合金相圖是用來(lái)表示合金系的平衡相與成分、溫度之間關(guān)系的圖形，又稱(chēng)合金狀態(tài)圖或合金平衡相圖。應(yīng)用合金相圖，可清晰了解合金在緩慢加熱或冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。所以，相圖是進(jìn)行金相組織分析、制訂鑄造、鍛壓、焊接、熱處理熱加工工藝的重要依據(jù)。
2.4.1 二元合金相圖的建立
相圖都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法建立起來(lái)的，最常用的是熱分析法。現(xiàn)以Cu-Ni合金為例，說(shuō)明用熱分析法測(cè)繪二元合金相圖的基本步驟。
①配制不同成分的Cu-Ni合金，見(jiàn)表1．2．2。
表1.2.2 不同成分的Cu-Ni合金
②用熱分析法分別測(cè)出各組合金的冷卻曲線(xiàn)（緩慢冷卻），并找出各冷卻曲線(xiàn)上的臨界點(diǎn)的溫度。
③畫(huà)出溫度-成分坐標(biāo)系，在各合金成分的垂線(xiàn)上標(biāo)出臨界點(diǎn)溫度。
④將物理意義相同的臨界點(diǎn)連接起來(lái)，即獲得Cu-Ni合金相圖，如圖1.2.10所示。
圖1.2.10 Cu-Ni合金的冷卻曲線(xiàn)及相圖
2.4.2 二元合金相圖的分析
（1）勻晶相圖
兩組元在液態(tài)下和固態(tài)下均能無(wú)限互溶所構(gòu)成的相圖稱(chēng)為二元?jiǎng)蚓鄨D。屬于該類(lèi)相圖的合金有Cu-Ni，F(xiàn)e-Cr，Au-Ag等。下面以Cu-Ni合金為例，對(duì)二元?jiǎng)蚓鄨D進(jìn)行分析。
1）相圖分析
圖1.2.11為Cu-Ni合金相圖。圖中A點(diǎn)（1 083℃）是純銅的熔點(diǎn)，B點(diǎn)（1 452℃）是純鎳的熔點(diǎn)。上面一條曲線(xiàn)為液相線(xiàn)，該線(xiàn)以上區(qū)域的合金全部為液相的單相區(qū)。任何成分的合金從液態(tài)冷卻到液相線(xiàn)時(shí)，就開(kāi)始結(jié)晶出固體。下面一條曲線(xiàn)為固相線(xiàn)，在該線(xiàn)以下區(qū)域合金全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵彩菃蜗鄥^(qū)。在液相線(xiàn)和固相線(xiàn)之間的區(qū)域是液相和固相共存的兩相區(qū)。因此，勻晶相圖是由兩條曲線(xiàn)，分隔開(kāi)兩個(gè)單相區(qū)和一個(gè)兩相區(qū)組成。
2）合金的結(jié)晶過(guò)程
圖1.2.11 Cu-Ni勻晶相圖
以w Ni= 40%的合金為例說(shuō)明Cu-Ni合金的結(jié)晶過(guò)程。由圖可見(jiàn)，其成分垂線(xiàn)與液相、固相分別相交于1和2兩點(diǎn)，當(dāng)合金以極緩慢速度冷卻到1點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始從液相中結(jié)晶出α固相，隨著溫度的不斷降低，α固相不斷增多，而剩余的L相不斷減少，并且液相和固相的成分通過(guò)原子擴(kuò)散而分別沿著液相線(xiàn)和固相線(xiàn)變化。當(dāng)溫度下降到2點(diǎn)時(shí)，合金結(jié)晶終了，獲得與原合金成分一致的α相固溶體。但在實(shí)際生產(chǎn)條件下，由于冷卻速度較快，原子擴(kuò)散來(lái)不及充分進(jìn)行，導(dǎo)致先后結(jié)晶出來(lái)的固相成分存在差異，這種晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱(chēng)為晶內(nèi)偏析，又稱(chēng)枝晶偏析。
圖1.2.12 Pb-Sb共晶相圖
（2）共晶相圖
兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，在固態(tài)下有限溶解，通過(guò)共晶反應(yīng)形成兩相機(jī)械混合物的二元相圖稱(chēng)為二元共晶相圖。具有這類(lèi)相圖的合金有Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag等。下面以Pb-Sb合金為例進(jìn)行分析：
1）相圖分析
如圖1.2.12所示，在Pb-Sb合金相圖中，A點(diǎn)為純Pb的熔點(diǎn)，B點(diǎn)為純Sb的熔點(diǎn)，ACB線(xiàn)為液相線(xiàn)，即在此線(xiàn)以上的Pb-Sb合金都是液相。而DCE線(xiàn)為固相線(xiàn)，在低于固相線(xiàn)溫度時(shí)，各種成分的Pb-Sb合金都是固相。在ACB和DCE兩線(xiàn)之間是液、固兩相共存的兩相區(qū)。
2）合金的結(jié)晶過(guò)程
圖1.2.13為共晶合金的結(jié)晶示意圖。當(dāng)成分為11% Sb和89% Pb的合金，在結(jié)晶前即不形成Sb，也不形成Pb，冷卻到C點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始結(jié)晶，并同時(shí)從液態(tài)合金中結(jié)晶出Pb和Sb的共晶體。這種從一種液態(tài)中同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)固相的過(guò)程稱(chēng)為共晶轉(zhuǎn)變（也稱(chēng)共晶反應(yīng)），即Lc→（Pb+Sb），因此，固相線(xiàn)DCE線(xiàn)也稱(chēng)共晶線(xiàn)，C點(diǎn)稱(chēng)為共晶點(diǎn)。C點(diǎn)以下合金不再發(fā)生變化，最終組織為（Pb+ Sb）的共晶體。
圖1.2.13 共晶合金的結(jié)晶示意圖
含Sb量低于11%的合金，其結(jié)晶后的產(chǎn)物為Pb+（Pb+ Sb）的組織，稱(chēng)為亞共晶組織；含Sb量高于11%的合金，結(jié)晶后的產(chǎn)物為Sb+（Pb+ Sb）的組織，稱(chēng)為過(guò)共晶組織。
