第二节  匀晶相图

两组元在液态和固态均能无限互溶，冷却时发生匀晶反应的合金系所构成的相图称为二元匀晶相图。二元合金中的Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni等都具有这类相图。现以Cu-Ni 合金相图为例进行分析。

                  

                          （a）相图                         （b）冷却曲线

                                     图3-2  匀晶相图

一、相图分析

  图3-1中A点为纯铜的熔点,B点是纯镍的熔点,ALB为液相线,该线以上合金处于液相；AaB为固相线，该线以下合金处于固相。液相线和固相线表示合金系在平衡状态下冷却时结晶的始点和终点以及加热时熔化的终点和始点。

液相线与固相线把整个相图分为三个相区，液相线以上为单一液相区，用“L”表示；固相线以下是单一固相区，是Cu与Ni组成的无限固溶体，以“α”表示；液相线与固相线之间为液相和固相两相共存区，也称双相区，用“L+α”表示。

二、合金的结晶过程 

 现以含Ni40%的铜镍合金为例说明合金的结晶过程,如图3-2所示。当合金缓慢冷却至液相线上t₁点温度时，开始从液相中结晶出固溶体α，此时α的成分为α₁(即含镍量高于合金的含镍量)。随着温度不断降低，固溶体α量逐渐增多，剩余的液相L量逐渐减少，并且液相和固相的成分通过原子扩散而分别沿着液相线和固相线变化。当温度冷却至t₂点温度时，固溶体的成分为α₂，液相的成分为L₂ (即含镍量低于合金的含镍量)。冷却至3点温度时，最后一滴成分为L₃的液相也转变为固溶体而完成结晶，获得与原合金成分相同的α相固溶体。  

三、枝晶偏析  

 固溶体合金在结晶过程中，只有在极其缓慢冷却条件下，使原子能进行充分扩散，固相的成分才能沿着固相线均匀地变化，最终获得与原合金成分相同的均匀α固溶体。但在实际生产条件下,冷却速度较快,原子扩散来不及充分进行，结果先结晶的固溶体含高熔点组元(如Cu-Ni 合金中的Ni)较多，后结晶的固溶体含低熔点组元(如Cu-Ni合金中的Cu)较多。这种在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析。因为固溶体的结晶一般是按树枝状方式长大，首先结晶出枝干，剩余的液体填入枝间，这就使先结晶的枝干成分与后结晶的枝间成分不同，由于这种晶内偏析成树枝分布，故又称枝晶偏析。图3-3为Cu-Ni合金的枝晶偏析的显微组织。

                     

                        图3-3  Cu-Ni合金的枝晶偏析的显微组织。

枝晶偏析会影响合金的力学性能、耐腐蚀性能和加工工艺性能,生产中常通过扩散退火(将铸件加热到固相线以下200℃～100℃，较长时间保温)来消除它，可使成分均匀化。