正文

2.4 锌合金相图

锌合金 作者:田荣璋


2.4.1 相图中的规律及其应用

1)锌合金二元状态图中的规律

(1)单相区 液相线以上的区域为液相区(单一液相),液态合金有时也有有限溶解或互不相溶的情况,如Zn-Se合金,Zn-Bi合金,Zn-Na合金等。靠Zn组元垂直线的封闭区域(锌端际)为以Zn为基的单相固溶体区,如Zn-Al合金的η(Zn)相区,Zn-Cu合金的η相区等。若第二组元与Zn不溶解,Zn组元本身即为单相区,如Zn-Ga合金和Zn-Ge合金类似此情况。相图中除两纯组元的垂直线外,另外出现垂直线,则为一确定成分的化合物,如为稳定化合物,垂直线与液相相交,该化合物可视为纯组元。分析相图时可以该化合物组元为界,分成若干部分来研究,如Zn-As合金的As2Zn3化合物,Zn-Ca合金的CaZn11化合物等等。相图中的水平线两端和中部各有一个单相区,如共晶反应,包晶反应,共析反应等均如此。

(2)两相区 两个单相区之间为由该两相组成的两相区。如果在两个相邻的恒温转变(水平线)中有两个相是相同的,在这两条水平线之间为两相区,如Zn-Al合金相图中Lα2+η 和α2α+η,这两个恒温转变中间为(α+η)两相区。

(3)三相区 相图中水平线表示三相共存的平衡状态,应视为三相区。

2)相图的应用

(1)从相图中大致可以看出合金的力学性能和物理性能,因为这些性能往往取决于合金的成分和组织。如均匀固溶体组成的合金有较高的硬度和强度,同时具有较好的塑性和韧性,便于压力加工和焊接,可切削加工性能较差,电阻较大,电阻温度系数较小。两种晶体混合物合金,其力学性能和物理性能取决于两种晶体的性质、所占比例,两相的大小和分布状况等因素,其性能往往介于两种晶体性能之间。这类合金的压力加工性能和焊接性能往往比均匀固溶体的要差,但可切削加工性能较好。以固溶体为基础,含有化合物的合金。化合物通常熔点高,硬而脆,电阻较大。合金中化合物少,合金性能除取决于基础相外,还取决于化合物的多少、大小、分布状况等因素。如果是以化合物为主体的合金,具有高硬度、高电阻和高熔点,可做切削工具、模具材料及特种用途材料等。

(2)从相图中大致可看出合金进行热处理的可能性。没有固态相变的合金,只能进行退火这种热处理形式,如消除偏析的扩散退火和再结晶退火等。如合金为单相固溶体组成,并具有同素异构转变,可进行重结晶退火。合金具有共析转变,可进行淬火、回火及一系列的退火处理。当合金中固溶体在加热时有第二相溶解,冷却时有第二相析出的反应时,可进行淬火和时效处理,调整合金性能。一种元素在合金中有一定溶解度时,该合金有可能进行化学热处理。除此之外,在制定热处理工艺时,相图是重要依据。

(3)在铸造生产中相图也是不可缺少的。铸造合金首先要求具有良好的铸造性能,即好的流动性,小的收缩和偏析倾向,以及具有较大的抗冷、热裂能力。共晶或接近共晶成分的合金,一般来讲铸造性能好些。固相线与液相线垂直距离小的合金流动性好些;水平距离大的合金偏析倾向就较大。浇注温度一般高于液相线50~150℃。合金需要变质处理时,相图也是选择变质剂一个依据,如细化固溶体合金晶粒,要用不与合金主成分起化学反应,又能与其他成分或杂质形成化合物的元素为好等等。

(4)合金在压力加工时,有些因素可以从相图中获得启示。一般来说,单相固溶体合金承受压力加工性能比较好。如果室温为混合物两相合金,高温为单相合金,可通过加热在单相(区)时进行压力加工。两相混合物合金一般说较单相固溶体合金压力加工性能差些。这类合金如果第二相较少,第二相性质、多少、大小,存在状态和分布情况对合金塑性有较大的影响,可通过热处理来改善组织和性能,合金成分不均匀(偏析)塑性也差,可通过均匀化退火来改善。熔焊是将合金局部熔化,填加焊料,冷却凝固后构成需要的零件或部件,在状态图上也可供给可靠的依据。

(5)在研制新合金或改进已有合金时,相图是重要的热力学依据。根据客观要求,选定基本组元,设计其成分、组织、热处理、压力加工之间的关系,经过一系列工艺过程,最终达到所需要的材料和满意的性能。


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