第三章-金属的相变和相图ppt课件

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1、1 机械制造基础（上）机械制造基础（上）Mechanical Engineering Materials1 机械制造基础（上）Mechanical Engine2 第第3 3章章 金属的相变和相图金属的相变和相图 本章目录本章目录本章目录本章目录第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变 一、一、一、一、液态金属的结构及结晶液态金属的结构及结晶液态金属的结构及结晶液态金属的结构及结晶 二、纯金属的相变二、纯金属的相变二、纯金属的相变二、纯金属的相变 三、晶体的同素异构三、晶体的同素异构三、晶体的同素异构三、晶体的同素异构第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元

2、合金相图二元合金相图二元合金相图 一、概述一、概述一、概述一、概述 二、合金相图的建立二、合金相图的建立二、合金相图的建立二、合金相图的建立 三、匀晶相图三、匀晶相图三、匀晶相图三、匀晶相图 四、共晶相图四、共晶相图四、共晶相图四、共晶相图五、共析相图五、共析相图五、共析相图五、共析相图六、其他类型的二元系合金相图六、其他类型的二元系合金相图六、其他类型的二元系合金相图六、其他类型的二元系合金相图 七、二元合金相图的规律及合金性能七、二元合金相图的规律及合金性能七、二元合金相图的规律及合金性能七、二元合金相图的规律及合金性能第三节第三节第三节第三节 铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金

3、相图一、铁碳合金的组元及基本相一、铁碳合金的组元及基本相一、铁碳合金的组元及基本相一、铁碳合金的组元及基本相二、二、二、二、Fe-Fe3CFe-Fe3C相图相图相图相图三、三、三、三、典型合金的结晶过程及组织典型合金的结晶过程及组织典型合金的结晶过程及组织典型合金的结晶过程及组织四、四、四、四、含碳量与铁碳合金组织及性含碳量与铁碳合金组织及性含碳量与铁碳合金组织及性含碳量与铁碳合金组织及性 能的关系能的关系能的关系能的关系五、五、五、五、铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用第四节第四节第四节第四节 金属的凝固组织金属的凝固组织金属的凝固组织金属的凝固组织第一

4、节、金属铸锭宏观组织第一节、金属铸锭宏观组织第一节、金属铸锭宏观组织第一节、金属铸锭宏观组织第二节、铸锭中的缺陷第二节、铸锭中的缺陷第二节、铸锭中的缺陷第二节、铸锭中的缺陷2 第3章 金属的相变和相图 3一、液态金属的结构及结晶一、液态金属的结构及结晶一、液态金属的结构及结晶一、液态金属的结构及结晶1 1 1 1、液态金属结构、液态金属结构、液态金属结构、液态金属结构 固态金属内部原子在很长的行程内呈规则排列。且以固态金属内部原子在很长的行程内呈规则排列。且以固态金属内部原子在很长的行程内呈规则排列。且以固态金属内部原子在很长的行程内呈规则排列。且以一定的平衡间距为中心长时间地作热震动。固态金

5、属的这种结构称一定的平衡间距为中心长时间地作热震动。固态金属的这种结构称一定的平衡间距为中心长时间地作热震动。固态金属的这种结构称一定的平衡间距为中心长时间地作热震动。固态金属的这种结构称作作作作长程有序。长程有序。长程有序。长程有序。在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有一定的规律的这就是体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有一定的规律的这就是体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有

6、一定的规律的这就是体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有一定的规律的这就是短程有序短程有序短程有序短程有序。短程有序结构总是处于短程有序结构总是处于短程有序结构总是处于短程有序结构总是处于“时聚时散，此起彼伏时聚时散，此起彼伏时聚时散，此起彼伏时聚时散，此起彼伏”的变化中，的变化中，的变化中，的变化中，这种结构不稳定的现象称为这种结构不稳定的现象称为这种结构不稳定的现象称为这种结构不稳定的现象称为结构起伏结构起伏结构起伏结构起伏，他是产生晶核的基础。其中，他是产生晶核的基础。其中，他是产生晶核的基础。其中，他是产生晶核的基础。其中尺寸较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶核，尺寸

7、较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶核，尺寸较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶核，尺寸较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶核，因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排列的固因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排列的固因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排列的固因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排列的固态结构的过程。态结构的过程。态结构的过程。态结构的过程。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变3一、液态金属的结构及结晶第一节 纯金属的相变42 2 2 2、冷却

8、曲线的测定、冷却曲线的测定、冷却曲线的测定、冷却曲线的测定 纯金属的结晶是在一个恒定的纯金属的结晶是在一个恒定的纯金属的结晶是在一个恒定的纯金属的结晶是在一个恒定的温度下进行，这个温度就是纯金属温度下进行，这个温度就是纯金属温度下进行，这个温度就是纯金属温度下进行，这个温度就是纯金属的的的的熔点熔点熔点熔点，又称作是，又称作是，又称作是，又称作是结晶温度结晶温度结晶温度结晶温度。采用热分析实验方法，测定金采用热分析实验方法，测定金采用热分析实验方法，测定金采用热分析实验方法，测定金属结晶过程中的温度变化，绘制成属结晶过程中的温度变化，绘制成属结晶过程中的温度变化，绘制成属结晶过程中的温度变化，

9、绘制成如右图所示的纯金属冷却曲线。如右图所示的纯金属冷却曲线。如右图所示的纯金属冷却曲线。如右图所示的纯金属冷却曲线。该曲线分为三个明显的阶段。该曲线分为三个明显的阶段。该曲线分为三个明显的阶段。该曲线分为三个明显的阶段。其中平台对应的温度就是纯金属的其中平台对应的温度就是纯金属的其中平台对应的温度就是纯金属的其中平台对应的温度就是纯金属的结晶温度。结晶温度。结晶温度。结晶温度。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变42、冷却曲线的测定第一节 纯金属的相变53 3 3 3、结晶的条件、结晶的条件、结晶的条件、结晶的条件 纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件

10、）下结晶时，所纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件）下结晶时，所纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件）下结晶时，所纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件）下结晶时，所得到的结晶温度称为得到的结晶温度称为得到的结晶温度称为得到的结晶温度称为理论结晶温度（理论结晶温度（理论结晶温度（理论结晶温度（Tm Tm Tm Tm）。实际生产中，冷却速）。实际生产中，冷却速）。实际生产中，冷却速）。实际生产中，冷却速度较大，液态金属将在低于度较大，液态金属将在低于度较大，液态金属将在低于度较大，液态金属将在低于TmTmTmTm的某一温度（的某一温度（的某一温度（的某一温度（TnTnTnTn）下开始结晶。金

11、）下开始结晶。金）下开始结晶。金）下开始结晶。金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差结晶温度与实际结晶温度之差结晶温度与实际结晶温度之差结晶温度与实际结晶温度之差(T=TmTn)(T=TmTn)(T=TmTn)(T=TmTn)叫做叫做叫做叫做过冷度过冷度过冷度过冷度。金属始终在过冷情况下结晶，但是同一种金属结晶时的过冷金属始终在过冷情况下结晶，但是同一种金属结晶时的过冷金属始终在过冷

12、情况下结晶，但是同一种金属结晶时的过冷金属始终在过冷情况下结晶，但是同一种金属结晶时的过冷度不是恒定值，他与冷却速度有关。结晶时的冷却速度越大，过度不是恒定值，他与冷却速度有关。结晶时的冷却速度越大，过度不是恒定值，他与冷却速度有关。结晶时的冷却速度越大，过度不是恒定值，他与冷却速度有关。结晶时的冷却速度越大，过冷度越大，则金属的实际结晶温度越低。冷度越大，则金属的实际结晶温度越低。冷度越大，则金属的实际结晶温度越低。冷度越大，则金属的实际结晶温度越低。物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固。凝固后的物质物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固。凝固后的物质物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固

13、。凝固后的物质物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固。凝固后的物质可以是晶体，也可以是非晶体。通常而言，若凝固后的物质为晶可以是晶体，也可以是非晶体。通常而言，若凝固后的物质为晶可以是晶体，也可以是非晶体。通常而言，若凝固后的物质为晶可以是晶体，也可以是非晶体。通常而言，若凝固后的物质为晶体，则这种凝固成为结晶。体，则这种凝固成为结晶。体，则这种凝固成为结晶。体，则这种凝固成为结晶。结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力。结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力。结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力。结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力

14、。自然界的一切自发转变过程，总是由一种较高的能量状态趋向较自然界的一切自发转变过程，总是由一种较高的能量状态趋向较自然界的一切自发转变过程，总是由一种较高的能量状态趋向较自然界的一切自发转变过程，总是由一种较高的能量状态趋向较低的能量状态。低的能量状态。低的能量状态。低的能量状态。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变53、结晶的条件第一节 纯金属的相变6结晶是一个自发过程，但必结晶是一个自发过程，但必结晶是一个自发过程，但必结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动须具备一定条件，即需要驱动须具备一定条件，即需要驱动须具备一定条件，即需要驱动力。力

15、。力。力。理论结晶温度理论结晶温度理论结晶温度理论结晶温度T0T0T0T0与实际结晶与实际结晶与实际结晶与实际结晶温度温度温度温度TnTnTnTn之差称为过冷度，即之差称为过冷度，即之差称为过冷度，即之差称为过冷度，即T=T0TnT=T0TnT=T0TnT=T0Tn。只有当驱动力达到一定程度只有当驱动力达到一定程度只有当驱动力达到一定程度只有当驱动力达到一定程度时，液态金属才能开始结晶。时，液态金属才能开始结晶。时，液态金属才能开始结晶。时，液态金属才能开始结晶。可见结晶的必要充分条件是液可见结晶的必要充分条件是液可见结晶的必要充分条件是液可见结晶的必要充分条件是液态金属具有一定的过冷度。态金

16、属具有一定的过冷度。态金属具有一定的过冷度。态金属具有一定的过冷度。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变6结晶是一个自发过程，但必须具备一定条件，即需要驱动力。第一7第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变4 4 4 4、纯铁的结晶、纯铁的结晶、纯铁的结晶、纯铁的结晶 热分析法测出的纯铁结晶时的热分析法测出的纯铁结晶时的热分析法测出的纯铁结晶时的热分析法测出的纯铁结晶时的冷却曲线如右图所示。冷却曲线如右图所示。冷却曲线如右图所示。冷却曲线如右图所示。实验表明，过冷度不是一个恒实验表明，过冷度不是一个恒实验表明，过冷度不是一

17、个恒实验表明，过冷度不是一个恒定值，他随物质的性质、纯度以及定值，他随物质的性质、纯度以及定值，他随物质的性质、纯度以及定值，他随物质的性质、纯度以及结晶前液体的冷却速度等因素而改结晶前液体的冷却速度等因素而改结晶前液体的冷却速度等因素而改结晶前液体的冷却速度等因素而改变。对于同一种物质，冷却速度越变。对于同一种物质，冷却速度越变。对于同一种物质，冷却速度越变。对于同一种物质，冷却速度越快，实际结晶温度快，实际结晶温度快，实际结晶温度快，实际结晶温度TnTnTnTn越低，则过冷越低，则过冷越低，则过冷越低，则过冷度越大，冷却曲线上平台温度与平度越大，冷却曲线上平台温度与平度越大，冷却曲线上平台

18、温度与平度越大，冷却曲线上平台温度与平衡结晶温度衡结晶温度衡结晶温度衡结晶温度TmTmTmTm之间的温度差越大。之间的温度差越大。之间的温度差越大。之间的温度差越大。7第一节 纯金属的相变4、纯铁的结晶8二、纯金属的相变二、纯金属的相变二、纯金属的相变二、纯金属的相变1 1 1 1、纯金属的结晶、纯金属的结晶、纯金属的结晶、纯金属的结晶 研究表明，液体金属的结晶由两个基本过程组成：生出细微研究表明，液体金属的结晶由两个基本过程组成：生出细微研究表明，液体金属的结晶由两个基本过程组成：生出细微研究表明，液体金属的结晶由两个基本过程组成：生出细微的晶体核心（形核）和晶体长大（长大）。的晶体核心（形

19、核）和晶体长大（长大）。的晶体核心（形核）和晶体长大（长大）。的晶体核心（形核）和晶体长大（长大）。（1 1 1 1）形核：在过冷液体中形成固态晶核，有两种形核方式：一种）形核：在过冷液体中形成固态晶核，有两种形核方式：一种）形核：在过冷液体中形成固态晶核，有两种形核方式：一种）形核：在过冷液体中形成固态晶核，有两种形核方式：一种是均匀形核，又称为均质形核；另一种称为非均匀形核，又称为是均匀形核，又称为均质形核；另一种称为非均匀形核，又称为是均匀形核，又称为均质形核；另一种称为非均匀形核，又称为是均匀形核，又称为均质形核；另一种称为非均匀形核，又称为非自发形核（也称杂质形核）。非自发形核（也称

20、杂质形核）。非自发形核（也称杂质形核）。非自发形核（也称杂质形核）。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变8二、纯金属的相变第一节 纯金属的相变9uu均匀形核是纯净的过冷液态金属依靠自身原子的规则排列形成均匀形核是纯净的过冷液态金属依靠自身原子的规则排列形成均匀形核是纯净的过冷液态金属依靠自身原子的规则排列形成均匀形核是纯净的过冷液态金属依靠自身原子的规则排列形成晶核的过程。它形成的具体过程是液态金属过冷到某一温度时，晶核的过程。它形成的具体过程是液态金属过冷到某一温度时，晶核的过程。它形成的具体过程是液态金属过冷到某一温度时，晶核的过程。它形成的具体过程是

21、液态金属过冷到某一温度时，其内部尺寸较大的近程有序原子集团达到某一临界尺寸后成为晶其内部尺寸较大的近程有序原子集团达到某一临界尺寸后成为晶其内部尺寸较大的近程有序原子集团达到某一临界尺寸后成为晶其内部尺寸较大的近程有序原子集团达到某一临界尺寸后成为晶核。核。核。核。uu事实上，对于原子数目较少、尺寸较小的原子集团，在周围液事实上，对于原子数目较少、尺寸较小的原子集团，在周围液事实上，对于原子数目较少、尺寸较小的原子集团，在周围液事实上，对于原子数目较少、尺寸较小的原子集团，在周围液体原子碰撞下，时聚时散，处于不稳定状态，难以形成起到晶核体原子碰撞下，时聚时散，处于不稳定状态，难以形成起到晶核体

22、原子碰撞下，时聚时散，处于不稳定状态，难以形成起到晶核体原子碰撞下，时聚时散，处于不稳定状态，难以形成起到晶核作用。唯有原子数目较多、尺寸较大的原子集团，不仅不易被冲作用。唯有原子数目较多、尺寸较大的原子集团，不仅不易被冲作用。唯有原子数目较多、尺寸较大的原子集团，不仅不易被冲作用。唯有原子数目较多、尺寸较大的原子集团，不仅不易被冲散，还能吸收周围液体中的原子兵长大，起到景和作用。能起景散，还能吸收周围液体中的原子兵长大，起到景和作用。能起景散，还能吸收周围液体中的原子兵长大，起到景和作用。能起景散，还能吸收周围液体中的原子兵长大，起到景和作用。能起景和作用而尺寸最小的原子集团称为和作用而尺寸

23、最小的原子集团称为和作用而尺寸最小的原子集团称为和作用而尺寸最小的原子集团称为临界晶核临界晶核临界晶核临界晶核。uu临界晶核溶化后的液态结构从长程来说是无序的，而在短程范临界晶核溶化后的液态结构从长程来说是无序的，而在短程范临界晶核溶化后的液态结构从长程来说是无序的，而在短程范临界晶核溶化后的液态结构从长程来说是无序的，而在短程范围内却存在不稳定的但接近于有序的原子集团。由于液体中原子围内却存在不稳定的但接近于有序的原子集团。由于液体中原子围内却存在不稳定的但接近于有序的原子集团。由于液体中原子围内却存在不稳定的但接近于有序的原子集团。由于液体中原子热运动较为强烈，在平衡位置停留较短，股这种有

24、序排列的原子热运动较为强烈，在平衡位置停留较短，股这种有序排列的原子热运动较为强烈，在平衡位置停留较短，股这种有序排列的原子热运动较为强烈，在平衡位置停留较短，股这种有序排列的原子集团此消彼长，即集团此消彼长，即集团此消彼长，即集团此消彼长，即结构起伏或称相起伏结构起伏或称相起伏结构起伏或称相起伏结构起伏或称相起伏。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变9均匀形核是纯净的过冷液态金属依靠自身原子的规则排列形成晶核10（2 2 2 2）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体）晶核的长大

25、：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液固相界面向固相界面向固相界面向固相界面向液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有关。液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有关。液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有关。液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有关。长大的方

26、式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生长（最长大的方式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生长（最长大的方式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生长（最长大的方式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生长（最常见的方式）。常见的方式）。常见的方式）。常见的方式）。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变10（2）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒112 2 2 2、结晶晶粒大小及控制、结晶晶粒大小及控制、结晶晶粒大小及控制、结晶晶粒大小及控制 结晶后的晶粒大小及其控制金属结结晶后的晶粒大小及其控制金属结结晶后的晶

27、粒大小及其控制金属结结晶后的晶粒大小及其控制金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。平均面积或平均直径来表示。平均面积或平均直径来表示。平均面积或平均直径来表示。晶粒的大小是形核率晶粒的大小是形核率晶粒的大小是形核率晶粒的大小是形核率N N N N和长大速度和长大速度和长大速度和长大速度的函数，影响形核率和长大速度的重要的函数，影响形

28、核率和长大速度的重要的函数，影响形核率和长大速度的重要的函数，影响形核率和长大速度的重要因素是冷却速度和难熔杂质。因素是冷却速度和难熔杂质。因素是冷却速度和难熔杂质。因素是冷却速度和难熔杂质。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变112、结晶晶粒大小及控制 第一节 纯金属的相变12 结晶后的晶粒大小及其控制金结晶后的晶粒大小及其控制金结晶后的晶粒大小及其控制金结晶后的晶粒大小及其控制金属结晶后，获得由大量晶粒组成的属结晶后，获得由大量晶粒组成的属结晶后，获得由大量晶粒组成的属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。晶粒的大小可用晶粒度来多晶体。晶粒的大小可用晶粒

29、度来多晶体。晶粒的大小可用晶粒度来多晶体。晶粒的大小可用晶粒度来表示，表示，表示，表示，晶粒的大小是形核率晶粒的大小是形核率晶粒的大小是形核率晶粒的大小是形核率N N N N和长大速度的和长大速度的和长大速度的和长大速度的函数，影响形核率和长大速度的重函数，影响形核率和长大速度的重函数，影响形核率和长大速度的重函数，影响形核率和长大速度的重要因素是冷却速度和难熔杂质。要因素是冷却速度和难熔杂质。要因素是冷却速度和难熔杂质。要因素是冷却速度和难熔杂质。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变12 结晶后的晶粒大小及其控制金属结晶后，13 晶粒大小对金属的机械性能

30、有很大的影响，在常温下，金属的晶粒大小对金属的机械性能有很大的影响，在常温下，金属的晶粒大小对金属的机械性能有很大的影响，在常温下，金属的晶粒大小对金属的机械性能有很大的影响，在常温下，金属的晶粒度越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好晶粒度越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好晶粒度越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好晶粒度越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好.工程上通工程上通工程上通工程上通过使金属材料的晶粒细化而提高金属的力学性能。通常把通过细化过使金属材料的晶粒细化而提高金属的力学性能。通常把通过细化过使金属材料的晶粒细化而提高金属的力学性能。通常把通过细化

31、过使金属材料的晶粒细化而提高金属的力学性能。通常把通过细化晶粒来提高材料性能的方法称为晶粒来提高材料性能的方法称为晶粒来提高材料性能的方法称为晶粒来提高材料性能的方法称为细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化。细化晶粒的方法主要有如下几种：细化晶粒的方法主要有如下几种：细化晶粒的方法主要有如下几种：细化晶粒的方法主要有如下几种：（1 1 1 1）控制过冷度）控制过冷度）控制过冷度）控制过冷度 形核率形核率形核率形核率N N N N与长大速度与长大速度与长大速度与长大速度G G G G一般都随过冷度一般都随过冷度一般都随过冷度一般都随过冷度TTTT的增大而增大，但是形的增大而增大，但是形的增大而增大，

32、但是形的增大而增大，但是形核率核率核率核率N N N N增长率高于长大速度增长率高于长大速度增长率高于长大速度增长率高于长大速度G G G G的增长率。所以增加过冷度可以提高的增长率。所以增加过冷度可以提高的增长率。所以增加过冷度可以提高的增长率。所以增加过冷度可以提高N/GN/GN/GN/G值值值值,有利于细晶强化。有利于细晶强化。有利于细晶强化。有利于细晶强化。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变13 晶粒大小对金属的机械性能有很大的影响，14（2 2 2 2）变质处理）变质处理）变质处理）变质处理 变质处理就是在浇注之前向液态金属中加入某种被称作是变

33、变质处理就是在浇注之前向液态金属中加入某种被称作是变变质处理就是在浇注之前向液态金属中加入某种被称作是变变质处理就是在浇注之前向液态金属中加入某种被称作是变质剂的元素或化合物，以细化晶粒和改善组织。变质剂的作用在质剂的元素或化合物，以细化晶粒和改善组织。变质剂的作用在质剂的元素或化合物，以细化晶粒和改善组织。变质剂的作用在质剂的元素或化合物，以细化晶粒和改善组织。变质剂的作用在于增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大。于增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大。于增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大。于增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大。（3 3 3 3）振动和搅拌）振动和搅拌）振动和搅拌）振动和搅拌对结晶过程中

34、的液态金属输入一定频率的振动波，形成的对流会对结晶过程中的液态金属输入一定频率的振动波，形成的对流会对结晶过程中的液态金属输入一定频率的振动波，形成的对流会对结晶过程中的液态金属输入一定频率的振动波，形成的对流会使成长中的树枝晶臂折断，增大了晶核数目，从而显著提高形核使成长中的树枝晶臂折断，增大了晶核数目，从而显著提高形核使成长中的树枝晶臂折断，增大了晶核数目，从而显著提高形核使成长中的树枝晶臂折断，增大了晶核数目，从而显著提高形核率，细化晶粒。率，细化晶粒。率，细化晶粒。率，细化晶粒。常见的震动方法有：机械振动、超声波震动、电磁搅拌。常见的震动方法有：机械振动、超声波震动、电磁搅拌。常见的震

35、动方法有：机械振动、超声波震动、电磁搅拌。常见的震动方法有：机械振动、超声波震动、电磁搅拌。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变14（2）变质处理第一节 纯金属的相变15金属铸锭的组织特点金属铸锭的组织特点金属铸锭的组织特点金属铸锭的组织特点：（1 1 1 1）表层细晶区；）表层细晶区；）表层细晶区；）表层细晶区；（2 2 2 2）柱状晶区；）柱状晶区；）柱状晶区；）柱状晶区；（3 3 3 3）中心等轴晶区。）中心等轴晶区。）中心等轴晶区。）中心等轴晶区。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变15金属铸锭的组织特点：第一

36、节 纯金属的相变16三、晶体的同素异构三、晶体的同素异构三、晶体的同素异构三、晶体的同素异构 金属的晶格在不同温度和压力下呈现不同类型的现象称为金属的晶格在不同温度和压力下呈现不同类型的现象称为金属的晶格在不同温度和压力下呈现不同类型的现象称为金属的晶格在不同温度和压力下呈现不同类型的现象称为同素异构转变同素异构转变同素异构转变同素异构转变。金属的同素异构转变是原子重新排列的过程，与液。金属的同素异构转变是原子重新排列的过程，与液。金属的同素异构转变是原子重新排列的过程，与液。金属的同素异构转变是原子重新排列的过程，与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶。态金属的结晶过程相似，故称为

37、二次结晶或重结晶。态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶。态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶。第一节第一节第一节第一节 纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变纯金属的相变16三、晶体的同素异构第一节 纯金属的相变17 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图 纯金属结晶后只能得到单相晶体，合金在结晶之后其组织可以由单纯金属结晶后只能得到单相晶体，合金在结晶之后其组织可以由单纯金属结晶后只能得到单相晶体，合金在结晶之后其组织可以由单纯金属结晶后只能得到单相晶体，合金在结晶之后其组织可以由单独的一个固溶体或一个中间相组成，也可以是两个固溶体、两个中间

38、相独的一个固溶体或一个中间相组成，也可以是两个固溶体、两个中间相独的一个固溶体或一个中间相组成，也可以是两个固溶体、两个中间相独的一个固溶体或一个中间相组成，也可以是两个固溶体、两个中间相组成。由于各种组成相又因为相对数量、形状、尺寸和分布不同，形成组成。由于各种组成相又因为相对数量、形状、尺寸和分布不同，形成组成。由于各种组成相又因为相对数量、形状、尺寸和分布不同，形成组成。由于各种组成相又因为相对数量、形状、尺寸和分布不同，形成各种不同的组织，具有不同组织的合金，其性能是不同的。即使组元确各种不同的组织，具有不同组织的合金，其性能是不同的。即使组元确各种不同的组织，具有不同组织的合金，其性

39、能是不同的。即使组元确各种不同的组织，具有不同组织的合金，其性能是不同的。即使组元确定后，结晶后所获得的相的性质、数目及其相对含量也会随温度和成分定后，结晶后所获得的相的性质、数目及其相对含量也会随温度和成分定后，结晶后所获得的相的性质、数目及其相对含量也会随温度和成分定后，结晶后所获得的相的性质、数目及其相对含量也会随温度和成分改变而改变，即以不同状态存在。合金相图正是用来压就存在状态与合改变而改变，即以不同状态存在。合金相图正是用来压就存在状态与合改变而改变，即以不同状态存在。合金相图正是用来压就存在状态与合改变而改变，即以不同状态存在。合金相图正是用来压就存在状态与合金成分及温度之间的变

40、化规律。金成分及温度之间的变化规律。金成分及温度之间的变化规律。金成分及温度之间的变化规律。一、概述一、概述一、概述一、概述 1.1.1.1.组元：组元：组元：组元：构成材料的最简单最基本、可以独立存在的物质。在一个给定的构成材料的最简单最基本、可以独立存在的物质。在一个给定的构成材料的最简单最基本、可以独立存在的物质。在一个给定的构成材料的最简单最基本、可以独立存在的物质。在一个给定的系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或者化合物。系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或者化合物。系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或者化合物。系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或者化合物。合金系合金

41、系合金系合金系是由给定的两个或者两个以上的组元按照不同比例配置成一是由给定的两个或者两个以上的组元按照不同比例配置成一是由给定的两个或者两个以上的组元按照不同比例配置成一是由给定的两个或者两个以上的组元按照不同比例配置成一系列的不同成分的合金，这些合金称为一个合金系。两元素组成的称为系列的不同成分的合金，这些合金称为一个合金系。两元素组成的称为系列的不同成分的合金，这些合金称为一个合金系。两元素组成的称为系列的不同成分的合金，这些合金称为一个合金系。两元素组成的称为二元合金，三元素组成为三元合金，三元以上称为多元合金。二元合金，三元素组成为三元合金，三元以上称为多元合金。二元合金，三元素组成为

42、三元合金，三元以上称为多元合金。二元合金，三元素组成为三元合金，三元以上称为多元合金。17 第二节 二元合金相图 纯金属结晶后182 2 2 2、相、相、相、相相相相相合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态、性合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态、性合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态、性合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态、性能一致的组成部分。不同相之间以明显的界面互相分开的、相能一致的组成部分。不同相之间以明显的界面互相分开的、相能一致的组成部分。不同相之间以明显的界面互相分开的、相能一致的组成部分。不同相之间以明显的界面互相分开的、相界面处物质的性能

43、发生突变。这两个相的界面称为相界面。界面处物质的性能发生突变。这两个相的界面称为相界面。界面处物质的性能发生突变。这两个相的界面称为相界面。界面处物质的性能发生突变。这两个相的界面称为相界面。在显微镜下所能观察到的金属材料各个晶粒的显微形态，即晶在显微镜下所能观察到的金属材料各个晶粒的显微形态，即晶在显微镜下所能观察到的金属材料各个晶粒的显微形态，即晶在显微镜下所能观察到的金属材料各个晶粒的显微形态，即晶粒的形状、大小、数量和分布情况，称为显微组织或者金相组粒的形状、大小、数量和分布情况，称为显微组织或者金相组粒的形状、大小、数量和分布情况，称为显微组织或者金相组粒的形状、大小、数量和分布情况

44、，称为显微组织或者金相组织，简称为组织。织，简称为组织。织，简称为组织。织，简称为组织。相图相图相图相图表示合金系中合金的状态与温度、成分间的关系的图解。表示合金系中合金的状态与温度、成分间的关系的图解。表示合金系中合金的状态与温度、成分间的关系的图解。表示合金系中合金的状态与温度、成分间的关系的图解。利用合金相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，利用合金相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，利用合金相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，利用合金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、成分以及在温度变化时可能发生的变化。各相的相对含量、成分

45、以及在温度变化时可能发生的变化。各相的相对含量、成分以及在温度变化时可能发生的变化。各相的相对含量、成分以及在温度变化时可能发生的变化。第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图182、相 第二节 二元合金相图193 3、相平衡和相律、相平衡和相律、相平衡和相律、相平衡和相律（1 1）相平衡）相平衡）相平衡）相平衡 是指各相的化学热力学平衡。包括有：是指各相的化学热力学平衡。包括有：是指各相的化学热力学平衡。包括有：是指各相的化学热力学平衡。包括有：A A 机械平衡：合力为机械平衡：合力为机械平衡：合力为机械平衡：合力为0 0B B 热平衡：温差消失热平衡：温差

46、消失热平衡：温差消失热平衡：温差消失C C 化学平衡：各相的化学势相等，各组元浓度不再变化化学平衡：各相的化学势相等，各组元浓度不再变化化学平衡：各相的化学势相等，各组元浓度不再变化化学平衡：各相的化学势相等，各组元浓度不再变化当同时达到三种平衡称作是化学热力学平衡。当同时达到三种平衡称作是化学热力学平衡。当同时达到三种平衡称作是化学热力学平衡。当同时达到三种平衡称作是化学热力学平衡。按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：n n式中，式中，式

47、中，式中，f f为体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态的独为体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态的独为体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态的独为体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C C为体系的为体系的为体系的为体系的组元数；组元数；组元数；组元数；P P为相数。为相数。为相数。为相数。n n对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的对于不含气相的凝聚体系

48、，压力在通常范围的变化对平衡的对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图193、相平衡和相律 第二节 二元合金相图20（2 2）相率）相率）相率）相率 自自自自由由由由度度度度是是是是指指指指在在在在平平平平衡衡衡衡系系系系统统统统中中中中独独独独立立立立可可可可变变变变的的的的因因因因素素素素，如如如如温

49、温温温度度度度、压压压压力力力力、相相相相的的的的成成成成分分分分、电电电电场场场场、磁磁磁磁场场场场、重重重重力力力力场场场场等等等等，自自自自由由由由度度度度数数数数是是是是指指指指在在在在平平平平衡衡衡衡系系系系统统统统中那些独立可变参数的数目。中那些独立可变参数的数目。中那些独立可变参数的数目。中那些独立可变参数的数目。按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：式中，式中，式中，式中，ff体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态体系的自由度

50、数它是指不影响体系平衡状态体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态体系的自由度数它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C C体系的组元数；体系的组元数；体系的组元数；体系的组元数；P P为相数。为相数。为相数。为相数。对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的影响极小，一

51、般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：的影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：的影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：的影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图20（2）相率 第二节 二元合金相图21 相率给出了平衡状态下体系中存在的相数、组元数、温度及相率给出了平衡状态下体系中存在的相数、组元数、温度及相率给出了平衡状态下体系中存在的相数、组元数、温度及相率给出了平衡状态下体系中存在的相数、组元数、温度及压力间的关系，对分析和研究相图有重要作用。压力间的关系，对分析和研究相图有

52、重要作用。压力间的关系，对分析和研究相图有重要作用。压力间的关系，对分析和研究相图有重要作用。1 1）利用相率可以确定系统中可能存在的最多平衡相数。）利用相率可以确定系统中可能存在的最多平衡相数。）利用相率可以确定系统中可能存在的最多平衡相数。）利用相率可以确定系统中可能存在的最多平衡相数。2 2）利用相率可以解释纯金属和二元合金结晶时候的一些差别。）利用相率可以解释纯金属和二元合金结晶时候的一些差别。）利用相率可以解释纯金属和二元合金结晶时候的一些差别。）利用相率可以解释纯金属和二元合金结晶时候的一些差别。相率也有如下局限性：相率也有如下局限性：相率也有如下局限性：相率也有如下局限性：1 1

53、）只适用于热力学平衡状态）只适用于热力学平衡状态）只适用于热力学平衡状态）只适用于热力学平衡状态2 2）只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元和相的类型）只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元和相的类型）只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元和相的类型）只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元和相的类型和含量。和含量。和含量。和含量。相率不能预告反映动力学（速度）相率不能预告反映动力学（速度）相率不能预告反映动力学（速度）相率不能预告反映动力学（速度）4 4）自由度的数值不得小于）自由度的数值不得小于）自由度的数值不得小于）自由度的数值不得小于0 0。第二节第二节第二节第二节 二

54、元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图21 第二节 二元合金相图22n n二、合金相图的建立二、合金相图的建立二、合金相图的建立二、合金相图的建立 二元相图的建立方法，最常用的是二元相图的建立方法，最常用的是热分析法。热分析法。热分析法。热分析法。以以Cu-NiCu-Ni二元合金二元合金系为例，说明应用热分析法测定其临界点及绘制相图的过程。系为例，说明应用热分析法测定其临界点及绘制相图的过程。1 1）配制一系列成分不同的）配制一系列成分不同的Cu-NiCu-Ni合金：合金：100%Cu100%Cu；75%Cu+25%Ni75%Cu+25%Ni；50%Cu+50%Ni50%Cu+50%N

55、i；25%Cu+75%Ni25%Cu+75%Ni；100%Ni100%Ni。配制的合金数目越多，合金成分的间隔越小，得到的相图就更配制的合金数目越多，合金成分的间隔越小，得到的相图就更加准确。加准确。2 2）用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲线，如图）用热分析法测出所配制的各合金的冷却曲线，如图3-14a3-14a所示。所示。3 3）画出温度）画出温度-成分坐标系，标出各冷却曲线上的临界点，如图成分坐标系，标出各冷却曲线上的临界点，如图3-3-14a14a所示。所示。4 4）将物理意义相同的点（如转变开始点、转变结束点）连成曲线，）将物理意义相同的点（如转变开始点、转变结束点）连成曲线，标明

56、各区域内所存在的相，即得到标明各区域内所存在的相，即得到Cu-NiCu-Ni相图。相图。第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图22二、合金相图的建立 第二节 二元合金相图23图3-1 纯铜的冷却曲线及相图图3-2 Cu-Ni合金相图 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图 图中各开始结晶温度连成的相界线称为图中各开始结晶温度连成的相界线称为液相线液相线，各终了结晶温度，各终了结晶温度连成的相界线称为连成的相界线称为固相线固相线。相图的区别相图的区别相图的区别相图的区别纯金属相图纯金属相图用一条表示温度的纵坐标把其在不同温度

57、下的组织用一条表示温度的纵坐标把其在不同温度下的组织 状态表示出来，如图状态表示出来，如图3-14a3-14a纯铜的冷却曲线及相图。纯铜的冷却曲线及相图。二元合金相图二元合金相图以温度为纵坐标、以合金成分为横坐标的平面图。以温度为纵坐标、以合金成分为横坐标的平面图。23图3-1 纯铜的冷却曲线及相图图3-2 Cu-Ni合金24用热分析法测定Cu-Ni合金相图 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图24用热分析法测定Cu-Ni合金相图 第二节 二元合25 建立和利用合金相图，可以知道各种成分的合金在不同温度建立和利用合金相图，可以知道各种成分的合金在不同温度下

58、存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。不同合金系的合金，在固态下具有不同的显微组织，对于同不同合金系的合金，在固态下具有不同的显微组织，对于同一合金系的合金，由于合金的成分不同，以及所处的温度不同，一合金系的合金，由于合金的成分不同，以及所处的温度不同，在固态下也会形成不同的显微组织。在固态下也会形成不同的显微组织。相图是研究合金中各种组织形成和变化规律的有效工具，也相图是研究合金中各种组织形成和变化规律的有效工具，也是生产实践中正确制订冶炼、铸造、锻压、焊接、热处理工艺的是生产实践中正确制订冶炼、铸造、锻压、焊接、热处理工艺的重要依据。重要依据。掌握相

59、图的分析和使用方法，对于了解合金的化学成分、组掌握相图的分析和使用方法，对于了解合金的化学成分、组织与性能之间的关系，以提高和改善合金的性能、研究和开发新织与性能之间的关系，以提高和改善合金的性能、研究和开发新的合金材料，具有重要的指导意义。的合金材料，具有重要的指导意义。3.2.2 3.2.2 二元合金相图的意义二元合金相图的意义二元合金相图的意义二元合金相图的意义 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图25 建立和利用合金相图，可以知道各种成分的合金在不同26 基本的二元合金相图有匀晶相图、共晶相图和共析相图等，基本的二元合金相图有匀晶相图、共晶相图和共

60、析相图等，其中两组元在液态和固态都能够无限互溶时构成的相图称为均晶其中两组元在液态和固态都能够无限互溶时构成的相图称为均晶相图。相图。Cu-AuCu-Au、Au-AgAu-Ag、Cu-NiCu-Ni等合金都形成这类相图。在匀晶相图等合金都形成这类相图。在匀晶相图中，结晶时都是由液相结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀中，结晶时都是由液相结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。下面就以晶转变。下面就以Cu-NiCu-Ni合金相图为例，对匀晶相图进行分析。合金相图为例，对匀晶相图进行分析。1 1、相图分析、相图分析点点图中图中tA=1083tA=1083为纯铜的熔点；为纯铜的熔点；tB=145

61、5tB=1455为纯镍的熔点。为纯镍的熔点。线线tA L3 L2 L1tBtA L3 L2 L1tB为液相线，代表各种成分的为液相线，代表各种成分的Cu-NiCu-Ni合金在冷合金在冷却过程中开始结晶、或在加热过程中熔化终了的温度；却过程中开始结晶、或在加热过程中熔化终了的温度；tA321tBtA321tB为固相线，代表各种成分的合金冷却过程中结晶终为固相线，代表各种成分的合金冷却过程中结晶终了、或在加热过程中开始熔化的温度。了、或在加热过程中开始熔化的温度。相区相区液相线与固相线把整个相图分为三个不同相区。在液相液相线与固相线把整个相图分为三个不同相区。在液相线以上是单相的液相区，合金处于液

62、体状态，以线以上是单相的液相区，合金处于液体状态，以“L”L”表示；固相表示；固相线以下是单相的固溶体区，合金处于固体状态，为线以下是单相的固溶体区，合金处于固体状态，为CuCu与与NiNi组成的组成的无限固溶体，以无限固溶体，以“”表示；在液相线与固相线之间是液相表示；在液相线与固相线之间是液相+固相固相的两相共存区，即结晶区，以的两相共存区，即结晶区，以“L+”L+”表示。表示。三、匀晶相图三、匀晶相图三、匀晶相图三、匀晶相图 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图26 基本的二元合金相图有匀晶相图、共晶相图和共27图3-6 Cu-Ni合金相图及典型合金

63、平衡结晶过程分析 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图27图3-6 Cu-Ni合金相图及典型合金平衡结晶过程分析 282 2、典型合金平衡结晶过程分析、典型合金平衡结晶过程分析、典型合金平衡结晶过程分析、典型合金平衡结晶过程分析 现以含现以含40%Ni的的Cu-Ni合金为例，合金为例，分析其结晶过程，如图分析其结晶过程，如图3-6b所示。所示。由图由图3-6a可见，该合金的合金线与可见，该合金的合金线与相图上液相线、固相线分别在相图上液相线、固相线分别在t1、t3温度温度时相交，这就是说，该合金是在时相交，这就是说，该合金是在t1温度温度时开始结晶，在时开

64、始结晶，在t3温度时结晶结束。因温度时结晶结束。因此，当合金自高温液态缓慢冷却到此，当合金自高温液态缓慢冷却到t1温温度时，开始从液相中结晶出度时，开始从液相中结晶出固溶体，随固溶体，随着温度的下降，着温度的下降，固溶体量不断增多，剩固溶体量不断增多，剩余液相量不断减少。直到温度降到余液相量不断减少。直到温度降到t3温温度时，合金结晶终了，获得了度时，合金结晶终了，获得了Cu与与Ni组组成的成的固溶体。固溶体。右图为右图为Cu-Ni合金固溶体的显微组织合金固溶体的显微组织。图3-7 Cu-Ni合金固溶体的显微组织 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图282

65、、典型合金平衡结晶过程分析 图3-7 Cu-Ni合金固29n n3 3、杠杆定律、杠杆定律、杠杆定律、杠杆定律 在固、液在固、液在固、液在固、液 两相区内，温度一定时，液固两相的成分、质量比两相区内，温度一定时，液固两相的成分、质量比两相区内，温度一定时，液固两相的成分、质量比两相区内，温度一定时，液固两相的成分、质量比均是确定的。杠杆定律就是确定两相区内两个组成相（平衡相）在均是确定的。杠杆定律就是确定两相区内两个组成相（平衡相）在均是确定的。杠杆定律就是确定两相区内两个组成相（平衡相）在均是确定的。杠杆定律就是确定两相区内两个组成相（平衡相）在某一温度时两相的成分以及相的相对量的重要法则。

66、下面以某一温度时两相的成分以及相的相对量的重要法则。下面以某一温度时两相的成分以及相的相对量的重要法则。下面以某一温度时两相的成分以及相的相对量的重要法则。下面以Cu-NiCu-Ni合金为例进行说明。合金为例进行说明。合金为例进行说明。合金为例进行说明。图3-4 杠杆定律的证明图3-5 杠杆定律的力学比喻 第二节第二节第二节第二节 二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图293、杠杆定律图3-4 杠杆定律的证明图3-5 杠杆定律的30 下面计算液相和固相在温度下面计算液相和固相在温度下面计算液相和固相在温度下面计算液相和固相在温度t1t1时的相对含量。设合金的总质量时的相对含量。设合金的总质量时的相对含量。设合金的总质量时的相对含量。设合金的总质量为为为为1 1，液相的质量为，固相的质量为，则有，液相的质量为，固相的质量为，则有，液相的质量为，固相的质量为，则有，液相的质量为，固相的质量为，则有此外，合金此外，合金此外，合金此外，合金 中的含镍量等于液相和固相中镍的含量之和，即中的含镍量等于液相和固相中镍的含量之和，即中的含镍量等于液相和固相中镍的含量之和，即中的含镍量等于液相