元相圖及其類型.ppt

1、第二節(jié) 二元相圖及其類型,一.相圖基本知識,相圖：在一定條件下，處于熱力學平衡狀態(tài)下。描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力及成分之間關系的一種圖解。有溫度-濃度圖（T-x）、溫度-壓力-濃度圖（T-p-x）、溫度-壓力圖（T-p） 又名：平衡圖、組成圖、狀態(tài)圖 理解重點：熱力學平衡狀態(tài)、平衡相、組成相（相的多少、種類）、相的組成、相的含量等關系 意義：了解相圖的分析和使用方法后，就可以了解合金的組織狀態(tài)，進而預測合金的性能。另外，可以根據相圖來制訂合金的鍛造和熱處理工藝。,組元(Component),組元組成材料最基本的、獨立的物質。決定各平衡相的成分， 可以獨立變化的組分（元素與化合物）,描述體系中各

2、相組成所需最少的、能獨立存 在的物質(討論問題方便)。 組元（分）數： 體系中組元的個數，簡稱組元，記為C。 無化學反應體系：組元數 = 物種數（N） 有化學反應（R）體系：組元數 物種數 如 H2(g)， O2(g)， H2O(g) 常溫、常壓下， C = 3 2000、常壓下，2H2(g)+ O2(g) = 2H2O(g),基本概念,相是一個物系中，結構相同，成分和性能均一，并以界面相互分開的組成部分。系統(tǒng)中存在的相可以是穩(wěn)定的、亞穩(wěn)的或不穩(wěn)定的。系統(tǒng)在某一熱力學條件下，只有當能量具有最小值的相才是最穩(wěn)定的。系統(tǒng)的熱力學條件改變時，自由能會發(fā)生變化，相的結構也相應發(fā)生變化。注意點：平衡體系

3、中，氣相只有一個，液相和固相有多個。相的種類、大小、形態(tài)和分布構成顯微組織。 相與相之間存在有明顯的界面 界面兩端，物質性質有飛躍性的改變 一個體系中可以存在一個或多個相 相變相與相之間的轉變稱為相變。,顯微組織,相數：體系中所含相的數目，記為P 。,自然界中物質有三種存在形態(tài)（s，l，g） 氣態(tài)：一般能無限混合 單相 液態(tài)：完全互溶 單相 不完全互溶 多相 固態(tài)：一般不能互溶 多相,同素異構體 固溶體 單相,相律與相平衡,吉布斯相律處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中，自由度與組元和相數之間的關系。 相平衡,相平衡：,多相體系中，所有相的強度性質（溫度、壓強、每相的化學勢等）均相等，體系的性質不會自發(fā)

4、地隨時間變化的狀態(tài) 熱力學第二定律：孤立體系的自發(fā)過程總是朝熵增方向進行； 因此，在封閉體系，恒溫恒壓過程總是朝吉布斯自由能降低方向進行，平衡狀態(tài)自由能最低。,如果一個多相體系（即P1），宏觀上沒有任何物質從一相轉移到另一相的現(xiàn)象，就稱為相平衡體系。,自由度 （Degree of freedom， f）,在一定范圍內任意改變而不引起任何相的產生與消失的最大變量數，獨立變量數 獨立 在一定條件范圍內，可以任意變化， 強度性質 i =i = i = = i 外界條件：成分、溫度和壓強等。 自由度（數）只能是正整數,相律（F與P、C之間的關系）,注意： 相律推導已用過力平衡、熱平衡和化學勢平衡條件；

5、 相律是熱力學推論，有普適性和局限性； 適于所有的相平衡體系，定性,相律 （F 與P、C之間的關系）,封閉體系：獨立組分數C， 相數P ， 外界影響因素n;一共有P（C-1）個獨立變量，另外有溫度、壓強兩個外界條件，系統(tǒng)總變量數： P（C-1）+2 等溫或等壓時： F= C P+ 1 等溫且等壓時： F = C P 恒壓：1元系：C=1，P=2 2元系：C=2，P=3 3元系：C=3，P=4,注意,相律只適合熱力學平衡狀態(tài)，溫度、壓力一定時的各相的化學位相同； 相律只能表示體系中的組元和相數，不能表示類型和含量； 相律不能預告反應的動力學； 自由度不能小于0.,例題,在標準壓力下，能與碳酸鈉溶

6、液和冰共存的鹽最多有幾種？ 在30時，能與水蒸氣共存的鹽最多有幾種？,碳酸鈉和水在不同條件下可以形成以下不同形式的水合物：,相圖的基本知識,合金相圖是應用圖解的方法，表示合金的成分、平衡相狀態(tài)及外界條件（溫度、壓力等）之間關系的圖線，它是研究合金中的相變規(guī)律的基礎,單元系相圖,相圖: 溫度，壓力，相,單元系相律： 組元為1 的體系為單元系相圖，單元系相圖無成分變法，只有壓力和溫度的變化，根據相律有： F=1+2-P=3-P F為自由度，P為相數,水的相圖,純鐵的相圖,SiO2的相圖,陶瓷的多晶型轉變與溫度與壓力有關，會引起體積的突變，產生應力，從而在加熱與冷卻過程中開裂,硅酸鹽多晶型轉變示意圖

7、,單相平衡點的集合構成任意形狀區(qū)域 兩相平衡點的集合構成曲線 三相平衡點的集合為點,溫度壓力曲線的定量關系， 克拉帕農克勞休斯方程,單元系P-T相圖上的規(guī)律,相律在相圖中的應用,組元數（C） 相數（P） f=CP+1,二元系,2,三元系,3,單相合金，成分和溫度都可變,兩相平衡，成分、相對量和溫度 等因素中只有一個獨立變量,三相平衡，三相的成分、相對 量及溫度都確定,單相合金其中兩個組元的含量 及溫度三個因素均可變,兩相平衡，兩相的成分、數量 及溫度中有兩個獨立變量,三相平衡，所有變量中只有一 個是獨立變量,四相平衡所有因素都確定不變,1,2,3,1,2,3,4,2,1,0,3,2,1,0,含

8、義,2、二元相圖的成分表示方法和相圖建立,成分表示方法：質量百分數（wt%）和原子百分數（at%）,相圖的表示和測定方法,二元相圖僅考慮體系在成分和溫 度兩個變量下的熱力學平衡狀態(tài) 橫坐標表示成分，縱坐標表示溫度,熱分析法建立相圖,實驗和計算確定相圖 二元相圖是根據各種成分材料的臨界點繪制的， 測定材料臨界點有動態(tài)法和靜態(tài)法兩種方法 如前者有熱分析、膨脹法、電阻法等； 后者有金相法、X射線結構分析等,相圖的建立,二元相圖 （binary phase diagram ）,相律,二元相圖根據相律,F=C-P+1=3-P 1、單相平衡點的集合構成兩根任意形狀的區(qū)域,2、兩相平衡點的集合構成兩根曲線（

9、相律）,一根曲線上的每一點，可由一平行的直線（結線）和另一根曲線的共軛點相連，結線通過的區(qū)域為兩相區(qū)，結線端點所代表的成分就是兩相平衡共存相的成分,3、三相平衡點,溫度相等、成分固定的三點 水平線為三相區(qū)，三相區(qū)的成分和溫度都是固定不變的， 三點與三個單相區(qū)相連 三點兩兩相連的結線為三個兩相區(qū),杠桿定律,溫 度,總結： 二元相圖,根據相圖可確定不同成分的材料在不同溫度下組成相的種類、各相的相對量、成分及溫度變化時可能發(fā)生的變化。 僅在熱力學平衡條件下成立，不能確定結構、分布狀態(tài)和具體形貌。 二元相圖中的幾何規(guī)律 相鄰相區(qū)的相數差1（點接觸除外）相區(qū)接觸法則； 三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點

10、是平衡相的成分點； 若兩個三相區(qū)中有2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)； 單相區(qū)邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區(qū)。,二元相圖的分類,勻晶相圖 共晶相圖 包晶相圖 具有中間化合物的相圖 偏晶相圖等,二.二元系相圖,1.勻晶相圖:從液相中直接析出，兩組元在固液態(tài)完全互溶。,tA,A,B,X,1,2,tB,L,0,L,1,2,冷卻曲線,t,B%,形成：液態(tài)完全互溶，固態(tài)完全互溶 ，即形成 勻晶相圖。,冷凝過程：,液相線:合金凝固的開始轉變線 L=時液相 的平衡成分線 。,固相線:合金凝固終了線L=時固 相的平衡成分線。,組成,圖5-15,具有最低點和最高點的勻晶相圖及溶解度間隙,二

11、元勻晶相圖,2 固溶體合金的平衡結晶 （1）平衡結晶：每個時刻都能達到平衡的結晶過程。 （2）平衡結晶過程分析 冷卻曲線：溫度時間曲線；,2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,二元勻晶相圖,2 固溶體合金的平衡結晶 相（組織）與相變（各溫區(qū)相的類型、相變反應式，杠桿定律應用。）； 組織示意圖； 成分均勻化：每時刻結晶出的固溶體的成分不同。,2003 Brooks/Cole, a division of Th

12、omson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,二元勻晶相圖,2 固溶體合金的平衡結晶 （3）與純金屬結晶的比較 相同點：基本過程：形核長大； 熱力學條件：T0； 能量條件：能量起伏； 結構條件：結構起伏。 不同點：合金在一個溫度范圍內結晶（可能性：相 律分析；必要性：成分均勻化。） 合金結晶是選分結晶：需成分起伏。,二元勻晶相圖,3 固溶體的不平衡結晶 （1）原因:冷速快(假設液相成分均勻、固相成分不均 勻)。 （2）結晶過程特點：固相成分按平均成分線變化（但每 一時刻符合相圖）；

13、 結晶的溫度范圍增大； 組織多為樹枝狀。,二元勻晶相圖,2 固溶體合金的平衡結晶 （3）與純金屬結晶的比較 相同點：基本過程：形核長大； 熱力學條件：T0； 能量條件：能量起伏； 結構條件：結構起伏。 不同點：合金在一個溫度范圍內結晶（可能性：相 律分析；必要性：成分均勻化。） 合金結晶是選分結晶：需成分起伏。,二元勻晶相圖,3 固溶體的不平衡結晶 （3）成分偏析： 晶內偏析：一個晶粒內部化學成分不均勻現(xiàn)象。 枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學成分不均勻的現(xiàn)象。 （消除：擴散退火，在低于固相線溫度長時間保溫。）,具有勻晶相圖的陶瓷系統(tǒng),與純金屬組元不同，兩組元均為化合物，如相圖：,二元勻晶相圖的

14、組織演變,重點：在平衡狀態(tài)下，杠桿定律計算兩相組織的相對含量及其成分，能夠畫出冷卻曲線,練習：固溶體合金的相圖如圖所示，試根據相圖確定：,(a) 成分為40%B的合金首先凝固出來的固體成分； (b) 若首先凝固出來的固體成分含60%B，合金的成分為多少？ (c) 成分為70%B的合金最后凝固的液體成分； (d ) 合金成分為50%B，凝固到某溫度時液相含有40%B，固體含有80%B，此時液體和固體各占多少分數？,2.共晶相圖,形成：液相完全互溶，固相有限互 溶，有共晶反應的相圖。,二元共晶相圖,共晶轉變：由一定成分的液相同時結晶出兩個一定成分固相的轉變。 Eutectic Reaction：

15、L（Xe）(X)+(X) 共晶相圖：具有共晶轉變特征的相圖。 （液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反應。 共晶組織：共晶轉變產物。（是兩相混合物）,（1）相圖分析,液相線：e 、be 固相線：m 、bn mf為Sn在Pb中的固溶度曲線 ng為Pb在Sn中的固溶度曲線 三個單相區(qū)：L、 三個兩相區(qū)：L+、L+、+。 三個兩相區(qū)的接觸線men為共晶反應線，此線表示三相共存區(qū),（2）共晶轉變,在三相共存水平線men上，兩條液相線匯交于e點。e點以上是液相區(qū)，e點下方是+兩相共存區(qū)。這說明，相當于e點成分的液相，當冷至三相共存線men時會同時結晶出成分為m的相與成分為n的相。te為共晶溫

16、度。,三個單相區(qū)：,三個兩相區(qū)：,共晶反應：,（3）共晶合金的平衡結晶及組織,（1）Wsn2的合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,（2）2Wsn19的合金, 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 二次相（次生相）的生成：脫溶轉變（二次析出或二次再結晶）。 室溫組織（）及其相對量計算。,(c)2003 Brooks/Cole, a division

17、of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,10%Sn平衡結晶過程,溫度下降，相的固溶度逐漸減少，析出II相，因為在固態(tài)下發(fā)生，擴散能力有限，因此II相細小。,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,二元共晶相圖及合金凝固,2 合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例） （3

18、）共晶合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 共晶線上兩相的相對量計算。 室溫組織（）及其相對量計算。,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,共晶合金,共晶反應：,二元共晶相圖及合金凝固,2 合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例） （3）共晶合金,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Lear

19、ning is a trademark used herein under license.,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,二元共晶相圖及合金凝固,2 合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例） （4）亞共晶合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 共晶線上兩相的相對量計算。 室溫組織（）及其相對量計算。,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thom

20、son Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,各相含量的計算,亞共晶合金的結晶過程,二元共晶相圖及合金凝固,2 合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例） （4）亞共晶合金,(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thom

21、son Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.,4）過共晶合金,（4）不平衡結晶及組織,偽共晶：在不平衡結晶的條件下，不在共晶點處的合金，也能全部轉變成共晶組織。,偽共晶區(qū)對分析合金的不平衡組織有幫助,不平衡共晶,m點以左，n點以右合金不平衡凝固時出現(xiàn)的共晶組織 。,離異共晶,當初相較多，當發(fā)生共晶反應時，與當初相相同的一相優(yōu)先形核，將另一相推到最后處形成，失去了共晶形貌，即組織為離異組織。對合金的性能有不良影響。,重點：,共晶組織、亞共晶組織、亞共析組織、過共晶組織、偽共晶 二元共晶反

22、應式 任何成分的平衡冷卻曲線 杠桿定律的應用與計算,練習：X1、X2、X3的冷卻曲線,練習,Mg-Ni系的一個共晶反應為 507 L(23.5Wt.%Ni) (純鎂)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni) 設C1為亞共晶合金，C2為過共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的重量分數相等，但C1合金中的 總量為C2合金中的 總量的2.5倍，試計算C1和C2的成分。 C1=12.7wt%Ni C2=37.8wt%Ni,3.二元包晶相圖及合金凝固,包晶轉變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點成分固相的轉變。 Peritectic Reaction： 包晶相圖：具有包晶轉變特征的相圖。 1 相圖分析 點

23、、線、區(qū)。,二元包晶相圖及合金凝固,2 平衡結晶過程及其組織 （1）包晶合金的結晶 結晶過程：包晶線以下，L, 對過飽和界面生成三相間存在濃度梯度擴散長大全部轉變?yōu)椤?室溫組織：或。,包晶反應處的L相和相的相對量,二元包晶相圖及合金凝固,2 平衡結晶過程及其組織 （1）包晶合金的結晶 結晶過程：包晶線以下，L, 對過飽和界面生成三相間存在濃度梯度擴散長大全部轉變?yōu)椤?室溫組織：或。,二元包晶相圖及合金凝固,2 平衡結晶過程及其組織 （2）成分在d-p之間合金的結晶(圖5-34b) 結晶過程：剩余(量的計算)； 室溫組織：。,3）p-b成分范圍的結晶過程,二元包晶相圖及合金凝固,2 平衡結晶過程

24、及其組織,二元包晶相圖及合金凝固,3 不平衡結晶及其組織 異常相導致包晶偏析包晶轉變要經擴散。包晶偏析：因包晶轉變不能充分進行而導致的成分不均勻現(xiàn)象。 異常相由不平衡包晶轉變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點附近。,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,二元包晶相圖及合金凝固,4 包晶轉變的應用 （1）組織設計。如軸承合金需要的軟基體上分布硬質點 的組織。 （2）晶粒細化。如在鋁合金中添加少量的鈦（TiAl3),其他類型的二元系相圖,（1）熔晶反應：一個固相在某一恒溫下分解成一

25、個固相與一個液相的反應。 （2）合晶反應：由兩個不同成分的液相在某一恒溫下生成一個一定成分的固相的反。應。 （3）偏晶反應：在某一恒溫下，由一定成分的液相分解出另一成分的液相，并同時結晶出一定成分的固相的反應。 （4）共析反應：在某一恒溫下，一定成分的固相同時分解成兩個成分與結構不同的固相反應。 （5）包析反應：兩個不同成分的固相，在某一恒溫下相互作用生成另一固相的反應,兩組元形成中間相的相圖,把中間相作為組元來分析,二元相圖的幾何規(guī)律,(1) 兩個單相區(qū)只能交于一點，而不能交成線段； (2)兩個單相區(qū)之間，必定是一個由這兩個單相構成的兩相區(qū)； (3)三相共存，必定是一條水平線，該水平線必須與

26、由這3個相組合而成的3個兩相區(qū)相鄰。 (4)如果兩個恒溫轉變中有兩個是相同的相，那么在這兩條水平線之間一定是由這兩個相組成的兩相區(qū),二元系統(tǒng)相圖的分析,分析方法： (1)先看相固中是否存在穩(wěn)定的化合物，如果有穩(wěn)定化合物，則可將穩(wěn)定化合物作為一個獨立的組元把相圖分為幾個部分來分析研究； (2)根據相區(qū)的接觸法則，弄清各個相區(qū)； (3)找出三相共存水平線及與其接觸的3個單相區(qū)，由3個單相區(qū)與水平線的相互位置確定三相平衡轉變的性質和反應式； (4)分析典型合金隨溫度改變而發(fā)生的轉變和變化規(guī)律在單相區(qū)內，該相的成分與原合金相同在兩相區(qū)內，不同溫度下兩相的成分均沿其相界線變化，兩相的相對含量可由杠桿定律

27、求得三相平衡時，3個相的成分是固定的，反應前或反應后各組成相的相對含量也可以由杠桿定律進行計算,分析： 具有中間化合物的相圖,中間化合物：相、相。 相液相直接同成分轉變而來； 相包晶反應而來：L+ 兩個共晶反應（同學回答）,四.相圖與性能的關系,1、根據相圖判斷材料的力學性能和物理性能 圖5-42所示。 1）對于勻晶系，固溶體的強度和硬度均隨溶質組元含量的增加而提高。 2）固溶體的塑性、電導率隨溶質含量的增加而降低。 3）電阻隨溶質量的增加而增加。,對于共晶系和包晶系： 1）當兩相混合物中兩相的大小及分布都較均勻時，材料的性能是兩組成相的平均值，即呈線性關系。 2）當共晶組織十分細密，且在不平

28、衡結晶出現(xiàn)偽共晶時，其強度和硬度在共晶成分俯近偏離直線關系而出現(xiàn)峰值。圖5-42中虛線所示。,2、根據相圖判斷合金的工藝性能,合金的鑄造性能主要表現(xiàn)為合金液體的流動性、縮空、熱裂傾向及成分偏析等。 1）溫度間隔和成分間隔越大的合金其流動性越差，分散縮空也越多，凝固后的枝晶偏析也越嚴重。 2）共晶成分合金流動性好，分散縮空少。（圖5-43）。 3）單相固溶體塑性好，變形均勻。,附加 二元相圖的應用：鐵碳合金相圖（實驗）,一、 鐵碳合金的組元及基本相 1.純鐵(pure iron)： （1）鐵的同素異構轉變,A3,A4,727，F(xiàn)e由順磁性轉變?yōu)殍F磁性,A2,（2）鐵素體和奧氏體 鐵素體（ferr

29、ite）bcc 奧氏體（austenite）翡翠城 （3）純鐵的性能與應用 強度低、硬度低、韌性、塑性好 2.滲碳體（cementite） 熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零 3.石墨（graphite）,二、 Fe-Fe3C相圖分析,點：16個。 線：兩條磁性轉變線； 三條等溫轉變線； 其余三條線：GS,ES,PQ。 區(qū)：5個單相區(qū)， 7個兩相區(qū)， 3個三相區(qū)。 相圖標注：相組成物標注的相圖。 組織組成物標注的相圖。,點：,1）J為包晶點 合金在平衡結晶過程中冷卻到1495時，點成分的L與H點成分的發(fā)生包晶反應，生成J點成分的A。,2）C點為共晶點 合金在平衡結晶過程中冷卻到1148時，C點

30、成分的L發(fā)生共晶反應，生成E點成分的A和Fe3C。,共晶反應的產物是奧氏體與滲碳體的共晶混合物，稱萊氏體，以符號Ld表示。在顯微鏡下萊氏體的形態(tài)是：塊狀或粒狀A（室溫時轉變成珠光體）分布在滲碳體基體上。,3）S點為共析點 合金在平衡結晶過程中冷卻到727時，S點成分的A發(fā)生共析反應，生成P點成分的F和Fe3C。,共析反應產物是鐵素體與滲碳體的共析混合物，稱珠光體，以符號P表示。在顯微鏡下珠光體的形態(tài)呈片狀。在放大倍數很高時，可清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）與鐵素體（寬條）。 珠光體的強度很高，塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間，其力學性能如下： 抗拉強度（b） 770 伸長率 () 2

31、0%30% 沖擊韌度 (k) 31054105 J/m2 硬度（HB） 180,3）兩條磁性轉變線： MO-鐵素體的磁性轉變線 過230 的虛線-滲碳體的磁性轉變線,液相線ABCD，固相線AHJECF。,4）三條水平線 HJB-包晶轉變線 ECF-共晶轉變線 PSK-共析轉變線,線：,（1）包晶轉變線HJB：1495 ， LB+HAJ 即 L0.53+ 0.09 A0.17,（2）共晶轉變線ECF L4.3 A2.11+Fe3C（共晶滲碳體） Le4.3 高溫萊氏體,ASFP+Fe3C（共析滲碳體） A0.77 F0.0218+Fe3CP（珠光體） 珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3

32、C和F之間,（3）共析轉變線PSKA1線,1）五個基本相區(qū)：ABCD以上-液相區(qū) AHNA- NJESGN-A（） GPQG-F（） DFKL- Fe3C或Cm,2）七個兩相區(qū)：ABJHA-L+ JBCEJ-L+ DCFD- L+ Fe3C HJNH- + GSPG- + ECFKSE- + Fe3C QPSKL以下- + Fe3C,區(qū)：,三、鐵碳合金及平衡結晶,1.鐵碳合金,2.鐵碳合金的平衡結晶,（1）工業(yè)純鐵（C%0.0218%）,LL+AAA+FF F+Fe3CIII 相組成物： Fe3C C%=6.69% F C%0.0008% 相相對量： F%= Fe3C%= 組織組成物：F（等軸

33、晶） 和Fe3CIII（小片狀）,2,3,4,5,1,（2）共析鋼 C%=0.77%,L L+A A P 相組成物：F和Fe3C F%= Fe3C%= 組織組成物 ： P (層片狀) 100%,1,2,3-3,片間距S0,S0,F,Fe3C,500,800,（3）亞共析鋼 0.0218%C%0.77%,LL+A A A+F A+P+F P+F 相組成物：F，F(xiàn)e3C 相相對量： F%= Fe3C%= 組織組成物：F、P P%= F%=,亞共析鋼 0.0218%C%0.77%,45鋼金相,F,P,（4）過共析鋼（0.77%C%2.11%）,LL+AAA+Fe3CIIP+Fe3CII 相組成物：F

34、，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：P，F(xiàn)e3CII 組織相對量： Fe3CII%= P%=,1,1,3,4-4,2,過共析鋼,T12鋼金相,Fe3CII,P,（5）共晶白口鑄鐵（C%=4.3%）,LL+LeLe (A+Fe3C共晶) Le (A+Fe3C共晶+Fe3CII) Le(P+Fe3C共晶+Fe3CII) 相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：Le,共晶白口鑄鐵（C%=4.3%）,共晶白口鐵金相,（6）亞共晶白口鑄鐵 2.11%C%4.3%,相組成物：F，F(xiàn)e3C 相相對量： F%= Fe3C%= 組織組成物：P，Le，F(xiàn)e3CII,亞共晶白口鑄鐵金相,

35、亞共晶白口鑄鐵（2.11%C%4.3% ）,（7）過共晶白口鑄鐵（C%4.3% ）,過共晶白口鐵結晶過程示意圖,過共晶白口鑄鐵金相,過共晶白口鑄鐵,相組成物： F%= Fe3C%= 組織組成物：Le，F(xiàn)e3C Fe3C%= Le%=Lc%=,四、碳對鐵碳合金的組織與性能的影響,1.碳對鐵碳合金平衡組織 的影響,組織：Fe3C LdFe3C； 相：減少，F(xiàn)e3C增多； Fe3C形態(tài)： Fe3C（薄網狀、點狀） 共析Fe3C（層片狀） Fe3C（網狀） 共晶Fe3C（基體） Fe3C（粗大片狀）。,鐵碳合金碳含量增加，組織按下列順序變化： F、F+P、P、P+Fe3C、P+ Fe3C+ Ld、Ld

36、、Ld+ Fe3C、Fe3C,2.碳對力學性能的影響,強度、硬度升高， 塑韌性下降。,3.碳對工藝性能的影響,（1）切削加工性 （2）可鍛性：C%2.11%，適合鍛造，可得到單相組織。 C%0.25%，適合冷塑變，變形阻力小。 （3）鑄造性：C%4.3%，適合鑄造，流動性好。 （4）適合熱處理：0.0218 % C% 2.11 % ，有固態(tài)相變。,實驗 金相顯微鏡的構造和使用,一、實驗目的 二、實驗儀器 三、實驗原理 四、操作步驟 五、注意事項,（1）熟悉金相顯微鏡的光學原理和構造。 （2）初步掌握金相顯微的使用方法。,一、實驗目的,金相顯微鏡是進行金屬顯微分析的主要工具。將專門制備的金屬試樣

37、放在金相顯微鏡下進行放大和觀察，可以研究金屬組織與其成分和性能之間的關系；確定各種金屬經不同加工及熱處理后的顯微組織；鑒別金屬材料質量的優(yōu)劣，如各種非金屬夾雜物在組織中的數量及分布情況，以及金屬晶粒度大小等。因此，利用金相顯微鏡來觀察金屬的內部組織與缺陷是金屬材料研究中的一種基本實驗技術。 簡單地講，金相顯微鏡是利用光線的反射將不透明物件放大后進行觀察的。下面分別介紹金相顯微鏡的基本原理、構造和使用方法。,二、 實驗儀器,單目與雙目光學金相顯微鏡,3.1 金相顯微鏡的光學放大原理,金相顯微鏡是依靠光學系統(tǒng)實現(xiàn)放大作用的，其基本原理如圖21所示。光學系統(tǒng)主要包括物鏡、目鏡及一些輔助光學零件。對著

38、被觀察物體A B的一組透鏡叫物鏡O1；對著眼睛的一組透鏡叫目鏡O2。現(xiàn)代顯微鏡的物鏡和目鏡都是由復雜的透鏡系統(tǒng)所組成。,圖2 1 金相顯微鏡的光學放大原理示意圖,光學顯微鏡的放大倍數可達到16002000倍。當被觀察物體AB置于物鏡前焦點略遠處時，物體的反射光線穿過物鏡經折射后，得到一個放大的倒立實像A1B1（稱為中間象）。若A1B1處于目鏡焦距之內，則通過目鏡觀察到的物象是經目鏡再次放大了的虛象A1B1。由于正常人眼觀察物體時最適宜的距離是250mm（稱為明視距離），因此在顯微鏡設計上，應讓虛象A1B1正好落在距人眼250mm處，以使觀察到的物體影像最清晰。,3 金相顯微鏡的基本原理,32

39、金相顯微鏡的主要性能指標,321 放大倍數 顯微鏡的放大倍數為物鏡放大倍數M物和目鏡放大倍數子M目的乘積，即：,式中，f物 物鏡的焦距，f目目鏡的焦距；L顯微鏡的光學鏡筒長度；D 明視距離（250mm）。 f物和f目越短或L越長，則顯微鏡的放大倍數越高。有的小型顯微鏡的放大倍數需再乘一個鏡筒系數，因為它的鏡筒長度比一般顯微鏡短些。,顯微鏡的主要放大倍數一般是通過物鏡來保證，物鏡的最高放大倍數可達100倍，目鏡的放大倍數可達25倍。在物鏡和目鏡的鏡筒上，均標注有放大倍數，放大倍數常用符號“”表示，如100，200等。,金相顯微鏡的鑒別率是指它能清晰地分辨試樣上兩點間最小距離d的能力。d值越小，鑒

40、別率越高。根據光學衍射原理，試樣上的某一點通過物鏡成象后，我們看到并不是一個真正的點象，而是具有一定尺寸的白色圓斑，四周圍繞著許多衍射環(huán)。當試樣上兩個相鄰點的距離極近時，成象后由于部分重迭而不能分清為兩個點。只有當試樣上兩點距離達到某一d值時，才能將兩點分辨清楚。 顯微鏡的鑒別率取決于使用光線的波長（）和物鏡的數值孔徑（A），而與目鏡無關，其d值可由下式計算：,322 鑒別率,在一般顯微鏡中，光源的波長可通過加濾色片來改變，例如： 藍光的波長（ ）比黃綠光（ ）短，所以鑒別率較黃綠光高25%。當光源的波長一定時，可通過改變物鏡的數值孔徑A來調節(jié)顯微鏡的鑒別率。,式中，n物鏡與試樣之間介質的折射

41、率；物鏡孔徑角的一半，即通過物鏡邊緣的光線與物鏡軸線所成夾角。 n越大或 越大，則A越大，物鏡的鑒別率就越高。由于 總是小于90度的。所以在空氣介質 (n =1）中使用時，A一定小于1，這類物鏡稱干系物鏡。若在物鏡與試樣之間充滿松柏油介質（n=1.52），則A值最高可達1.4，這就是顯微鏡在高倍觀察時用的油浸系物鏡（簡稱油鏡頭）。每個物鏡都有一個額定A值，與放大倍數一起標刻在物鏡頭上。,323 物鏡的數值孔徑,圖2 2 物鏡孔徑角,物鏡的數值孔徑表示物鏡的聚光能力，如圖22所示。數值孔徑大的物鏡聚光能力強，能吸收更多的光線，使物象更清晰，數值孔徑A可由下式計算：,所以，顯微鏡的放大倍數M與物鏡的數值孔徑之間存在一 定關系，其范圍稱有效放大倍數范圍。在選用物鏡時，