合金相圖是用來表示合金系的平衡相與成分、溫度之間關系的圖形，又稱合金狀態圖或合金平衡相圖。應用合金相圖，可清晰了解合金在緩慢加熱或冷卻過程中的組織轉變規律。所以，相圖是進行金相組織分析、制訂鑄造、鍛壓、焊接、熱處理熱加工工藝的重要依據。

2.4.1　二元合金相圖的建立

相圖都是通過實驗方法建立起來的，最常用的是熱分析法。現以Cu-Ni合金為例，說明用熱分析法測繪二元合金相圖的基本步驟。

①配制不同成分的Cu-Ni合金，見表1．2．2。

表1.2.2　不同成分的Cu-Ni合金

②用熱分析法分別測出各組合金的冷卻曲線（緩慢冷卻），并找出各冷卻曲線上的臨界點的溫度。

③畫出溫度-成分坐標系，在各合金成分的垂線上標出臨界點溫度。

④將物理意義相同的臨界點連接起來，即獲得Cu-Ni合金相圖，如圖1.2.10所示。

圖1.2.10　Cu-Ni合金的冷卻曲線及相圖

2.4.2　二元合金相圖的分析

（1）勻晶相圖

兩組元在液態下和固態下均能無限互溶所構成的相圖稱為二元勻晶相圖。屬于該類相圖的合金有Cu-Ni，Fe-Cr，Au-Ag等。下面以Cu-Ni合金為例，對二元勻晶相圖進行分析。

1）相圖分析

圖1.2.11為Cu-Ni合金相圖。圖中A點（1 083℃）是純銅的熔點，B點（1 452℃）是純鎳的熔點。上面一條曲線為液相線，該線以上區域的合金全部為液相的單相區。任何成分的合金從液態冷卻到液相線時，就開始結晶出固體。下面一條曲線為固相線，在該線以下區域合金全部轉變為固相，也是單相區。在液相線和固相線之間的區域是液相和固相共存的兩相區。因此，勻晶相圖是由兩條曲線，分隔開兩個單相區和一個兩相區組成。

2）合金的結晶過程

圖1.2.11　Cu-Ni勻晶相圖

以w Ni= 40%的合金為例說明Cu-Ni合金的結晶過程。由圖可見，其成分垂線與液相、固相分別相交于1和2兩點，當合金以極緩慢速度冷卻到1點時，開始從液相中結晶出α固相，隨著溫度的不斷降低，α固相不斷增多，而剩余的L相不斷減少，并且液相和固相的成分通過原子擴散而分別沿著液相線和固相線變化。當溫度下降到2點時，合金結晶終了，獲得與原合金成分一致的α相固溶體。但在實際生產條件下，由于冷卻速度較快，原子擴散來不及充分進行，導致先后結晶出來的固相成分存在差異，這種晶粒內部化學成分不均勻的現象稱為晶內偏析，又稱枝晶偏析。

圖1.2.12　Pb-Sb共晶相圖

（2）共晶相圖

兩組元在液態無限互溶，在固態下有限溶解，通過共晶反應形成兩相機械混合物的二元相圖稱為二元共晶相圖。具有這類相圖的合金有Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag等。下面以Pb-Sb合金為例進行分析：

1）相圖分析

如圖1.2.12所示，在Pb-Sb合金相圖中，A點為純Pb的熔點，B點為純Sb的熔點，ACB線為液相線，即在此線以上的Pb-Sb合金都是液相。而DCE線為固相線，在低于固相線溫度時，各種成分的Pb-Sb合金都是固相。在ACB和DCE兩線之間是液、固兩相共存的兩相區。

2）合金的結晶過程

圖1.2.13為共晶合金的結晶示意圖。當成分為11% Sb和89% Pb的合金，在結晶前即不形成Sb，也不形成Pb，冷卻到C點時，開始結晶，并同時從液態合金中結晶出Pb和Sb的共晶體。這種從一種液態中同時結晶出兩個固相的過程稱為共晶轉變（也稱共晶反應），即Lc→（Pb+Sb），因此，固相線DCE線也稱共晶線，C點稱為共晶點。C點以下合金不再發生變化，最終組織為（Pb+ Sb）的共晶體。

圖1.2.13　共晶合金的結晶示意圖

含Sb量低于11%的合金，其結晶后的產物為Pb+（Pb+ Sb）的組織，稱為亞共晶組織；含Sb量高于11%的合金，結晶后的產物為Sb+（Pb+ Sb）的組織，稱為過共晶組織。