本期分享《金属学及热处理》至二元合金相图和合金的凝固，文档下载方式见文末。

一、基本概念

1.二元合金相图：描述两种组元在不同温度及成分下的相平衡状态，是分析和预测合金性能的重要工具。

2.杠杆定律：用于计算二元合金在两相区内两相的相对含量。

3.匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程，如Cu-Ni二元相图。

4.共晶转变：在特定温度下，由液相同时结晶出两个固相的过程，如Pb-Sn合金在183°C时的共晶反应。

二、相图类型

1.匀晶相图：两组元在液态和固态下均无限互溶，如Cu-Ni合金。

2.共晶相图：具有共晶反应的相图，如Pb-Sn合金，形成共晶组织。

3.包晶相图：涉及包晶反应的相图，如Pt-Ag合金，在特定温度下发生L+α→β的转变。

三、凝固过程

1.平衡凝固：在极缓慢冷却条件下，合金中各相有足够时间达到平衡，成分均匀。

2.非平衡凝固：在实际冷却过程中，由于冷却速度快，溶质再分配不充分，导致成分偏析和组织不均匀。

3.伪共晶：在非平衡凝固时，成分偏离共晶点的合金可能形成全部共晶组织。

4.离异共晶：在非平衡凝固条件下，共晶组织中的某一相依附于初生相生长，导致共晶组织特征消失。

四、凝固组织

1.固溶体：溶质原子溶解在溶剂晶格中形成的均匀单相，如α-Fe。

2.共晶体：由两个固相组成的机械混合物，如Pb-Sn共晶组织。

3.初生相：首先从液相中析出的固相，如Cu-Ni合金中的α相。

4.次生相：从固溶体中析出的第二相，如时效处理时析出的沉淀相。

五、凝固缺陷

1.成分偏析：由于溶质再分配导致固溶体成分不均匀，可通过均匀化退火消除。

2.枝晶偏析：在枝晶生长过程中，溶质在枝晶间富集，形成微观成分不均匀。

3.缩孔和疏松：凝固过程中液体补缩不足形成的孔洞，影响合金的致密性和力学性能。

六、实例分析

1.Cu-Ni合金：匀晶相图，凝固过程中形成单一的固溶体组织，无共晶反应。

2.Pb-Sn合金：共晶相图，在共晶点（61.9%Sn）形成共晶组织，具有良好的铸造性能。

3.Fe-C合金：复杂相图，形成多种组织如铁素体、奥氏体、珠光体、渗碳体等，决定钢铁的力学性能。

七、写在最后

二元合金相图及凝固知识是材料科学的基础，掌握相图类型、凝固过程、组织形成及缺陷控制，对于优化合金成分、改进制备工艺、提高材料性能具有重要意义。通过理解杠杆定律、匀晶转变、共晶转变等基本概念，能够更好地分析和预测合金的相变行为，指导实际生产和应用。

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