第三章 二元合金相图和二元合金的结晶

第三章二元合金相图和二元合金的结晶

§1 概述

一、合金系

由一定数量的组元配制成的不同成分的一系列合金组成的系统，称合金系。两个组元的称二元合金系，三个组元的称三元合金系。例如,Cu-Ni是二元合金系，而Pt-Pd-Rh是三元合金系。

二、什么是合金相图

合金相图是表示平衡状态下合金系的合金状态和温度、成分之间关系的图解。该定义中，“平衡状态”是指一定条件下，合金自由能最低的稳定状态；而“合金状态”是指合金由哪些相组成，各相的成分及其相对含量是多少。

三、合金相图的作用

利用合金相图可以了解各种成分的合金，在一定温度的平衡条件下，存在哪些相、各相的成分及其相对含量。但它不能指出相的形状、大小和分布状况，即不能指出合金的组织状况。尽管如此，如果能把相图和相变机理、相变动力学结合起来，那么相图便可成为分析组织形成和变化的有利工具，成为金属材料生产、科研的重要参考资料，因此，相图是金属学的重要内容之一。

§2二元合金相图的建立

一. 二元合金相图的表示方法

1.用平面坐标系表示二元合金系

物质的状态通常由成分、温度和压力三个因素确定。由于合金的熔炼、结晶都是在常压下进行的，所以，合金的状态可由成分和温度两个因素确定。对于二元合金系来说，一个组元的浓度一旦确定，另一个组元的浓度也随之而定，因此成分变量只有一个，另一个变量是温度，所以用平面坐标系就可以表示二元合金系。通常用纵坐标代表温度，横坐标代表成分。成分多用重量百分比来表示。（如图3.1所示），横坐标的两个端点A、B代表组成合金的两个组元。

2.二元合金相图中的表象点和表象线

在二元合金相图中，平面上任意一点称为表象点。其坐标值表示合金的成分和温度。例如图中的E点表示合金由40%的B组元和60%的A组元组成，合金的温度为500℃。

在二元相图上，过合金成分点的垂线，称合金的表象线。

二. 二元合金相图的测定方法

建立相图的方法有两种：实验测定和理论计算。目前使用的相图大多是用实验方法建立的。实验方法有多种，如：热分析法、金相法、膨胀法等。现以Cu—Ni合金为例，介绍用热分析法测定二元合金相图的过程。

三.相律及其应用

1.相律

相律是表示平衡状态下，系统自由度数、组元数和相数三者之间的关系的定律，它可用下列数学表达式来表示：

c

f

=p

2

+

-

式中c ——合金系的组元数。

p ——平衡条件下相的数目。

“2”——温度和压力两个因素。

f ——自由度数，它表示合金系中在保持相数不变的条件下，可以改变的影响合金状态

的内部和外部因素。

2. 相律的作用

相律是建立相图的基础，是检验、分析和使用相图的重要工具。测定的相图是否正确，要用相律来检验，分析和使用相图时，也要用到相律。

3. 相律在二元相图中的应用

合金的熔炼、加工一般是在常压下进行的，相律可写为1+-=p c f 。对二元合金，相律为：P p f -=+-=312。这说明二元合金中，相的数目最多为3（因为自由度最小值为0）。所以，二元相图中有单相区、两相区和三相区。

● 单相区 当合金中只有一个相时，相数1=p 时，自由度213=-=f 。这说明，温度和成分两个变量的独立变化不会影响合金以单相形式存在，也就是说，单相区应是一个成分、温度独立变化的区域，它在相图上表现为一块面积。如Cu —Ni 合金中的固相区和液相区。 ● 两相区 当合金中有两个相时，相数2=p 时，自由度1=f 。这说明两相区中两相平衡只能有一个独立变量。若温度确定了，则0=f ，两相的成分也确定了；反之，若两相的成分确定了，温度也随之而定，也就是说：温度和成分的关系是一一对应的。温度改变，两个相的成分也要改变。这就意味着，随温度的变化，两相成分在相图上表现为两条曲线，例如Cu —Ni 相图中的固相线和液相线，由这两条曲线围成的区域称为固液两相区。在平衡状态下，表象点处于两相区内的合金都由两相组成。若温度一定，两相的成分可以确定。以Cu —Ni 合金为例说明如何确定，具体做法是：过合金表象点做等温水平线和液相线、固相线有两个交点A 、B ，线段AB 称为连接线，A 、B 两点在横轴上对应的成分B A C C ,就是液、固两相的成分。

● 三相区 当合金由三相组成时，相数3=p ，自由度0=f ，这说明三相区的温度是固定不变的，并且三个平衡相的成分也是固定不变的，所以，三个相的成分点只能在一条等温水平线上。把三个成分点的等温水平线称为三相区。

四. 杠杆定理——两相区中两个平衡相的定量法则

杠杆定律是用于求已知成分的二元合金在某温度处于两相区时，两个平衡相的成分和相对量。例如：在图3.3中，要求成分为C 的Ni Cu -二元合金在温度1T 时，固相α、液相L 两个平衡相的成分和相对量。具体做法是这样的：

（1） 做连接线确定两个平衡相的成分 过1T 温度做等温水平线交液相线和固相线于b

a ,两点，直线a

b 称为连接线。b a ,两点在横轴上所对应的成分L C 、αC 就是液固两个

个平衡相的成分。

（2） 用杠杆定律确定两个平衡相的相对量（证明略）

?--==?--==L

L L L C C C C ab ar C C C C ab br αβααωω%;100%100 注意：杠杆定律只适用于在两相区确定合金中两平衡相的成分和相对量。单相区只有一个相，不存在相对量的问题；而三相区有三个相，杠杆定律无法确定。

§3 二元匀晶相图和固溶体的结晶

一、二元匀晶相图和匀晶转变

两组元在液态和固态都无限互溶的二元合金相图，称为二元匀晶相图。如Cu —Ni 、Ag —Au 二元合金相图都是二元匀晶相图。这类合金结晶时从液相中结晶出来的都是固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。

现以Cu —Ni 合金相图为例介绍匀晶相图的结构。如图3.5所示，上边一条曲线称液相线，下边一条曲线称固相线，两曲线将相图分为三个区域：液相线以上的区域称液相区，固相线以下的区域称固相区，两曲线围成的区域液固两相区，Cu T 和Ni T 分别是纯铜和纯镍的平衡熔点。

二、 固溶体合金的平衡结晶

1. 平衡结晶的定义

平衡结晶是指在结晶过程中，液、固两相成分均匀一致，并分别沿相图的液相线和固相线变化，这只有在极缓慢的冷却条件下才能实现。

2. 平衡结晶过程

现以Cu —Ni 合金相图为例说明固溶体平衡结晶过程，体会为什么只有在极缓慢的冷却条件下才能实现。

如图所示，设成分为0C 的固溶体冷却至液相线以下1T 温度开始结晶。过1T 温度做等温水平线，分别和液相线、固相线交于1L 、1α。1α为结晶出来的固相成分，1L 为此时液相的成分，它们都不同于原始合金的成分，溶质镍在固、液两相中进行了分配。此时，固、液两个平衡相的相对量可用杠杆定理求出，分别为：

1

101

1110;L C C C L C L C L --=--=?ωα 若温度保持1T 不变，则固、液两相的成分不变，相对量也不变，结晶便停止了。

当温度降至2T 时，结晶出的固相成分2α，它是依附在1α固相上生成的（如图所示）。显然，1T 和2T 温度结晶出的固相成分是不相同的，整个固相的成分不均匀。固相成分的均匀化是通过原子扩散进行的，扩散不仅发生在固相中，也发生在液相中和固、液两相之间。而原子的扩散，尤其在固相中是相当缓慢的，其成分均匀化需要很长的时间。只有当固、液

两相成分均匀一致，分别达到2α和2L 以后，才满足平衡结晶的条件，降温才能继续，结晶才能进行。

温度继续下降，又重复上述过程。当温度降至3T 时，固相成分为0C ，和原始合金成分相同，结晶就结束了。所以，平衡结晶只有在冷却速度极缓慢的条件下才能实现。

三、 固溶体结晶的三个起伏 教科书

四、 二元固溶体结晶的特点

同纯金属相比，二元固溶体的结晶有两个特点。

1. 固溶体的结晶是异分结晶。

前面介绍过，纯金属结晶时，结晶出的固相成分和液相是相同的，这称为同分结晶。而固溶体结晶时，结晶出的固相成分和液相是不相同的，称为异分结晶或选择结晶

2. 固溶体的结晶是在一定温度范围内进行的。

固溶体结晶的这两个特点可用相律来解释。在固溶体结晶过程中存在液固两相，根据相律，其自由度数1122=+-=f 。这说明：结晶过程中，允许一个变量发生变化不会影响液固两相共存，即不会影响结晶。如果这个变量是温度，那么它的变化不会影响结晶。所以固溶体的结晶是在一定温度范围内进行的。也正因为自由度数1=f ，一旦温度确定，自由度数0=f 。这说明：温度确定，液、固两相的成分也确定。温度和液固两相的成分是一一对应的关系。既然固溶体在结晶过程中温度是可变的，则液固两相的成分也是可变的，即异分结晶

五、 平衡分配系数（0K ）

既然固溶体的结晶是异分结晶，则结晶时，溶质原子会在固相和液相之间进行分配。将一定温度下，固液两个平衡相中溶质浓度的比值，即L C C k /0α=称为平衡分配系数。平衡分配系数的另一个定义，一定温度下，不论固、液两相是否处于平衡态，液固界面两侧固相和液相溶质浓度的比值。平衡分配系数的大小反映了固溶体结晶时溶质原子在固相和液相分配的强烈程度。以“1”为界，平衡分配系数越大或者越小，均表明溶质原子在液相和固相中相差越大，溶质分配越剧烈。

如图3.7所示。当液相线和固相线随合金溶质浓度的增加而降低时，10k ，此种情况下，固溶体结晶温度随溶质浓度的增加而提高。

§3 固溶体的不平衡结晶。

一. 不平衡结晶的定义

如前所述，平衡结晶只有在极缓慢的冷却条件下才能实现。然而，在实际生产中，合金结晶时冷却速度较快，一定温度下的扩散尚未充分进行，温度就继续下降，使固、液两相（尤其是固相）成分没有均匀一致。这种偏离平衡结晶条件的结晶，称为不平衡结晶，它是由于

冷却速度较快造成的。

不平衡结晶多种多样。下面介绍两种不平衡结晶。

二. 假设固相不扩散，液相通过对流、搅拌和扩散等作用使成分均匀，10

10

1. 结晶过程

如图所示。假设成分为0C 的合金冷却至液相线以下1T 温度开始结晶，液、固两相的成分分别为1C 、10C k 。

继续冷却至2T 温度时，结晶出的固相成分为20C k ，它是依附于10C k 固相生成（如图所示）。由于固相不扩散，整个固相的平均成分是介于10C k 和20C k 之间，用2α表示。

继续冷却至3T 温度时，结晶出的固相成分为0C ，它是依附于20C k 固相生成（如图所示）。由于固相不扩散，整个固相的平均成分是介于2α和0C 之间，用3α表示。

如果是平衡结晶的话，此时结晶已经结束。但由于是不平衡结晶，此时固相的平均成分为3α，小于合金的原始成分0C （如图所示）。根据溶质守恒，仍有一部分液相尚未结晶，需继续冷却至4T 温度，结晶出的固相成分为4kC ，此时固相的平均成分为0C ，同合金原始成分相同，结晶才结束。把每个温度的固相平均成分点连接起来，可得到固相平均成分线43210αααC k 。

从图中可以看出：

● 当10k 同样正确。 ● 固相平均成分线和固相线有偏离，冷却速度越大，偏离程度越大：反之，冷却速度越小，偏离程度越小。当冷却速度非常缓慢时，固相平均成分线和固相线重合，此时结晶就是平衡结晶了。

● 非平衡结晶的结束温度低于平衡结晶。

2. 晶内偏析

（1） 晶内偏析的定义

（2） 晶内偏析的影响因素

● 平衡分配系数0k 当10k 时，0k 越大，晶内

偏析越严重。即固相线和液相线的间隔越大，晶内偏析越严重；反之，晶内偏析越轻。 ● 溶质原子的扩散能力 溶质原子的扩散能力越弱，晶内偏析越严重；反之，晶内偏析越轻。

● 冷却速度 冷却速度的影响教为复杂。一般来说，冷却速度越大，晶内偏析越严重，但是如果冷却速度很大，过冷度也很大，形核率相当高，可以得到非常细小的晶粒，晶内偏析反而减轻。

（3） 晶内偏析对合金机械性能的影响和消除办法

晶内偏析是有害的，它使合金的机械性能，尤其是韧性和塑性降低。严重时合金甚至无法进行加工。为了消除晶内偏析，生产上一般采用扩散退火的方法，将铸锭或铸件长时间高温加热，使溶质原子充分扩散，达到成分均匀化。

3. 区域偏析

如图所示，考虑一个水平放置的成分0C 的圆棒状合金熔体，结晶从左端开始，逐渐向液相推进，进行定向结晶。由于10

从图中可以看到：溶质在圆棒中的分布是极不均匀的。这种化学成分在大范围内不均匀的现象称为区域偏析，它是定向不平衡结晶的产物。由于区域偏析是成分在大范围内不均匀，均匀化退火很难消除。

4. 区域提纯

合金固溶体在非平衡结晶过程中所导致的溶质在固、液两相之间重新分配，并产生偏析的原理，从上世纪50年代起，被利用来提纯某些金属和半导体材料，获得了极好的效果。这一技术被称为区域提纯法。

区域提纯法如图3.18所示，它是利用感应加热，移动感应加热器使金属棒从左端向右端进行分段顺序熔化，同时结晶也从左端向右端分段顺序进行。由于先结晶的固溶体含高熔点组元多，而将低熔点组元（或杂质）排入到液相中，随着感应加热器由左端移动到右端，就可将金属棒中的低熔点组元（或杂质）富集到右端的尾部。如此反复多次，可将金属棒左半部分的纯度大大提高。

从提纯的效果看，10

三. 固相不扩散，液相仅靠扩散重新分布，10

固溶体结晶是异分结晶，结晶过程中要发生溶质的再分配。10

我们知道：纯金属结晶时，界面前沿液相温度梯度为正时，界面状态是平直的，也就是说：结晶后，晶粒是完整的，是有规则形状的；温度梯度为负时，界面状态是树枝状的，即结晶后，晶粒是树枝状的。然而，固溶体结晶时，即使界面前沿液相温度梯度为正时，界面

状态也会是树枝状的。这是由于固溶体结晶时产生成分过冷现象造成的。我们要讨论的这种不平衡结晶就可用于解释固溶体结晶中，为什么会出现成分过冷。

1. 成分过冷的定义

固溶体不结晶过程中，由于固液界面前沿的液相中成分发生变化而导致的理论结晶温度的改变和实际液相中正温度梯度分布两个因素共同决定的过冷，称为成分过冷。

2. 成分过冷的原因

（1） 界面前沿液相中稳定溶质浓度曲线的建立

考虑一个水平放置的成分0C 的圆棒状合金熔体，结晶从左端开始，逐渐向液相推进，进行定向结晶。当10

为什么会出现上述现象呢？原因是，二元固溶体结晶中，温度和成分的关系“一一对应” 。界面前沿液相中既然存在溶质浓度梯度，必然导致溶质向远端扩散，扩散的结果造成界面处液相溶质浓度降低，小于00/k C 。为了维持温度和成分“一一对应”的关系，结晶必须进行，以排出溶质原子，维持界面处液相的浓度为00/k C 。

界面前沿液相中稳定的溶质浓度曲线可以表示为：

??????

??? ?

?--+=L L D Rx k k C C exp 11000 式中R ——固液界面推移速度（即结晶速度）

x ——液相至界面的距离

L D ——溶质在液相中的扩散系数

（2） 界面前沿液相中稳定结晶温度曲线的建立

10

界面前沿液相结晶温度曲线可表示为：

?????

???? ??--++=L m L D Rx k k mC T T exp 11000 式中m T ——溶剂的熔点

m ——液相线斜率

（3） 成分过冷的形成

如果界面前沿液相存在正温度梯度3G （如图所示），那么可以清楚地看到：界面处不存在过冷，但在界面前a 点却存在过冷。这种过冷是由两个因素造成的，一是温度梯度，二是液相成分改变导致的理论结晶温度的降低，因此将这种过冷称为成分过冷。

从图中可清楚地看出，成分过冷形成的条件是：界面前液相的温度梯度G 小于液相结晶温度曲线在界面处的斜率。即有：

001k k D RC m G L -?< 3. 成分过冷对固溶体界面形态的影响 教科书

§4 二元共晶相图及其合金的结晶

一. 共晶转变（共晶反应）和二元共晶相图

共晶转变也称共晶反应，是指在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个一定成

分的固相的转变过程。其反应是式为：N M T

E E L βα+?→←，式中E L 表示液相，其成分为E ，M α和N β表示两个固相，其成分分别为N M ,，E T 是共晶转变的温度。

两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，发生共晶转变，形成的共晶组织的二元合金系相图，称为二元共晶相图。如：Pb —Sn 、Ag —Cu 、Pb —Bi 等合金相图都是二元共晶相图。

二. 二元共晶相图结构分析

现以Pb —Sn 共晶相图为例分析二元共晶相图

1. 点 A 、B 两点分别是纯Pb 和纯Sn 的理论结晶温度，也称平衡熔点。

2. 线 AE 、BE 为液相线，AMENB 为固相线，MF 为Sn 在Pb 中的固溶度曲线，随温

度的降低，Sn 在Pb 中的固溶度减小，NG 为Pb 在Sn 中的固溶度曲线，同样，随温度的降低，Pb 在Sn 中的固溶度也减小。

3. 相区

（1） 单相区 相图上有三个单相区，液相区L ，固相α和β。α是Sn 溶于Pb 中形

成的置换固溶体，β是Pb 溶于Sn 中形成的置换固溶体。这三个单相区在相图上互不相连。

（2） 两相区 相图上有三个两相区，βα++L L ,和βα+。任意一个两相区与两个

单相区以线相连，该两相区由相邻的两个单相区的相组成。例如，

（3） 三相区 相图上的三相区是等温水平线MEN

共晶转变

三. 几种合金的平衡结晶过程及其组织，

1.

%19

现以铅含量10%的合金为例进行分析。如图所示，作合金的表象线，分别和液相线、固相线、Sn 在Pb 中的固溶度曲线、成分横轴交于1、2、3、4点。当液态合金缓冷到1点时，合金表象线开始进入α+L 两相区，表明从液相中结晶出α固溶体。随温度的不断降低，液相逐渐减少，其成分沿液相线变化；同时固相逐渐增多，其成分沿固相线变化（因为是平衡结晶）。合金缓慢冷却到2点和固相线相接触时，固相成分和原始合金成分相同，结晶就结束了。

继续缓慢冷却，在2点到3点的温度范围内，由于合金始终处于α单相区，是一个单相合金，不会发生任何变化。

当合金温度降到3点，和固溶度曲线MF 相接触时，Sn 在合金中达到饱和状态。随温度的降低，Sn 在合金中的固溶度是减小的。因此，多余的Sn 就会以β固溶体的形式从合金中析出。在此过程中，βα,两固溶体的成分分别沿固溶度曲线MF 、NG 变化。这种由固溶体中析出另外一个固相的过程称为脱溶，它是一个相变过程。为了区别于从液相中结晶出的β相，脱溶生成的β相被称为次生相或二次相，以II β表示。

2) 平衡结晶过程的组织

2. 共晶合金（%9.61=Sn ω）

● 平衡结晶过程

● 平衡结晶的室温组织

● 平衡结晶冷却至室温的组织变化表达式:

βααββαβα+→+++→+?→?II II N M t E E L

3. 亚共晶合金（%9.61%19<

4. 过共晶合金（%

5.97%9.61<

四. 不平衡结晶及其组织

实际生产中，共晶系合金结晶时冷却速度较快，原子扩散不能充分进行，的结晶

1. 伪共晶

1) 伪共晶的定义 教科书

2) 伪共晶的形成原因

2. 离异共晶

1) 离异共晶的定义

2) 平衡结晶的离异共晶

3) 非平衡结晶的离异共晶

§3.5 包晶相图及其合金的结晶

一、包晶反应和包晶相图

二、包晶相图分析

三、合金的平衡结晶过程和组织

1. %4.42)(=Ag ω的Ag Pt -合金

1) 平衡结晶过程

当合金Ⅰ从液态缓冷到和液相线相交的1点时，开始从液相中结晶出α相。继续缓冷，α相的数量不断增多，而液相数量不断减少。在此过程中，α相和液相的成分均匀，并分别沿固相线和液相线变化。

当温度缓冷到包晶温度，未发生包晶反应前，合金在α+L 两相区，由L 和α两相组成。液相和α相的成分分别为C 点和P 点，连接线为PC ，因此可由杠杆定律求出两相的相对量。

在包晶反应后，合金中液相和α相完全消失，生成β相。

II +αβ

● 组织变化过程 图3.42

● 组织变化表达式

∏+→?→?+→+→αββααD t P C D L L L

2) 包晶转变的特点

2. Ag Pt Ag -=的%4.42~%5.10)(ω合金

1) 平衡结晶过程 教科书

2) 室温组织 II +αβ

3) 平衡结晶过程组织变化过程和表达式

● 组织变化过程 图3.42

● 组织变化表达式

3. Ag Pt Ag -=的%3.66~%

4.42)(ω合金

1) 平衡结晶过程 教科书

2) 室温组织 II +αβ

3) 平衡结晶过程组织变化过程和表达式

● 组织变化过程 图3.42

● 组织变化表达式

四、不平衡结晶过程和组织

1. 包晶偏析

2. 成分不在包晶线的合金发生包晶反应

五、包晶转变的应用

§3.6 铸锭的组织和缺陷

冶金生产中，一般将结晶称为凝固，凝固的产品大体可分为三类：（1）凝固后的金属在

铸造状态下使用，这类产品称为铸件；（2）凝固后的金属要经历塑性变形的加工过程，这类产品称为铸锭：（3）凝固后的金属构成产品的一部分。如焊接件的焊逢。

工业上，金属凝固后的组织，称为铸态组织，它包含的内容有晶体的形状、大小、取向、完整程度、化学元素的分布、界面的形貌和缺陷等等。本节主要介绍铸锭的组织和缺陷。一、铸锭的宏观组织

铸锭的宏观组织一般由三个晶区组成，即表层的细晶区，中间的柱状晶区和心部的等轴晶区（如图3.55所示）。三个晶区的相对厚度取决于合金成分和凝固条件。有时铸锭可能只有1个或2个晶区，例如：不锈钢全部为柱状晶区，而变质处理的铝合金全部为等轴晶区。下面介绍各晶区是如何形成的以及它们的性能。

1.表层细晶区的形成和性能

表层细晶区由许多细小的等轴晶粒组成。

当液态金属浇入铸模后，由于铸模壁温度低，和模壁相接触的一层液体受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷，再加上模壁的非均匀形核作用，这两个作用将会在表层液相中形成大量的晶核。这些晶核向各个方向生长，就形成了表层细晶区。

表层细晶区因晶粒细小，组织致密，因而有很好的力学性能，但其厚度较薄，对铸锭的整体性能影响不大。

2.中间柱状晶区的形成和性能

柱状晶区是由垂直于铸模壁的、相互平行的粗大柱状晶组成，它是定向结晶的产物。

液态金属浇入铸模后，伴随表层细晶区的形成，铸模壁温度迅速升高，同时由于凝固收缩，在模壁和金属之间形成一层间隙。这些变化大大降低了凝固中的散热速度，使液相冷却速度减小，液相中的温度梯度变得平缓，过冷度也减小，难于形核。此时，结晶主要靠表层细晶粒向液相中长大来进行。但由于晶粒的生长速度是各向异性的，只有那些生长速度最快方向和散热方向相反的晶粒优先生长，而其它晶粒的生长则受到抑制，这样就形成了柱状晶区，它是定向结晶的产物。柱状晶区的晶体学位向是一致的，它能显示出晶体的各向异性，这种晶体学位向一致的铸态组织称为铸态织构或结晶织构。

柱状晶区中，相互平行的柱状晶界面较平直，组织致密，而相互垂直的柱状晶界面由于含有较多的杂质、气泡、缩孔，是铸锭的脆弱结合面，如图所示，例如方形锭的对角线就是脆弱结合面。铸锭热加工时很容易沿脆弱结合面断裂。此外，柱状晶区的性能有方向性，垂直于柱状晶方向的力学性能和平行于柱状晶方向的力学性能是不相同的，对于塑性差的金属来说，热加工时也容易开裂。因此，这些金属的铸态组织应避免发达的柱状晶区。

3.心部等轴晶区的形成和性能

心部等轴晶区是由许多尺寸较大的等轴晶粒组成，尺寸较大只是相对于表层细晶粒而言。

随着柱状晶区的发展，结晶潜热的释放变得越来越困难，液相的冷却速度逐渐减小，温度梯度趋于平缓，液相温度均匀化。此时，形核变得更加困难，但是液相中如果存在晶核，则这些晶核在极小的过冷度下，沿各个方向生长。当它们和柱状晶相遇时，结晶就结束了，形成了等轴晶区。等轴晶区的大小决定了柱状晶区的厚度。

心部液相中的晶核是从哪里来的呢？它的主要来源有两个：（1）是在表层细晶区形成的时候，部分“细弱”小晶粒随液体的冲刷作用，漂移至中心液相区，成为实际晶核。（2）是柱状晶的“细弱”枝晶会因结晶潜热的释放而被熔化成小晶粒，成为实际晶核。

与柱状晶相比，等轴晶区没有明显的脆弱结合面，而且由于各晶粒的取向不同，不会显示出晶体的各向异性，但是由于等轴晶区最后凝固，有较多的显微缩孔，故组织不够致密。

二、铸锭组织的控制

决定铸锭力学性能的最重要的因素是柱状晶区和中心等轴晶区的相对宽度、中心等轴晶区的晶粒大小。表层细晶区通常只有几个晶粒厚，其作用有限。

柱状晶区和中心等轴晶区具有不同的性能。一方面，柱状晶区有择优取向，相互平行的柱状晶接触面和相邻垂直的柱状晶界面常常聚集低熔点杂质、非金属夹杂物和气泡等，它们是铸锭的脆弱接合面，热加工时很容易沿这些面断裂。等轴晶没有择优取向，没有脆弱界面，性能是各向同性的，受力时裂纹不易生长，因此一般铸件都要求等轴晶粒组织。另一方面，柱状晶区较为致密，不像等轴晶区含有较多的气孔和疏松。对于塑性好、加工不易开裂的金属，有时为了获得致密的铸锭而要求得到柱状晶。在某些情况下，若要求某一方向的特殊性能，也可以用一定的工艺使铸件由取向相近的柱状晶组成。

根据中心等轴晶区的形成原理，等轴晶形成的条件如下：

●低的浇注温度。有利于保存游离晶体，防止它们重新熔化。

●大的液固线间距（即大的凝固温度范围）。使液相温度梯度减小，有利于细弱的树枝晶形

成。

●铸模的冷却能力低。铸模冷却能力大，一方面模壁促发形核的数目增多，很快形成一层

凝固壳，难于造成“细弱”晶粒从模壁游离到液相中。另一方面，液相温度梯度较大，“细弱”枝晶不易形成。所以，模壁冷却能力高，不易使等轴晶晶核形成。

●搅拌和振动液体金属。有利于枝晶的熔断和破碎，增加游离晶体的数目，另外还可以加

快散热以防止游离晶体熔化。

●加入形核剂，促进非均匀形核。

三、铸锭的缺陷

铸锭中不可避免存在一些缺陷。常见的缺陷有缩孔、气孔和偏析三种。

1.缩孔

1)定义大多数金属固态密度大于液态，凝固时会发生体积收缩。如果在收缩过程中，没有液态金属的及时补充，则会出现收缩空洞，称为缩孔。

2)缩孔的分类缩孔可分为三类：集中缩孔、二次缩孔和显微缩孔。

●集中缩孔图3.63是集中缩孔形成的示意图。正常情况下，当液态金属浇入铸模后，其凝固顺序由下向上，由外向里，铸锭上部中间的液相最后凝固。由于最后凝固的金属得不到液相的补充，在铸锭上部的中间位置形成明显的、看得见的收缩孔洞，称为集中缩孔。●二次缩孔图3.64是二次缩孔形成的示意图。有时，由于铸锭上部先凝固，下部后凝固，后凝固的下部得不到液相补充，形成看不见的收缩孔洞。称为二次缩孔。

●显微缩孔（疏松）大多数合金结晶时，是以树枝晶方式长大的。由于树枝晶的相互发展和封锁作用，使部分液体被分割在各树枝晶之间，凝固时得不到液相的补充，形成显微孔洞，称为显微缩孔或疏松。

3)缩孔的处理

集中缩孔和二次缩孔由于收缩孔洞较大，破坏了铸锭的完整性，并且由于最后凝固，它们附近含有较多的低熔点杂质，加工前必须去除。对于疏松来说，虽然它降低了铸锭的致密度，但如果疏松处的金属没有被氧化，在热加工时是可以焊和，被消除的。

2.气孔

铸锭中的气孔是由于金属液中的气体造成的。气泡来源于两个方面：（1）是金属液中溶入了气体。由于气体在固相中的溶解度远低于液相，气体在金属凝固过程中析出，形成气泡。（2）是由于金属在凝固过程中发生化学反应，产生气泡。如果这些气泡在凝固之前不能从金属中逸出，则留在铸锭中形成气孔。

如果气孔中的气体是还原性的或中性的，则气孔的内表面不会被氧化。这种气孔在热加工过程中可以焊和，被消除。

3.偏析

1)定义

铸锭中化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析有两种：平衡偏析和不平衡偏析。前面介绍的晶界的内吸附和反内吸附属于平衡偏析；而不平衡结晶造成的偏析称不平衡偏析。这里仅介绍不平衡偏析。

2)分类

根据偏析范围的大小，偏析可分为显微偏析和宏观偏析。

A.显微偏析

显微偏析是指一个或几个晶粒范围内化学成分不均匀的现象。按照显微偏析存在的形式，它可分为以下三种。

●晶内偏析在实际的非平衡结晶过程中，就一个晶粒而有言，先结晶的固相含高熔点组元多，后结晶的固相含低熔点组元多。这种在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象，称为晶内偏析。

●胞晶偏析固溶体结晶往往存在成分过冷。当成分过冷不大时，结晶以胞状界面生长，（见教科书77页）在胞状界面处会富集低熔点组元。这种化学成分不均匀的现象，称为胞晶偏析。

●晶界偏析固溶体合金结晶时，要进行溶质再分配，使液相低熔点组元浓度升高。由于晶界最后凝固，低熔点组元会富集在最后凝固的晶界上，形成晶界偏析。

●显微偏析的消除方法

显微偏析对材料的力学性能有影响，尤其降低塑性和韧性。工业生产中一般采用均匀化退火（扩散退火）的方法加以消除，但是固相原子扩散太慢，这要消耗很长的时间和能源。

B.宏观偏析

宏观偏析是指化学成分大范围不均匀的现象。根据形成原因的不同，它可分为以下三种。

●正常偏析在铸锭凝固过程中，先凝固的外层含高熔点组元多，后凝固的内层含低熔点组元多，这种成分差异是正常的，故称为正常偏析。这种偏析通常是在液固界面呈平面状或近似平面状的情况下才能产生。如果树枝晶得到充分发展，产生明显的枝晶偏析，使铸锭中心不会富集太多的低熔点组元。

●反常偏析反常偏析的成分分布情况和正常偏析正好相反，铸锭先结晶的固相含低熔点组元多。引起反常偏析的原因是：铸锭最后凝固时，富集低熔点组元的液体沿树枝晶间隙回流到先凝固的区域，造成先结晶的固相中低熔点组元浓度反常升高。

●比重偏析如果先凝固的固相和液相密度差别较大，固相就会在液相中上浮或下沉，导致凝固结束后铸锭上、下部分化学成分的不均匀。

●减小宏观偏析的措施

由于宏观偏析是成分大范围不均匀的现象，不可能像显微偏析一样，通过扩散退火来消除，只能靠控制凝固过程来防止或减弱它。在凝固过程中，由于凝固收缩和枝晶间液相的温度差、浓度差所造成的密度差异，会使液体在枝晶间隙中流动。这些液体通常是高度偏析的，它的宏观流动必然造成宏观偏析。减小宏观偏析的措施为：

保证液相原始成分均匀，使液相内成分差别减小，从而减少液体流动。

铸锭的高度不宜过高，以避免过高的流体静压力，从而减小液体流动。

加入孕育剂细化枝晶组织，或者先造成枝晶状骨架，增加液体流动阻力。

加大冷却速度，缩短凝固时间，增加凝固速度。

习题

1.什么是合金相图？有何作用？

2.什么是相律？写出表达式，指出表达式中各符号代表的意思。

3.什么是晶内偏析？说明产生的原因和消除的措施。

4.什么是共晶转变和包晶转变？写出反应式。它们的转变特点特点各是什么？

5.解释名词自由度平衡结晶平衡分配系数成分过冷伪共晶离异共晶匀晶转变

铸造织构

6.画出铅锡共晶相图。（1）在图中标出单相区、两相区和三相区。（2）写出PbSn45合金

平衡结晶过程冷至室温的组织变化表达式。（3）求该合金在共晶转变前后相的相对量和组织相对量。

7.铸锭宏观组织一般包括哪三个晶区？常见的铸锭缺陷有哪几类？

8.什么是显微偏析和宏观偏析？它们又可细分为哪几类？

第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。 2．合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3．固溶体的定义是 在固态条件下，一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4．Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7．共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ，其反应式为 L →a+β 8．匀晶反应的特征是 ，其反应式为 9．共析反应的特征是 ，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体，按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11．合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种，前者具有较高的 塑性变形 性能，适合于做 基体 相；后者有较高的 高硬度 性能，适合于做 增强 相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ；DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ；GHI 共析反应 I G H βαγ+? ； ① L +α ；② γα+ ；③βα+ ；④ βγ+ ；⑤ L +γ ；⑥ β+L ； 13．相的定义是 ，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同，而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15．根据图4—2填出： 水平线反应式 E C D βαγ+? ；有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ，固相线 ， 固溶线 CF 、 EG

二元合金相图

第二章二元合金相图 纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。合金相图正是研究这些规律的有效工具。 一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。二元以上的合金称多元合金。合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。 合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。 本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。 2.1 合金中的相及相图的建立 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。液态物质为液相，固态物质为固相。相与相之间的转变称为相变。在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。由不同组织构成的材料具有不同的性能。如果合金仅由一个相组成，称为单相合金；如果合金由二个或二个以上的不同相所构成则称为多相合金。如含30%Zn的铜锌合金的组织由α相单相组成；含38%Zn的铜锌合金的组织由α和β相双相组成。这两种合金的机械性能大不相同。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。 2.1.1 固溶体与复杂结构的间隙化合物 2.1.1.1 固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。与固溶 体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多； 另一组元为溶质，含量较少。固溶体用α、β、γ等 符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A （B），其中A为溶剂，B为溶质。例如铜锌合金中 锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示，亦可表示 为Cu（Zn）。图2.1 置换与间隙固溶体示意图 ⑴固溶体的分类 ①按溶质原子在溶剂晶格中的位置（如图2.1）分为：

第三章 二元合金相图和二元合金的结晶

第三章二元合金相图和二元合金的结晶 §1 概述 一、合金系 由一定数量的组元配制成的不同成分的一系列合金组成的系统，称合金系。两个组元的称二元合金系，三个组元的称三元合金系。例如,Cu-Ni是二元合金系，而Pt-Pd-Rh是三元合金系。 二、什么是合金相图 合金相图是表示平衡状态下合金系的合金状态和温度、成分之间关系的图解。该定义中，“平衡状态”是指一定条件下，合金自由能最低的稳定状态；而“合金状态”是指合金由哪些相组成，各相的成分及其相对含量是多少。 三、合金相图的作用 利用合金相图可以了解各种成分的合金，在一定温度的平衡条件下，存在哪些相、各相的成分及其相对含量。但它不能指出相的形状、大小和分布状况，即不能指出合金的组织状况。尽管如此，如果能把相图和相变机理、相变动力学结合起来，那么相图便可成为分析组织形成和变化的有利工具，成为金属材料生产、科研的重要参考资料，因此，相图是金属学的重要内容之一。 §2二元合金相图的建立 一. 二元合金相图的表示方法 1.用平面坐标系表示二元合金系 物质的状态通常由成分、温度和压力三个因素确定。由于合金的熔炼、结晶都是在常压下进行的，所以，合金的状态可由成分和温度两个因素确定。对于二元合金系来说，一个组元的浓度一旦确定，另一个组元的浓度也随之而定，因此成分变量只有一个，另一个变量是温度，所以用平面坐标系就可以表示二元合金系。通常用纵坐标代表温度，横坐标代表成分。成分多用重量百分比来表示。（如图3.1所示），横坐标的两个端点A、B代表组成合金的两个组元。 2.二元合金相图中的表象点和表象线 在二元合金相图中，平面上任意一点称为表象点。其坐标值表示合金的成分和温度。例如图中的E点表示合金由40%的B组元和60%的A组元组成，合金的温度为500℃。 在二元相图上，过合金成分点的垂线，称合金的表象线。 二. 二元合金相图的测定方法 建立相图的方法有两种：实验测定和理论计算。目前使用的相图大多是用实验方法建立的。实验方法有多种，如：热分析法、金相法、膨胀法等。现以Cu—Ni合金为例，介绍用热分析法测定二元合金相图的过程。 三.相律及其应用 1.相律 相律是表示平衡状态下，系统自由度数、组元数和相数三者之间的关系的定律，它可用下列数学表达式来表示： c f =p 2 + -

第三章 二元合金相图和合金的凝结

第三章 二元合金相图和合金的凝固 一．名词解释 相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、 二．填空题 1.相图可用于表征合金体系中合金状态与 和 之间的关系。 2.最基本的二元合金相图有 、 、 。 3.根据相律，对于给定的金属或合金体系，可独立改变的影响合金状态的内部 因素和外部因素的数目，称为 ，对于纯金属该数值最多为 ， 而对于二元合金该数值最多为 。 4.典型的二元合金匀晶相图，如Cu-Ni 二元合金相图，包含 、 两条相线， 、 、 三个相区。 5.同纯金属结晶过程类似，固溶体合金的结晶包括 和 两 个基本过程 。 6.勻晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为________ 。 7.共晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为___________ _。 8.共析反应的特征为_____________，其反应式可描述为_____________。 9.金属或合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程称为 。纯金属结 晶时所结晶出的固相成分与液相成分 ，称为 ；而固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分 ，称为 。10.固溶体合金经不平衡结晶所产生的两类成分偏析为 、 。11.固溶体合金产生晶内偏析的程度受到溶质原子扩散能力的影响，若结晶温度 较高，溶质原子的扩散能力小，则偏析程度 。如磷在钢中的扩散能力较硅小，所以磷在钢中的晶内偏析程度较 ，而硅的偏析较 。12.固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，结晶树枝主轴含有较多的________组元。 严重的晶内偏析降低合金的 ，为消除枝晶偏析，工业生产中广泛采用 的方法。13.根据区域偏析原理，人们开发了 ，除广泛用于提纯金属、金属化合物 外，还应用于半导体材料及有机物的提纯。通常，熔化区的长度 ，液体 管架设技不同习题电统启高中资高中资资料免不保护置高中资料

第四章 二元合金相图与合金凝固答案

第四章二元合金相图与合金凝固 一、本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面； 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图， 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 二、 1.填空 1 相律表达式为___f=C-P+ 2 ___。 2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。 3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。 4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。 5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。 6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。 7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶。 8 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为_______L1→α+β______, __ L+α→β____, ______ L1—L2＋α________, ___________γ→α+ L _______。 10 共析，偏析，包析反应式分别为______γ→α+β________，______ α1—α2＋β ________，

第三章 二元合金相图和合金的凝固

第三章二元合金相图和合金的凝固 一．名词解释 相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、 二．填空题 1.相图可用于表征合金体系中合金状态与和之间的关系。 2.最基本的二元合金相图有、、。 3.根据相律，对于给定的金属或合金体系，可独立改变的影响合金状态的内部因 素和外部因素的数目，称为，对于纯金属该数值最多为，而对于二元合金该数值最多为。 4.典型的二元合金匀晶相图，如Cu-Ni二元合金相图，包含、两 条相线，、、三个相区。 5.同纯金属结晶过程类似，固溶体合金的结晶包括和两 个基本过程。 6.勻晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为________ 。 7.共晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为___________ _。 8.共析反应的特征为_____________，其反应式可描述为_____________。 9.金属或合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程称为。纯金属结 晶时所结晶出的固相成分与液相成分，称为；而固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分，称为。 10.固溶体合金经不平衡结晶所产生的两类成分偏析为、。 11.固溶体合金产生晶内偏析的程度受到溶质原子扩散能力的影响，若结晶温度较 高，溶质原子的扩散能力小，则偏析程度。如磷在钢中的扩散能力较硅小，所以磷在钢中的晶内偏析程度较，而硅的偏析较。 12.固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，结晶树枝主轴含有较多的________组元。 严重的晶内偏析降低合金的，为消除枝晶偏析，工业生产中广泛采用的方法。 13.根据区域偏析原理，人们开发了，除广泛用于提纯金属、金属化合物 外，还应用于半导体材料及有机物的提纯。通常，熔化区的长度，液体

第四章 二元合金相图与合金凝固

第四章二元合金相图与合金凝固 本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的 形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面； 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织 包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe 3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al 2 O 3 -SiO 2 二元系相图 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 1.填空 1 相律表达式为_____________________________。 2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有_____________起伏。 3. 按液固界面微观结构，界面可分为__________________和 ____________________。 4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是__________________________，光滑界面晶体的长大机制是_____________________和_____________________。 5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生____________偏析，用 _________________热处理方法可以消除。 6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈 ________________状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为 ________________状。 7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为______________。 8 亚共晶合金的典型平衡组织为_________________，亚共析合金的典型平衡组织为___________________________。 9 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为______________________, ____________________, _________________________, ___________________________。 10 共析，偏析，包析反应式分别为______________，______________， _____________。

第四章材料的成形凝固与二元合金相图参考答案.doc

第四章材料的成形凝固与二元合金相图 习题参考答案 一、解释下列名词 答：1、凝固：物质由液态转变为固态的过程。 2、过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 3、自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 4、非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 5、变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒的处理方法。 6、变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 7、同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。 8、合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质。 9、组元：组成合金的最基本的、独立的物质。 10相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。 11、相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。 12、枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象。 13、比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致的现象。 二、填空题 1、实际结晶温度比理论结晶温度略低一些的现象称为金属结晶的过冷现象，实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 2、金属结晶过程是晶核形成与晶核长大的过程，这是结晶的基本规律。 3、金属结晶时的冷却速度越快，则过冷度越大，结晶后的晶粒越细，其强度越高，塑性和韧性越好。 4、典型的金属铸锭组织由三层组成，即表层细晶区、柱状晶区、中心粗等轴晶区。 5、在金属铸锭中，除组织不均匀外，还经常存在缩孔、气孔、疏松等各种铸造缺陷。 6、其它条件相同时，在下列铸造条件下，就铸件晶粒大小来说：

第3章第三章 二元合金相图和合金的凝固作业

第三章二元合金相图和合金的凝固 一、名词： 相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？ 答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？

答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。 4. 相图分折有哪几步？ 答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。 三、绘图题 绘图表示铸锭宏观组织三晶区。 四、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组

第四章 二元合金相图与合金凝固答案教学内容

第四章二元合金相图与合金凝固答案

第四章二元合金相图与合金凝固 一、本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面； 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图， 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 二、 1.填空 1 相律表达式为___f=C-P+ 2 ___。 2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分 _______起伏。 3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。

4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。 5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。 6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。 7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶。 8 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为_______L1→α+β______, __ L+α→β ____, ______ L1—L2＋α________, ___________γ→α+ L _______。 10 共析，偏析，包析反应式分别为______γ→α+β________，______ α1—α2＋β________，_______α+β→γ______。 11 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数k0=__ C s/C l __ 14 固溶体合金定向凝固时，液相中溶质混合越充分，则凝固后铸锭成分_偏析最严重__。 15. 在二元相图中，L1→α+L2叫___偏晶___反应，β→L+α称为___熔晶__转变，而反应α１—α２＋β称为____偏析___反应，α+β→γ称为___包析___反应。19 Fe-Fe3C相图中含碳量小于__ 0.0218-2.11% __为钢，大于___ 2.11% __为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由_______F______和____ Fe3C __________两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是____ FCC __________，是____间隙________固溶体，铁素体是_____ ____间隙固溶体 ______固溶体，其晶体结构是__ BCC ____，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含C量是___ 2.11 _______；珠光体是由___铁素体____和__渗碳体__组成的两相混合物；莱氏体的含碳量_____ 4.3% ____；在常温下，亚共析钢的平衡组织是___ P+F ___，过共析钢的平衡组织是____ P+Fe3C II ____，亚共晶白口铸铁的平

第三章 二元合金的相结构与结晶

第三章二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是 2．合金中的组元是指。 3．固溶体的定义是 4．Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。C、N则形成固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。7．共晶反应的特征是，其反应式为 8．匀晶反应的特征是，其反应式为 9．共析反应的特征是，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为，按原子溶入量可以分为和11．合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于做相；后者有较高的性能，适合于做相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC ；DEF ；GHI ； ①；②；③；④；⑤；⑥； 13．相的定义是，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。 15．根据图4—2填出： 水平线反应式；有限固溶体、无限固溶体。 液相线，固相线，固溶线、

16．接近共晶成分的合金，其性能较好；但要进行压力加工的合金常选用的合金。 17．共晶组织的一般形态是。 (二)判断题 1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。( ) 2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。( ) 3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关系。( ) 4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。( ) 5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。( ) 6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。( ) 7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。( ) 8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。( ) 9．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。( ) 10．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。( ) 11．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。( ) (三)选择题 1．固溶体的晶体结构是 A．溶剂的晶型B．溶质的晶型 C 复杂晶型D．其他晶型 2 金属化合物的特点是 A．高塑性B．高韧性 C 高硬度D．高强度 3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生 A．匀晶偏析 B 比重偏C．枝晶偏析D．区域偏析 4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是 A．由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D．四相组成 5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为 A. α+βB．(α＋L) C．(α+β) D．L＋α+β 6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金B A．铸造性能好B．锻压性能好 C 热处理性能好D．切削性能好 7．二元合金中，共晶成分的合金 A．铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D．热处理性能好 8．共析反应是指 A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相 9．共晶反应是指

材料成型原理第四章答案

第四章 1． 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数K 0所决定?当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明K 0为一常数。 答：结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固两相重新分布的 现象。 溶质再分配不仅由平衡分配系数K 0决定 ，还受自身扩散性质的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。 当相图上的液相线和固相线皆为直线时K 0为一常数，证明如下：如右图所示： 液相线及固相线为直线，假设 其斜率分别为m L 及m S ，虽然 C *S 、C * L 随温度变化有不同值，但 L m S m L S m T T m T T C C K /)(/)(0* *** --===S L m m =常数， 此时，K 0与温度及浓度无关， 所以，当液相线和固相线为直 线时，不同温度和浓度下K 0为 定值。 2． 某二元合金相图如右所示。合金液成分为C B =40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：①α相与液相之间的平衡分配系数K 0；②凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?③凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线。 解：（1）平衡分配系数K 0 的求解： 由于液相线及固相线均为直 线不同温度和浓度下K 0为 定值，所以：如右图， 当T=500℃时， K 0 =**L C C α=% 60%30=0.5 K 0即为所求 α相与液相之间的 平衡分配系数. （2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算: 由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程 ) 1(00-* =K L L f C C 图 4-43 二元合金相图 K 0＜1C 0K 0C 0/K 0T C * S C * L C 0C T * Tm

第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 笔记及课后习题详解 (已整理 袁圆 2014.8.7)

第七章二元系相图和合金的凝固与制备原理 7．1 复习笔记 一、相图的表示和测定方法 二元相图中的成分有两种表示方法：质量分数（w）和摩尔分数（x）。两者换算如下： 二、相图热力学的基本要点 1．固溶体的自由能一成分曲线

图7-1 固溶体的自由能一成分曲线示意图（a）Ω<0（b）Ω=0（c）Ω>0 相互作用参数的不同，导致自由能一成分曲线的差异，其物理意义为： （1）当Ω<0，即e AB＜(e AA＋e BB)/2时，A-B对的能量低于A-A和B-B对的平均能量，所以固溶体的A，B组元互相吸引，形成短程有序分布，在极端情况下会形成长程有序，此时△Hm＜0。 （2）当Ω=0，即e AB＝(e AA＋e BB)/2时，A-B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量， H=0。 组元的配置是随机的，这种固溶体称为理想固溶体，此时△m （3）当Ω>0，即e AB＞(e AA＋e BB)/2时，A-B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着A-B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时△Hm＞0。 2．多相平衡的公切线原理 两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定，如图7-2所示。 对于二元系，在特定温度下可出现三相平衡，如图7-3所示。 图7-2两相平衡的自由能曲线图7-3二元系中三相平衡时的自由能成分曲线3．混合物的自由能和杠杆法则 混合物中B组元的摩尔分数

而混合物的摩尔吉布斯自由能 由上两式可得 上式表明，混合物的摩尔吉布斯自由能G m 应和两组成相和的摩尔吉布斯自由能G m1和G m2在同一直线上。该直线即为相α和β相平衡时的共切线，如图7-4所示。 图7-4 混合物的自由能 两平衡相共存时，多相的成分是切点所对应的成分1x 和2x ，即固定不变。此时可导出： 此式称为杠杆法则，在α和β两相共存时，可用杠杆法则求出两相的相对量，α相的相对量为 122x x x x --，β相的相对量为1 21 x x x x --，两相的相对量随体系的成分x 而变。 4．二元相图的几何规律 （1）相图中所有的线条都代表发生相转变的温度和平衡相的成分，所以相界线是相平衡的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化。 （2）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。即在二元相图中，相邻相区的相数差为l （点接触情况除外），这个规则称为相区接触法则。 （3）二元相图中的三相平衡必为一条水平线，它表示恒温反应。 （4）当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区内。

二元合金相图的定义、作用及建立(精)

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 金属材料与热处理课程 二元合金相图的定义、作 用及建立 主讲教师：张琳 西安航空职业技术学院

二元合金相图的定义、作用及建立合金的结晶同纯金属的结晶一样，也遵循形核与长大的基本规律。但由于合金成分中包含有两个以上的组元，其结晶过程除受温度影响外，还受到化学成分及组元间不同作用等因素的影响，故结晶过程比纯金属复杂。通常用合金相图来分析合金的结晶过程。 合金相图也称为平衡图或状态图。它是表示在平衡条件下（极其缓慢冷却）合金状态、成分和温度之间关系的图形。根据相图可以了解在平衡状态下不同成分合金在不同温度下所存在的相，还可以了解合金在缓慢加热和冷却过程中的相变规律。根据组元数, 相图分为二元相图、三元相图和多元相图，如图1所示。 （a） Fe-Fe3C二元相

（b ） 三元相图 图1 相图的分类 在生产实践中，相图是分析合金组织及变化规律的重要工具，也是确定热加工工艺的重要依据。它具有下列用途： 由材料的成分和温度预知平衡相； 材料的成分一定而温度发生变化时分析其他平衡相变化的规律； 估算平衡相的数量； 预测材料的组织和性能。 常压下，二元合金的结晶状态取决于温度和成分两个因素，所以二元合金相图一般用温度及成分组成的平面坐标系表示。二元合金相图建立的方法有热分析法、热膨胀法、金相分析法、磁性法、电阻法、X 射线晶体结构分析法等，其中最常用的是热分析法，图2为热分析法绘制的相图。 下面以Cu-Ni 合金为例，介绍利用热分析法建立二元合金相图的过程: （1）配制一系列不同成分的铜-镍合金：①Cu w =100％；②Cu w =80％，Ni w =20％；③Cu w =60％，Ni w =40％；④Cu w =40％，Ni w =60％；⑤Cu w =20％，

第四章 二元合金相图与合金凝固

第四章二元合金相图与合金凝固 一、填空 1. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有起伏。 2. 按液固界面微观结构，界面可分为和。 3. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是，光滑界面晶体的长大机制是和。 4 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生偏析，用热处理方法可以消除。 5 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为状。 6. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为。 7 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数k e= ，当凝固速率很大时k e趋于。 8. 在二元相图中，L1→α+L2叫反应，β→L+α称为转变，而反应α１—α２＋β称为反应，α+β→γ称为反应。 9 Fe-Fe3C相图中含碳量小于为钢，大于为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由和两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是，是固溶体，铁素体是，其晶体结构是，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是；珠光体的含碳量是，它是由 和组成的两相混合物；莱氏体的含碳量是；在常温下，亚共析钢的平衡组织是，过共析钢的平衡组织是，亚共晶白口铸铁的平衡组织 是，莱氏体的相组成物是，变态莱氏体的相组成物是，Fe3C I 是从中析出的，Fe3C II是从中析出的，Fe3C III是从中析出的，它们的含碳量为，Fe3C主要性能特点是，A共析反应后的生成物称为。 2 问答 1 如图4-1所示为Ni-Al相图 1）填出相图中各相区的平衡相； 2）指出图中的稳定化合物和不稳定化合物； 3）写出图中存在的恒温反应，指明反应类型； 4）指出含Ni 30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程，计算室温下的相组成与组织组成，并计算出其中组织组成物的百分数。 5）试说明含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同。6）设X合金平衡凝固完毕时的组织为α（Al）初晶+(α+β)共晶，其中α初晶占80%，则此合金中Ni组元的含量是多少？ 7）绘出1500ε时Al-Ni合金系的自由能—成分曲线示意图。 图4-1 图4-2

第四章_材料的成形凝固与二元合金相图

第四章 材料的成形凝固与二元合金相图 一、纯金属的结晶 结晶：金属由液态转变成固态的过程。结晶过程用冷却曲线描述。 1、 冷却曲线与过冷度 金属熔液不透明，它的凝固过程不能直接观察，常用热分析法来绘制冷却曲线。 例：工业纯铁的冷却曲线绘制 将纯铁加热到熔点（1538°）以上使其熔化成液态，然后以极缓慢的冷却速度，每隔一定的时间测量一次温度值直到室温，最后将实验结果绘制在温度－时间为坐标的关系图，就可得到纯铁的冷却曲线，如图4－1所示。 从曲线看，液态金属随冷却时间增加，温度不断降低。当冷却到某一温度时，温度不再随时间增加而变化。于是在曲线上出现了一个温度水平线段，该线段对应的温度就是纯铁的结晶温度。（1538°）。 过冷：实际上这个平台温度比理论结晶温度略低一些的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。用△t 表示。 即： 10t t t -=? △ t 不是一个恒定值，它与冷却速度，金属性质及纯度等因素有关。对于同一种金 属溶液，冷却速度愈大，△t 越大。实际液态金属的结晶总是在过冷的条件下才能进行。 2、结晶过程 结晶过程包括晶核的形成与长大两个基本过，如图4－2所示。

（1）晶核的形成 自发形核：当液态金属冷却到结晶温度以下，其内部存在的微小原子集团变成稳定的结晶核心。 非自发形核：当液态金属中有杂质（自带或人工加入）时，杂质在冷却时就成为结晶核心。 （2）晶核的长大 晶核长大即液态金属中的原子向晶核表面转移的过程。 综上所述，纯金属的结晶总是在怛温下进行，结晶时有结晶潜热放出，结晶过程遵循形核和核长大规律。结晶必须有过冷度条件下才能进行。 2、晶后晶粒大小 （1）晶粒大小对金属力学性能及性能有影响 晶粒愈小，其强度、塑性、韧性愈高。 （2）结晶后晶粒大小与晶体长大速度，形核速度有关 结晶时有较大过冷度，形核率增加比晶核长大速度快，晶粒细小。 控制晶粒大小的途径有： 1）增加过冷度 2）变质处理（孕育处理） 3）振动作用 二、金属的同素异晶（构）转变 金属的同素异晶转变：固态金属随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象（过程）。 如图4－3所示为工业纯铁冷却曲线晶体晶格与温度的变化。

7第七章合金与相图

第七章二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是 2．合金中的组元是指。 3．固溶体的定义是 4．Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。C、N则形成固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要些。 6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。 7．共晶反应的特征是，其反应式为 8．匀晶反应的特征是，其反应式为 9．共析反应的特征是，其反应式为 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为，按原子溶入量可以分为和11．合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于做相；后者有较高的性能，适合于做相 12．看图4—1，请写出反应式和相区： ABC ；DEF ；GHI ； ①；②；③；④；⑤；⑥； 13．相的定义是，组织的定义是 14．间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。 15．根据图4—2填出： 水平线反应式；有限固溶体、无限固溶体。 液相线，固相线，固溶线、 16．接近共晶成分的合金，其性能较好；但要进行压力加工的合金常选用的合金。17．共晶组织的一般形态是。 18.固溶体合金，在铸造条件下，容易产生_______ 偏析，用__________ 方法处理可以消除。 19.AL－CuAL2共晶属于_ _ 型共晶，AL-Si共晶属于__型共晶，Pb－Sn共晶属于_ _型共晶。 20.固溶体合金凝固时有效分配系数ke的定义 是_ _。当凝固速率无限缓慢时，ke趋于_ _；当凝固速率很大时，则ke趋于__ 。 21.K0<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越小，成分偏析越____ , 提纯效果越_____；而K0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越大，成分偏析越____ , 提纯效果越_____。 22.固溶体合金_____ 凝固时成分最均匀，液相完全混合时固溶体成分偏析（宏观偏析）最___ ，液相完全无混合时固溶体成分偏析最____ ，液相部分混合时固溶体成分偏析_________。 (二)判断题 1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。( ) 2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相( ) 固溶体成分的合金。( ) 3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关。( ) 4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。( ) 5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。( ) 6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。( )