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

元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。

影响因素：1）分配系数k0：当k0 1时，k0值越小，则偏析越大；当k0 1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。

对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，甚至使合金不容易压力加工。也使合金的抗蚀性能降低。

消除办法：扩散退火或均勺化退火

6、何谓共晶反应和包晶反应？写出反应式。

答：共晶反应：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

tE M N 固相的转变过程。LE

包晶反应：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。

tDLC P D

8、什么是成分过冷？

答：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。

9、试述纯金属与固溶体合金结晶过程中形核、长大的条件及方式有何异同？ 答：纯金属结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏。

固溶体合金结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏和成分起伏。

固溶体合金结晶是在一定的温度范围的异分结晶，纯金属结晶是在一定温度下的同分结晶。

10、何谓相组成物和组织组成物？画出冷却曲线分析w(Sn)=70%Pb-Sn合金的平衡结晶过程，并计算室温下该合金相组成物和组织组成物的相对含量。 答：相组成物：组成合金的各相

组织组成物：在显微组织中能清楚地区分开，是组成显微组织的独立部分。 冷却曲线：

平衡结晶过程：当合金I缓慢冷却到1点时，开始从液相中结晶出β

固溶体。

在1~2点温度范围内，随着温度的降低，β固溶体的数量不断增多，而液相的数量不断减少，它们的成分分别沿固相线BN和液相线BE发生变化。2点时，β相和剩余液相的成分分别到达N点和E点。在温度tE、成分为E点的

tE M N。液相便发生共晶转变LE 在2点以下继续冷却时，将从β相(包

括先共晶β相和共晶组织中的β相)和 (共晶组织中的)分别析出次生相 II和 II。

室温下该合金相组成物的相对含量：

W

W G3100 70 100% 30.6% GF100 2F370 2 100% 69.4% GF100 2

组织组成物的相对含量： + II+共晶组织（ + ）

W共晶（ + ）

W

W 2 2N97.5 70 100% 77.2% EN97.5 61.9E2FN70 61.997.5 2 100% 22.2% ENFG97.5 61.9100 2E2NG70 61.9100 97.5 100% 0.6% ENFG97.5 61.9100 2

13、何谓共析转变？与共晶转变比较有何异同？

答：共析转变：一定成分的固相在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程。

相同点：都是由一个相分解为两个相的三相恒温转变，三相成分点在相图上的分布是一样的。

不同点：共析反应的反应相是固相，而共晶反应的反应相是液相。共析组织比共晶组织致密。

15、依据Pb-Sn相图，定性地绘出w(Sn)=28%的亚共晶合金的冷却曲线和曲线各段上的合金组织（假设点F、G的成分分别为w(Sn)=2%和w(Sn)=99%），求合金在下列温度时组织中有哪些相及相的相对含量：

(a)t 265℃；(b)刚冷却至183℃，共晶转变尚未开始；(c) 183℃共晶转变完毕；(d)冷至室温。了解

16、依据Pt-Ag相图，示意地绘出w(Ag)=22%的合金的冷却曲线和曲线各段上的合金组织（假设点E、F的成分分别为w(Ag)=2%和w(Ag)=92%），求w(Ag)=22%的合金在下列温度时组织中有哪几个相及相的相对含量：(a)刚冷至1186℃，包晶反应尚未开始；(b)在1186℃，包晶反应完毕；(c)冷至室温。了解

17、组元A的熔点为1000℃，组元B的熔点为700℃，在800℃时存在包晶反应： (5%B)+L(50%B) (30%B)；在

L(80%B) (60%B)+ (95%B)；在600℃存在共晶反应：400℃时发生共析反应： (50%B) (2%B)+ (97%B)。根据以上数据画出相图。了解