【文章內(nèi)容簡介】 學成分為橫軸的坐標中相對應(yīng)的點上，則這些相變點所形成的各條曲線就構(gòu)成了一個二元合金系的相圖。 實際上測畫一個合金系的相圖時，只需精確地測定這個合金系中一些有代表性的合金冷卻曲線。再在溫度 —— 化學成分的坐標上將相同意義的相變點所對應(yīng)的點用平滑曲線連接起來就了這個合金系的相圖。在相圖上將各個交點標出字符，將各個相區(qū)內(nèi)填上相應(yīng)的相或基本組織的代號就得到了一張完整的相圖了。下面以NiCu二元合金為例，示意二元相圖的測畫方法，見 圖 3－ 6。 若某些相變點用熱分析法很難測準，可以采用 X光衍射法、金相法、膨脹法等來測定核實。有些合金系的相圖就是一種典型的基本相圖。如：勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖等等。而更多的合金系的相圖是很復雜的。但也都是由這些基本相圖組合而成的。下面我們分別介紹一下常見的基本相圖。 二、二元合金相圖基本類型及合金的結(jié)晶過程 (一 )勻晶相圖 —— 產(chǎn)生 單一 固溶體相的合金相圖 對于合金組元在液相和固相下均能無限互溶，結(jié)晶時只結(jié)晶出單相固溶體組織，這種合金系的相圖就是典型的勾晶相圖。如： An－ As、 Ni－ Cu、 Fe－ Cr、 W－ Mo等二元合金系的相圖。都是勻晶相圖。 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)。 A?3?2?1B曲線是液相全部結(jié)晶結(jié)束的溫度線，稱為 固相線 ；在其線以下的區(qū)域合金系全部結(jié)晶成同一種均勻的固溶體相 ?，此區(qū)稱為固相區(qū)。在液相線與團相線圍成的區(qū)域內(nèi)是液相與團相共存的區(qū)域(L十 ?)，稱為兩相區(qū)。 銅與鎳兩組元組成的二元合金在固態(tài)下是無限固溶的，所以，任何成分比例都結(jié)晶成單相固溶體。由液相直接結(jié)晶成單相固溶體的結(jié)晶轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變。在 Cu－ Ni合金系中，除純 Cu和純 Ni的結(jié)晶是純金屬的結(jié)晶，其結(jié)晶溫度是一個點之外，其它任一個合金的結(jié)晶都是在一個相應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi)完成結(jié)晶的。雖然溫度區(qū)間的大小和溫度的高低不同，但結(jié)晶規(guī)律是相同的。下面以 Ni質(zhì)量分數(shù)為 20%開的 CuNi合金為例闡述其結(jié)晶過程。 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。隨著溫度的不斷降低 ?相比例不斷增加，剩余液相的比例不斷減少直至到 t3溫度，液相 L全部結(jié)晶成以 ?相。在溫度由 t1降到 t3的結(jié)晶轉(zhuǎn)變過程中，不僅 L與 ?兩相所占的比例不斷變化，而且 L和 ?兩相的化學成分，通過原子擴散也不斷地變化。在 t1時，結(jié)晶出來的 ?相的化學成分為幾點所對應(yīng)的成分 (含 Ni高于合金成分 )，剩余液相的化學成分 為 L1點所對應(yīng)的成分。 在 t t3溫度時 ?相的化學成分分別為 ?2， ?3點對應(yīng)的成分。而剩余液相的化學成分分別為 LL3點對應(yīng)的成分。這就是說，在不同溫度下剛剛結(jié)晶出來的固相 ?的化學成分是不相同的，其變化規(guī)律是沿著固相線變化。與此同時剩余液相的化學成分也相應(yīng)地沿著液相線變化。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。并且 ?相的晶粒通常都是不規(guī)則的多面體狀，稱等軸晶粒。 由前述可知不同溫度下結(jié)晶出來的 ?相成分是不同的，溫度高時結(jié)晶出來的 ?相含熔點高的鎳元素多，溫度低時結(jié)晶的 ?相含鎳少。由于在實際生產(chǎn)中冷卻速度較快 (不能保證平衡態(tài) )，原子擴散遷移滯后于結(jié)晶， ?相化學成分的均勻性得不到保證。這時就會出現(xiàn)在一個晶粒內(nèi)，各處成分的不均勻現(xiàn)象。稱為 晶內(nèi)偏析 。因為?相是以枝晶方式結(jié)晶，先形成的主干和后形成的支干就會有化學成分之差，所以也稱枝晶偏析，見 圖 3－ 8。 在 CuNi合金枝晶偏析中，白色區(qū)域是先結(jié)晶的部分，鎳的質(zhì)量分數(shù)高于合金成分，黑色區(qū)域是后結(jié)晶的部分，銅的質(zhì)量分數(shù)高于合金成分。 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。對于有枝晶偏析的鑄錠和鑄件可采用在低于固相線 100?C～ 200?C的溫度下進行較長時間的加熱，通過原子的相互擴散而使成分趨于均勻，消除枝晶偏析。這種熱處理方法稱為 均勻化退火 ，也稱 擴散退火 。 在相圖的兩相區(qū)中，隨著溫度的變化兩個相的化學成分和兩相的相對含量都在變化。兩個相的化學成分變化是沿著其相應(yīng)的相線變化。在給定的溫度下，作一條平行于橫軸的直線，與相應(yīng)的相線交點所對應(yīng)的化學成分就是相應(yīng)相的化學成分。但是。在一定溫度下兩個相的相對含量如何確定呢？相的相對含量可用 杠桿定律 來確定。見 圖 3－ 9。 值得說明的是杠桿定律雖然是從勻晶相圖上的液固兩相區(qū)推導出來的，但它們可以適用于 任何 二元相圖的任何一個兩相區(qū)中相的相對質(zhì)量百分數(shù)的計算。固態(tài)相變的兩相區(qū)也適用。 (二 )共晶相圖 — 具有 兩相 機械混合物的合金相圖 在二元合金系中 ， 組元在液相無限互溶 ， 在固相有限互溶 ， 并且在結(jié)晶過程中 ， 以共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞯南鄨D就是共晶相圖 。 如 AI－ Si、 Pb－－Sb、 Pb－ Sn、 Ag－ Cu等合金系在結(jié)晶時都是以共晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹?。 這些合金系的相圖都是比較典型的共晶相圖 。 所謂的共晶轉(zhuǎn)變是指令全系中某一定化學成分的合金在一定的溫度下 (恒溫 )， 同時由液相中結(jié)晶出兩種不同成分和不同晶體結(jié)構(gòu)的固相 。 同時結(jié)晶出來的兩種固相機械的混合在一起 ，形成有固定化學成分的基本組織 ， 被統(tǒng)稱為共晶體 。 1．相圖分析 以 Pb－ Sn合金系為例 ， 見 圖 3－ 10。 Pb－ Sn相圖是以共晶型轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕Y(jié)晶方式的相圖 ， 在靠近組元兩端各有一個有限固溶的勻晶型結(jié)晶區(qū)域 。 Pb與 Sn都能形成有限固溶體 。 其中以 Pb為溶劑 ， Sn為溶質(zhì)形成 α 固溶體 。 Sn在 Pb中最大溶解度為 F點 ，其錫的質(zhì)量分數(shù) WSn為 19%， 而以 Sn為溶劑 Pb為溶質(zhì)則形成 β 固溶體 。 Pb在 Sn中最大溶解度為 G點 ，其鉛的質(zhì)量分數(shù) WPb為 %。 固溶體 α 與 β 的液相線相交于 E點 。 E點被稱為 共晶點 。 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 。 共晶轉(zhuǎn)變的兩相機械混合物 ， 稱為 共晶體 ，是一種有固定化學成分 ( WSn=%)的基本組織 。 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。C 。 此線所對應(yīng)的合金 ， 除 E點成分的液相全部發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變外 ， 其它成分的合金也有部分液體在 183186。C 時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變 。 因為它們先結(jié)晶出固溶體 α或 β后 ， 剩余液體的化學成分隨溫度下降 ， 沿液相線變化 ， 當?shù)?183186。C 時 ， 剩余液體的化學成分也都達到共晶轉(zhuǎn)變的成分 (E點的成分 )， 于是剩余液體發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變成共晶體 。 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 。 GD是 β固溶體溶解度線 。 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，