2.4.1 相圖中的規(guī)律及其應用
1)鋅合金二元狀態(tài)圖中的規(guī)律
(1)單相區(qū) 液相線以上的區(qū)域為液相區(qū)(單一液相),液態(tài)合金有時也有有限溶解或互不相溶的情況,如Zn-Se合金,Zn-Bi合金,Zn-Na合金等??縕n組元垂直線的封閉區(qū)域(鋅端際)為以Zn為基的單相固溶體區(qū),如Zn-Al合金的η(Zn)相區(qū),Zn-Cu合金的η相區(qū)等。若第二組元與Zn不溶解,Zn組元本身即為單相區(qū),如Zn-Ga合金和Zn-Ge合金類似此情況。相圖中除兩純組元的垂直線外,另外出現(xiàn)垂直線,則為一確定成分的化合物,如為穩(wěn)定化合物,垂直線與液相相交,該化合物可視為純組元。分析相圖時可以該化合物組元為界,分成若干部分來研究,如Zn-As合金的As2Zn3化合物,Zn-Ca合金的CaZn11化合物等等。相圖中的水平線兩端和中部各有一個單相區(qū),如共晶反應,包晶反應,共析反應等均如此。
(2)兩相區(qū) 兩個單相區(qū)之間為由該兩相組成的兩相區(qū)。如果在兩個相鄰的恒溫轉變(水平線)中有兩個相是相同的,在這兩條水平線之間為兩相區(qū),如Zn-Al合金相圖中Lα2+η 和α
2α+η,這兩個恒溫轉變中間為(α+η)兩相區(qū)。
(3)三相區(qū) 相圖中水平線表示三相共存的平衡狀態(tài),應視為三相區(qū)。
2)相圖的應用
(1)從相圖中大致可以看出合金的力學性能和物理性能,因為這些性能往往取決于合金的成分和組織。如均勻固溶體組成的合金有較高的硬度和強度,同時具有較好的塑性和韌性,便于壓力加工和焊接,可切削加工性能較差,電阻較大,電阻溫度系數(shù)較小。兩種晶體混合物合金,其力學性能和物理性能取決于兩種晶體的性質、所占比例,兩相的大小和分布狀況等因素,其性能往往介于兩種晶體性能之間。這類合金的壓力加工性能和焊接性能往往比均勻固溶體的要差,但可切削加工性能較好。以固溶體為基礎,含有化合物的合金?;衔锿ǔH埸c高,硬而脆,電阻較大。合金中化合物少,合金性能除取決于基礎相外,還取決于化合物的多少、大小、分布狀況等因素。如果是以化合物為主體的合金,具有高硬度、高電阻和高熔點,可做切削工具、模具材料及特種用途材料等。
(2)從相圖中大致可看出合金進行熱處理的可能性。沒有固態(tài)相變的合金,只能進行退火這種熱處理形式,如消除偏析的擴散退火和再結晶退火等。如合金為單相固溶體組成,并具有同素異構轉變,可進行重結晶退火。合金具有共析轉變,可進行淬火、回火及一系列的退火處理。當合金中固溶體在加熱時有第二相溶解,冷卻時有第二相析出的反應時,可進行淬火和時效處理,調整合金性能。一種元素在合金中有一定溶解度時,該合金有可能進行化學熱處理。除此之外,在制定熱處理工藝時,相圖是重要依據(jù)。
(3)在鑄造生產中相圖也是不可缺少的。鑄造合金首先要求具有良好的鑄造性能,即好的流動性,小的收縮和偏析傾向,以及具有較大的抗冷、熱裂能力。共晶或接近共晶成分的合金,一般來講鑄造性能好些。固相線與液相線垂直距離小的合金流動性好些;水平距離大的合金偏析傾向就較大。澆注溫度一般高于液相線50~150℃。合金需要變質處理時,相圖也是選擇變質劑一個依據(jù),如細化固溶體合金晶粒,要用不與合金主成分起化學反應,又能與其他成分或雜質形成化合物的元素為好等等。
(4)合金在壓力加工時,有些因素可以從相圖中獲得啟示。一般來說,單相固溶體合金承受壓力加工性能比較好。如果室溫為混合物兩相合金,高溫為單相合金,可通過加熱在單相(區(qū))時進行壓力加工。兩相混合物合金一般說較單相固溶體合金壓力加工性能差些。這類合金如果第二相較少,第二相性質、多少、大小,存在狀態(tài)和分布情況對合金塑性有較大的影響,可通過熱處理來改善組織和性能,合金成分不均勻(偏析)塑性也差,可通過均勻化退火來改善。熔焊是將合金局部熔化,填加焊料,冷卻凝固后構成需要的零件或部件,在狀態(tài)圖上也可供給可靠的依據(jù)。
(5)在研制新合金或改進已有合金時,相圖是重要的熱力學依據(jù)。根據(jù)客觀要求,選定基本組元,設計其成分、組織、熱處理、壓力加工之間的關系,經(jīng)過一系列工藝過程,最終達到所需要的材料和滿意的性能。