2 合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）
（1） Wsn<19％的合金
① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
② 二次相（次生相）的生成：脱溶转变（二次析出或二次再结晶）。 ③ 室温组织（α＋βⅡ）及其相对量计算。 （2） 共晶合金
① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
② 共晶线上两相的相对量计算。
③ 室温组织（α＋β＋αⅡ＋βⅡ）及其相对量计算。 （3） 亚共晶合金
① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。 ② 共晶线上两相的相对量计算。 ③ 室温组织（α＋βⅡ＋（α＋β））及其相对量计算。
④ 组织组成物与组织图
组织组成物：组成材料显微组织的各个不同本质和形态的部分。 组织图：用组织组成物填写的相图。
3 不平衡结晶及其组织
（1） 伪共晶
① 伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。 ② 形成原因：不平衡结晶。成分位于共晶点附近。 ③ 不平衡组织
由非共晶成分的合金得到的完全共晶组织。 共晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。（伪共晶区偏移）
（2） 不平衡共晶
① 不平衡共晶：位于共晶线以外成分的合金发生共晶反应而形成的组织。 ② 原因：不平衡结晶。成分位于共晶线以外端点附件。 （3） 离异共晶
① 离异共晶：两相分离的共晶组织。 ② 形成原因
平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。 不平衡条件下，成分位于共晶线外两端点附。 ③ 消除：扩散退火。
4 共晶组织的形成
（1） 共晶体的形成
成分互惠－交替形核 片间搭桥－促进生长
两相交替分布 共晶组织 （2） 共晶体的形态
粗糙－粗糙界面：层片状（一般情况）、棒状、纤维状（一相数量明显少于另一相）
粗糙－平滑界面：具有不规则或复杂组织形态（由于两相微观结构不同）
所需动态过冷度不同，金属相任意长大，另一相在其间隙长大。可得到球状、针状、花朵状、树枝状共晶体。
非金属相与液相成分差别大。形成较大成分过冷，率先长大，形成针状、骨骼状、螺旋状、蜘蛛网状的共晶体。 （3） 初生晶的形态：
金属固溶体：粗糙界面－树枝状；非金属相：平滑界面－规则多面体。
第四节 二元包晶相图
包晶转变：由一个特定成分的固相和液相生成另一个特点成分固相的转变。 包晶相图：具有包晶转变特征的相图。 1 相图分析
点、线、区。
2 平衡结晶过程及其组织
（1） 包晶合金的结晶
结晶过程：包晶线以下，L, α对β过饱和－界面生成β－三相间存在浓度梯度－扩散－β长大－全部转变为β。 室温组织：β或β＋αⅡ。 （2） 成分在C-D之间合金的结晶
结晶过程：α剩余；
室温组织：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。
3 不平衡结晶及其组织
异常α相导致包晶偏析〔包晶转变要经β扩散。包晶偏析：因包晶转变不能充分进行而导致的成分不均匀现象。〕
异常β相由不平衡包晶转变引起。成分在靠近固相、包晶线以外端点附件。
4 包晶转变的应用
（1） 组织设计：如轴承合金需要的软基体上分布硬质点的组织。 （2） 晶粒细化。
第五节 其它类型的二元相图
自学内容
第六节 铁碳合金相图
一 二元相图的分析和使用
（1） 二元相图中的几何规律
①相邻相区的相数差1（点接触除外）－相区接触法则；
②三相区的形状是一条水平线，其上三点是平衡相的成分点。
③若两个三相区中有2个相同的相，则两水平线之间必是由这两相组成的两相区。 ④单相区边界线的延长线应进入相邻的两相区。
（2） 相图分析步骤
①以稳定的化合物分割相图； ②确定各点、线、区的意义；
③分析具体合金的结晶过程及其组织变化
注：虚线、点划线的意义－尚未准确确定的数据、磁学转变线、有序－无序转变线。
（3） 相图与合金性能的关系
① 根据相图判断材料的力学和物理性能 ② 根据相图判断材料的工艺性能
铸造性能：根据液固相线之间的距离X
X越大，成分偏析越严重（因为液固相成分差别大）； X越大，流动性越差（因为枝晶发达）；
X越大，热裂倾向越大（因为液固两相共存的温区大）。
塑性加工性能：选择具有单相固溶体区的合金。
热处理性能：选择具有固态相变或固溶度变化的合金。
二 铁－碳合金相图 1组元和相
（1）组元：铁－石墨相图：Fe,C;
铁－渗碳体相图：Fe-Fe3C。 相：L, δ, A(γ), F(α), Fe3C(K)。（其定义）
2相图分析 点：16个。
线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：GS,ES,PQ。 区：5个单相区，7个两相区，3个三相区。 相图标注：相组成物标注的相图。
组织组成物标注的相图。
3 合金分类：工业纯钛（C%<0.0218%）、碳钢（0.0218
4平衡结晶过程及其组织
（1） 典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温组织及其相对量计算。 （2） 重要问题：Fe3CⅠ, Fe3CⅡ, Fe3CⅢ 的意义及其最大含量计算。 Ld-Ld`转变。
二次杠杆的应用。 5 含碳量对平衡组织和性能的影响
（1） 对平衡组织的影响（随C%提高）
组织：α＋Fe3CⅢ Ld`＋Fe3CⅠ； 相：α减少，Fe3C增多； Fe3C形态：Fe3CⅢ（薄网状、点状） 共析Fe3C（层片状） Fe3CⅡ（网状） 共晶Fe3C（基体） Fe3CⅠ（粗大片状）。 （2） 对力学性能的影响
强度、硬度升高，塑韧性下降。 （3） 对工艺性能的影响
适合锻造：C%<2.11%，可得到单相组织。 适合铸造：C%～4.3%。，流动性好。 适合冷塑变：C%<0.25%，变形阻力小。 适合热处理：0.0218~2.11，有固态相变。
第八节 铸锭组织及其控制
1 铸锭组织
（1） 铸锭三区：表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区。
（2） 组织控制：受浇铸温度、冷却速度、化学成分、变质处理、机械振动与搅拌等
因素影响。
2 铸锭缺陷
（1） 微观偏析 （2） 宏观偏析
正偏析 反偏析 比重偏析 （3） 夹杂与气孔
夹杂：外来夹杂和内生夹杂。 气孔：析出型和反应型。 （4） 缩孔和疏松
形成：凝固时体积缩小－补缩不足－形成缩孔。
分类：集中缩孔（缩孔、缩管）和分散缩孔（疏松，枝晶骨架相遇，封闭液体，造成补缩困难形成。）
第六章 固体中的扩散
第一节 概述
1 扩散的现象与本质
（1） 扩散：热激活的原子通过自身的热振动克服束缚而迁移它处的过程。 （2） 现象：柯肯达尔效应。
（3） 本质：原子无序跃迁的统计结果。（不是原子的定向移动）。
2 扩散的分类
（1） 根据有无浓度变化
自扩散：原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。（如纯金属或 固溶体的
晶粒长大。无浓度变化。）
互扩散：原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散。（有浓度变化）
（2） 根据扩散方向
下坡扩散：原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散。 上坡扩散：原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散。
（3） 根据是否出现新相
原子扩散：扩散过程中不出现新相。
反应扩散：由之导致形成一种新相的扩散。
3 固态扩散的条件
（1） 温度足够高； （2） 时间足够长； （3） 扩散原子能固溶；
（4） 具有驱动力：化学位梯度。
第二节 扩散定律
1 菲克第一定律
（1）第一定律描述：单位时间内通过垂直于扩散方向的某一单位面积截面的扩散物质流量（扩散通量J）与浓度梯度成正比。
（2）表达式：J=-D(dc/dx)。（C－溶质原子浓度；D-扩散系数。）
（3）适用条件：稳态扩散，dc/dt=0。浓度及浓度梯度不随时间改变。
2 菲克第二定律
一般：?C/?t=?(D?C/?x)/ ?x 二维： （1）表达式 特殊：?C/?t=D?2C/?x2
三维： ?C/?t=D(?2/?x2+?2/?y2+?2/?z2)C
稳态扩散：?C/?t=0，?J/?x=0。 （2）适用条件：
非稳态扩散：?C/?t≠0，?J/?x≠0（?C/?t=－?J/?x）。
3 扩散第二定律的应用
（1） 误差函数解
适用条件：无限长棒和半无限长棒。
表达式：C=C1－(C1-C2)erf(x/2√Dt) (半无限长棒)。
在渗碳条件下：C:x,t处的浓度；C1:表面含碳量;C2:钢的原始含碳量。 （2） 正弦解
Cx=Cp-A0sin(πx/λ)
Cp:平均成分；A0：振幅Cmax- Cp；λ:枝晶间距的一半。
对于均匀化退火，若要求枝晶中心成分偏析振幅降低到1/100,则： [C(λ/2,t)- Cp]/( Cmax- Cp)=exp(-π2Dt/λ2)=1/100。
第三节 扩散的微观机理与现象
1 扩散机制
间隙－间隙；
（1）间隙机制 平衡位置－间隙－间隙：较困难；
间隙－篡位－结点位置。
（间隙固溶体中间隙原子的扩散机制。）
方式：原子跃迁到与之相邻的空位； （2）空位机制 条件：原子近旁存在空位。 （金属和置换固溶体中原子的扩散。） 直接换位
（3） 换位机制 环形换位 （所需能量较高。） 2 扩散程度的描述
（1） 原子跃迁的距离