(一)二元合金相图
二元合金相图是表示二元合金系在平衡状态下相与温度及成分之间关系的图形。因此,相图是分析合金结晶过程和探求组织形成及变化规律的工具。二元合金两相平衡时只有一个自由度,即温度。因此匀晶转变必须在一定的温度范围内进行。温度变化时,两平衡相成分沿两条相界线相应变化而三相平衡时自由度为0,转变只能在恒温下进行,并且三个平衡相的成分都是恒定的。二元相图的三相平衡区是一条水平线。它的三个单相区均是点接触。从三个单相区的相互位置,可以判定三相平衡的性质。
图1为AlCu二元相图。相图富Al端在548.2oC有一个二元共晶转变L→α+θ,其亚共晶部分先共晶相为Al基固溶体α相,过共晶部分先共晶相为化合物θ(CuAl2)相。
(二)三元合金相图
三元合金相图与二元合金相图的差别在于增加了一个成分变量。三元合金相图的基本特点为:
(1)完整的三元合金相图是三维的立体模型。
(2)三元系中可以发生四相平衡转变。由相律可以确定二元系中的最大平衡相数为3,而三元系中的最大平衡相数为4。三元相图中的四相平衡区是恒温水平面。
(3)除单相区及两相平衡区外,三元合金相图中三相平衡区也占有一定空间。根据相律得知,三元系三相平衡时存在一个自由度,所以三相平衡转变是变温过程,反映在相图上,三相平衡区必将占有一定空间,不再是二元相图中的水平线。
图2为AlCuMg三元相图,包括液相面投影图、固相面投影图、430oC水平截面图和溶解度面投影图。相图富Al角在508oC有一个三元四相平衡共晶转变,从508oC共晶点附近的液相面可知其共晶反应式为L→α+θ+S,AlCu二元相图中的共晶转变L→α+θ是这个四相平衡共晶转变前的一个三相平衡共晶转变。从图2的AlCuMg三元相图可以看出,三元AlCuMg相图较二元AlCu相图复杂的多,出现了一些新的相和新的转变。
图2 Al-Cu-Mg三元相图