。形態(tài)、分布及大小。相相組成物組成物 37共晶相圖共晶相圖v 平衡結(jié)

14、晶的顯微組織平衡結(jié)晶的顯微組織38%4 .45%100195 .979 .615 .97%100cdedw%6 .54%100195 .97199 .61%100cdcew共晶相圖共晶相圖39共晶相圖共晶相圖%2 .722%8 .27190 .61509 .612cdccdd%5 .392%5 .60195 .97505 .972ceecee組織組成物組織組成物相組成物相組成物40共晶相圖共晶相圖%1002)%(%1002.%1002.%cdccddfgfccddfggcII冷卻到室溫時(shí)，初生相冷卻到室溫時(shí)，初生相轉(zhuǎn)變兩部分：轉(zhuǎn)變兩部分：初初（成分為（成分為f f點(diǎn)）和點(diǎn)）和（成分為（成分為g g）先計(jì)算從初先計(jì)算從初中析出的中析出的的量，剩下的量，剩下的就是室溫下的初的就是室溫下的初量。量。%= %= maxmax% %初初%41共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變的相圖的相圖共析轉(zhuǎn)變：由一個(gè)固相恒溫下同共析轉(zhuǎn)變：由一個(gè)固相恒溫下同時(shí)析出成分、結(jié)構(gòu)均不相同的兩時(shí)析出成分、結(jié)構(gòu)均不相同的兩個(gè)新固相的過(guò)程。個(gè)新固相的過(guò)程。共析體或共析組織：（共析體或共析組織：（）兩相組成機(jī)械混合物。兩相組成機(jī)械混合物。相組成：相組成： 組織特