【正文】 相含熔點高的鎳元素多，溫度低時結(jié)晶的 ?相含鎳少。這種熱處理方法稱為 均勻化退火 ，也稱 擴散退火 。固態(tài)相變的兩相區(qū)也適用。 Pb與 Sn都能形成有限固溶體 。 A點為 Pb的熔點 ()， B點是 Sn的熔點 ()， AEB線是液相線 ，AFEGB線是固相線 ， 直線段 FEG是共晶線 ， 溫度是 183186。 在 Pb－ Sn相圖中 ， 單相區(qū)有三個 ， 它們是 L、 α、 β；兩相區(qū)也有三個 L 十 α， L十 β， α十 β；三相共存區(qū)有一個 ， 即共晶線 FEG。 當固溶體 ?冷到溶解度線時 (S4)， 由于 Sn在 Pb中溶解度的 下降 ， 開始以 β 固溶體形式析出多余的 Sn， 此時析出的 β由于不是直接從液相中結(jié)晶出來的 ， 稱為二次固溶體 。 同時結(jié)晶出來的 ?F和 βG兩相機械混合在一起成為共晶體 。 這時合金 K的液相已全部結(jié)晶完了。 (3)亞共晶合金 K的結(jié)晶過程 ： 在合金的顯微組織中 ， 基本相被稱為合金的 相 組成物 。 在顯微鏡下可以看到合金的組織組成物 。這種偏析不同于前述的枝晶 (晶內(nèi) )偏析 。 體積質(zhì)量偏析一旦產(chǎn)生 ， 用熱處理方法也不能消除 。 1. 相圖的分析 （ 1） 主要相變點： A點為 Pt的熔點 1772?C； B點為 Ag的熔點 962?C； D點為包晶轉(zhuǎn)變點 (1186?C，WAg＝ %)； C點為包晶轉(zhuǎn)變液相成分點(1186?C， WAg＝ %)； P點為 Ag在 Pt中最大溶解度點 (1186 ?C， WAg＝ %)。 當降到 1186?C的 D點時 α相銀的質(zhì)量分數(shù)為 %， 剩余液相銀的質(zhì)量分數(shù)為 %。當溫度降到 1～ 2點之間其結(jié)晶情況同合金 I。 當溫度降到 1～ 2點之間 ， 結(jié)晶情況同合金 I。 這不同于前兩種合金 。 所以 ， 包晶轉(zhuǎn)變是很慢的 。如： Fe－ C合金相圖就是一個復(fù)雜相圖。 溶質(zhì)元素濃度愈高引起晶格畸變愈大 ， 則合金的強度 、 硬度 、 電阻率愈高 、 電阻溫度系數(shù)愈小 ， 見 圖 3－ 14。 所以 ， 固溶體合金易產(chǎn)生冷隔 、 澆不足 、 疏松 、 鑄造裂紋等鑄造缺陷 。 三、能形成金屬化合物的合金系 當組元之間相互作用能生成一些穩(wěn)定化合物的合金 ， 會有較高的強度和硬度及某些特殊的物理化學性能 。 在 圖 318中 ， a圖示有固定化學成分的化合物 AmBn的情況 。 當然 ， 若是選用的合金成分使合金中化合物含量適量 ， 并細化它 ， 使它彌散分布在固溶體相的基體上 ，會起到第二相彌散強化作用 。 共晶體愈多鑄造工藝性愈好 ，共晶成分的合金鑄造工藝性最好 ， 見 圖 3－ 17。 固溶體合金成分與鑄造工藝性的關(guān)系 ， 見 圖3－ 15。 下面按合金結(jié)晶的類型分別加以敘述 。 另外 ， 合金組元如果具有同素異構(gòu)性 ， 則合金結(jié)晶結(jié)束后冷到某溫度又會發(fā)生由一個固相共析轉(zhuǎn)變成另兩個固相混合物的共析相圖以及兩個固相在一定溫度下包析轉(zhuǎn)變成一個固相包析相圖等 。 在β相長大時富 Ag的液相 ， 需將 Ag原子通過 β相擴散到貧 Ag的 ?相中 ， 而富 Pt的 ?相也需將 Pt原子通過 β相擴散到貧 Pt的液相中 。 于是包晶轉(zhuǎn)變后合金 III的組織是 α十 β的雙相組織 。所以，合金II在室溫下的組織也是在 β固溶體相的基體上彌散分布著粒狀 αⅡ 相。 所以合金 ?在室溫下的顯微組織是：在 β固溶體相的基體上彌散地分布著粒狀 α固溶體相 。 隨溫度下降 α相含量增加 ， 剩余液相減少 。 具有包晶轉(zhuǎn)變的合金系有 Ag－ Sn、 Ag－ Pt、 Cu－ Zn、 Cu－ Sn等 。 這會降低鑄件的使用壽命 。 如果冷卻速度很慢 ，就可能出現(xiàn)先共晶相的上浮或下浮 ， 而使整個鑄件上部與下部化學成分不同 。 固溶體合金的組織組成物β＋ ?Ⅱ 或 ?＋ β 。 對于過共晶合金的結(jié)晶冷卻過程與亞共晶合金的結(jié)晶冷卻過程是相似的 。 當剩余液相冷到固相線 (183?C)時，其 Sn質(zhì)量分數(shù)達到 E點的成分。 其室溫組織為 β 十 ?Ⅱ 。 當液相 (L)冷卻到液相線時 (S1)， 開始由液相中成核結(jié)晶出?固溶體相 。 FC是 α固溶體溶解度隨溫度變化曲線 ， 即 Sn在 Pb中溶解度變化曲線 ， 稱 α固溶體溶解度曲線 。 即在 183℃ ， 當化學成分中 Sn的質(zhì)量分數(shù)為 %時則發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變 。 1．相圖分析 以 Pb－ Sn合金系為例 ， 見 圖 3－ 10。見 圖 3－ 9。 枝晶偏析會降低合金的力學性能 (尤其是塑性和韌性 )和工藝性能。但是，由于冷卻速度很慢 (平衡態(tài) )，又處在足夠高的溫度下，所以，當結(jié)晶結(jié)束時，無論是先結(jié)晶的目相，還是后結(jié)晶出來的 ?相，其化學成分都將通過原子足夠長時間的擴散而趨平均勻相同。 從 圖 3－ 7上可見， WNi=20%的合金化學成分垂線與液相線相交于 L1，與固相線相交于 ?3當該合金由液相緩慢冷卻 (平衡狀態(tài) )至 t1溫度時，由液相中開始結(jié)晶出 ?相。 1．勻晶相圖分析及合金的結(jié)晶過程 以 Cu－ Ni合金為例，見 圖 3－ 7，圖中 A點是純銅的熔點 (1083?C)； B點是純鎳的熔點 (1452 ?C)； AL3L2L1B曲線是液相開始結(jié)晶的溫度線，稱為 液相線 ，在其線以上的區(qū)域合金系全部是呈液相 L狀態(tài)，稱為液相區(qū)。有些合金系的相圖就是一種典型的基本相圖。 一、二元合金相圖的測畫 在每個二元合金系中都有無數(shù)個不同化學成分比例的合金。對如此復(fù)雜的情況，只用冷卻曲線或語言簡單敘述是很不方便的。當化學成分一定時，澆注條件極為重要。因無散熱優(yōu)勢方向，新晶粒將會長成等軸晶粒。此處的雜質(zhì)、氣泡、縮松等較多，成為鑄錠的脆弱結(jié)合面。但是在各方向上散熱能力的下降是不同的。中心區(qū)域是較粗大的等軸晶，稱為中心等軸晶區(qū) 。下面以鑄錠為例介紹鑄態(tài)組織。其一是，變質(zhì)劑作為非均勻成核的晶核 (人工晶核 )，從而通過增加成核率來細化晶粒。 從圖上可見 ， 隨過冷度的增加 ， N與 G均增加 ， 但成核率 N的增加速度更快些 。純鐵的晶粒大小與力學性能的關(guān)系見 31。 最后每個晶核都長大 ， 形成一個是樹枝狀的晶粒 —— 枝晶 ， 如 圖 33。在結(jié)晶這種液固相變中，母相指的就是液相。 非均勻成核在實際生產(chǎn)中比均勻成核更重要 。相反，過冷度愈大，自發(fā)成核的臨界晶核尺寸愈小?？梢?，金屬結(jié)晶的過程包括 成核 和 長大 兩個基本過程，而且，這兩個過程 同時進行 。目前，在工業(yè)上已據(jù)此制造出了非晶金屬微粉和箔。金屬的結(jié)晶過程是原子由不規(guī)則排列向規(guī)則排列的變化過程。即結(jié)晶過程 不是在恒溫 下進行 ， 而是在一個溫度區(qū)間中完成 。 即冷卻曲線中有一個 平臺 。 Tms、 Tmf分別是合金在平衡狀態(tài)下的結(jié)晶開始溫度和結(jié)晶結(jié)束溫度 。而這個溫度區(qū)間的大小與合金的化學成分比有直接的關(guān)系。 鑄態(tài)的顯微組織決定著鑄態(tài)材料的使用性能和加工工藝性能 。 并通過各種熱加工和冷加工獲取成材或制件 。從曲線上可以明顯地見到結(jié)晶開始和結(jié)晶結(jié)束的溫度。當冷卻速度時增大時，則結(jié)晶溫度或結(jié)晶溫度區(qū)間通常都要下降，而且下降的量隨冷卻速度加大而增加。 對于純金屬其過冷度 △ T=TmT1。 從而使結(jié)晶過程處于一個溫度的動平衡狀態(tài) 。可見 自由能差是 液固轉(zhuǎn)變的 推動力 。足夠的溫度是完成結(jié)晶過程的 熱 力學條件。晶核不斷地從周圍的液態(tài)金屬中吸附原子使之不斷長大。在液態(tài)母相隨時都存在著瞬時近程有序的原子集團 (即結(jié)構(gòu)起伏 )。 在實際金屬熔液中總是存在某些未溶的雜質(zhì)粒子 ，這些固態(tài)離子表面及鑄型壁等現(xiàn)成的界面都會成為液態(tài)金屬結(jié)晶時的自然晶核 。成