二元相圖的分析和使用

1、1 一、一、 二元相圖中的幾何規(guī)律二元相圖中的幾何規(guī)律 相鄰相區(qū)的相數(shù)差相鄰相區(qū)的相數(shù)差1 1（點(diǎn)接觸除外）相區(qū)接觸法則；（點(diǎn)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(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)；三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)； 若兩個(gè)三相區(qū)中有若兩個(gè)三相區(qū)中有2 2個(gè)相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組個(gè)相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)；成的兩相區(qū)； 單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。 2 二、二、 相圖分析步驟相圖分析步驟 以穩(wěn)定的化合物分割相圖；以穩(wěn)定的化合物分割相圖； 確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；確

2、定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義； 分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化。分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化。注：虛線、點(diǎn)劃線的意義尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)注：虛線、點(diǎn)劃線的意義尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn) 變線、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變線。變線、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變線。3 三、相圖與合金性能的關(guān)系三、相圖與合金性能的關(guān)系 根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能 4 三、相圖與合金性能的關(guān)系三、相圖與合金性能的關(guān)系根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能 鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離X X X X越大，成分偏析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大）；越大，成分偏

3、析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大）； X X越大，流動(dòng)性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）；越大，流動(dòng)性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）； X X越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大）。越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大）。 5 三、三、 相圖與合金性能的關(guān)系相圖與合金性能的關(guān)系 塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。 熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。8h6Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HI

4、LL.3/E7 1 1 組元和相組元和相 （1 1）組元：）組元： 鐵石墨相圖：鐵石墨相圖：Fe,C;Fe,C; 鐵滲碳體相圖：鐵滲碳體相圖：Fe-FeFe-Fe3 3C C。 （2 2）相：）相：L, , A(), L, , A(), F(), Fe F(), Fe3 3C(K)C(K)。 （其定義）（其定義）8 2 2 相圖分析相圖分析 點(diǎn)：點(diǎn)：1414個(gè)。個(gè)。 線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線： GS,ES,PQGS,ES,PQ。 區(qū)：區(qū)：5 5個(gè)單相區(qū)，個(gè)單相區(qū)，7 7個(gè)兩相區(qū)，個(gè)兩相區(qū)，3 3個(gè)三相區(qū)。個(gè)三相區(qū)。 相圖標(biāo)注

5、：相組成物標(biāo)注的相圖相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖; ; 組織組成物標(biāo)注的相圖。組織組成物標(biāo)注的相圖。9 2 2 相圖分析相圖分析 點(diǎn)：點(diǎn)：1414個(gè)。個(gè)。 10 2 2 相圖分析相圖分析 線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：轉(zhuǎn)變線；其余三條線： GS, ES, PQGS, ES, PQ。 區(qū)：區(qū)：5 5個(gè)單相區(qū)，個(gè)單相區(qū)，7 7個(gè)兩相區(qū)，個(gè)兩相區(qū)，3 3個(gè)三相區(qū)。個(gè)三相區(qū)。 相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。 組織組成物標(biāo)注的相圖。組織組成物標(biāo)注的相圖。11 3 3 合金分類合金分類 工業(yè)純鈦（工業(yè)純鈦（C%0.0218%C%0

6、.0218%） 碳鋼（碳鋼（0.0218C%2.11%0.0218C%2.11%C%2.11%）12 第四章相圖第五節(jié)相圖分析 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （1 1）典型合金（）典型合金（7 7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。 2h-10h,由學(xué)生分析七種合金的結(jié)晶過(guò)程，下次課重點(diǎn)分析。布置課下列表計(jì)算相組成物和組織組成物的相對(duì)含量。13 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （1 1）典型合金（）典型合金（7 7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、

7、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。相對(duì)量計(jì)算。 工業(yè)純鐵結(jié)晶過(guò)程（工業(yè)純鐵結(jié)晶過(guò)程（ +Fe+Fe3 3C C，三次滲碳體最大量計(jì)算）三次滲碳體最大量計(jì)算）14 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （1 1）典型合金（）典型合金（7 7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。其相對(duì)量計(jì)算。 共析鋼結(jié)晶過(guò)程共析鋼結(jié)晶過(guò)程 P P（ +Fe+Fe3 3C C）Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E15 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組

8、織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程 （ +P+P）( (Fe3C?)?)Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E16 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程 （ +P+P）17 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程（過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程（P+FeP+Fe3 3C C，二次滲碳體最大量計(jì)算），二次滲碳體最大量計(jì)算）Smith W F. Foundations of Materials Scien

9、ce and Engineering. McGRAW.HILL.3/E18 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程 LdLd（P+ P+ FeFe3 3C C+ Fe+ Fe3 3C C共晶共晶） （L Ld d-L-Ld d 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變） Ld（ + Fe3C共晶）共晶） 19 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程 （ P+ P+ FeFe3 3C C+ + L Ld d ）20 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程 （ FeFe3 3C

10、C+ + L Ld d ）21 第四章相圖第五節(jié)相圖分析 4 4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （2 2）重要問(wèn)題）重要問(wèn)題 FeFe3 3C C, Fe, Fe3 3C C, Fe, Fe3 3C C 的意義的意義 及其最大含量計(jì)算。及其最大含量計(jì)算。 L Ld d-L-Ld d 轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 二次杠桿的應(yīng)用。二次杠桿的應(yīng)用。2h-12h,由學(xué)生寫出7種合金室溫組織組成物和相組成物含量表；分析亞共析鋼、亞共晶鐵的凝固過(guò)程、滲碳體的最大含量計(jì)算、默寫與修改相圖。22 5 5 含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響（1 1）對(duì)平衡組織的影響（隨）對(duì)平衡組織的影響（隨

11、C%C%提高）提高） 組織：組織：FeFe3 3C C L Ld d FeFe3 3C C； 相：相：減少，減少，F(xiàn)eFe3 3C C增多；增多； FeFe3 3C C形態(tài)：形態(tài)：FeFe3 3C C（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀）（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀） 共析共析FeFe3 3C C（層片狀）（層片狀） FeFe3 3C C（網(wǎng)狀）（網(wǎng)狀） 共晶共晶FeFe3 3C C（基體）（基體） FeFe3 3C C（粗大片狀）。（粗大片狀）。23 5 5 含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響 （2 2）對(duì)力學(xué)性能的影響）對(duì)力學(xué)性能的影響 隨隨C%提高提高, 強(qiáng)度、硬度升高，強(qiáng)度、硬度升高， 塑韌性下降。

12、塑韌性下降。24 5 5 含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響 （3 3）對(duì)工藝性能的影響）對(duì)工藝性能的影響 適合鍛造：適合鍛造：C%2.11%C%2.11%，可得到單相組織。，可得到單相組織。 適合鑄造：適合鑄造：C%C%4.3%4.3%，流動(dòng)性好。，流動(dòng)性好。 適合冷塑變：適合冷塑變：C%0.25%C%0.25%，變形阻力小。，變形阻力小。 適合熱處理：適合熱處理：0.0218-2.110.0218-2.11，有固態(tài)相變。，有固態(tài)相變。 25 1 1 固溶體的自由能固溶體的自由能成分曲線成分曲線 G=xA A+xB B+ xAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）=f

13、（xA，xB） G0 Hm -T Sm (式式5-20) 其中：其中： =NZVAB-（VAA+VBB）/2 （為為A A，B B原子間相互作用參數(shù)，與原子間結(jié)合能有原子間相互作用參數(shù)，與原子間結(jié)合能有 關(guān)關(guān); ;V V 原子間的結(jié)合能。原子間的結(jié)合能。) )26 2 2 化學(xué)位與相平衡條件化學(xué)位與相平衡條件 （1 1）化學(xué)位：偏摩爾吉布斯自由能。用）化學(xué)位：偏摩爾吉布斯自由能。用 表示表示。 化學(xué)位的確定：在自由能化學(xué)位的確定：在自由能成分曲線上，過(guò)成分點(diǎn)的切線與兩縱成分曲線上，過(guò)成分點(diǎn)的切線與兩縱 軸的交點(diǎn)。軸的交點(diǎn)。 （2 2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學(xué)位分別相等。）相平衡的條件

14、：兩組元在各相中的化學(xué)位分別相等。 A A = = A A= 在自由能在自由能成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線。成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線。27 3 3 二元系自由能曲線與相圖的關(guān)系二元系自由能曲線與相圖的關(guān)系 28 1 1 鑄錠組織鑄錠組織（1 1）鑄錠三區(qū)）鑄錠三區(qū) 表層細(xì)晶區(qū)表層細(xì)晶區(qū)( (強(qiáng)過(guò)冷強(qiáng)過(guò)冷, ,非均勻形核非均勻形核) ) 柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)( (純金屬純金屬: :過(guò)冷度減小過(guò)冷度減小, ,形核困難形核困難, ,沿散熱方向生長(zhǎng)沿散熱方向生長(zhǎng); ; 合金合金: :成分過(guò)冷成分過(guò)冷, ,一次軸發(fā)達(dá)一次軸發(fā)達(dá), ,沿散熱方向生長(zhǎng)沿散熱方向生長(zhǎng). ). ) 中心等軸晶區(qū)中心等

15、軸晶區(qū)( (均勻散熱、液相區(qū)成均勻散熱、液相區(qū)成 分過(guò)冷、熔體對(duì)流導(dǎo)分過(guò)冷、熔體對(duì)流導(dǎo) 致細(xì)晶漂移或枝晶破致細(xì)晶漂移或枝晶破 碎。）碎。） 29 1 1 鑄錠組織鑄錠組織（2 2）組織控制）組織控制 受澆鑄溫度、冷卻速度、受澆鑄溫度、冷卻速度、 化學(xué)成分、變質(zhì)處理、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、 機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素 影響。影響。 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E30 2 2 鑄錠缺陷鑄錠缺陷 （1 1）微觀偏析）微觀偏析 （2 2）宏觀偏析）宏觀偏析: :整個(gè)鑄錠

16、范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象整個(gè)鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象. . 正偏析正偏析: k: k0 011的合金鑄錠中心溶質(zhì)含量較高的現(xiàn)象的合金鑄錠中心溶質(zhì)含量較高的現(xiàn)象. . 反偏析反偏析: .: . 密度偏析密度偏析: :由于初生相與剩余液體密度差異而導(dǎo)致鑄錠上下部分成分由于初生相與剩余液體密度差異而導(dǎo)致鑄錠上下部分成分 不均勻的現(xiàn)象不均勻的現(xiàn)象. . 31 2 2 鑄錠缺陷鑄錠缺陷 （3 3）夾雜與氣孔）夾雜與氣孔 夾雜：外來(lái)夾雜和內(nèi)生夾雜。夾雜：外來(lái)夾雜和內(nèi)生夾雜。 氣孔：析出型和反應(yīng)型。氣孔：析出型和反應(yīng)型。 （4 4）縮孔和疏松）縮孔和疏松 形成：凝固時(shí)體積縮小補(bǔ)縮不足形成縮孔。形成：凝固時(shí)體

17、積縮小補(bǔ)縮不足形成縮孔。 分類：分類：集中縮孔集中縮孔（縮孔、縮管）和（縮孔、縮管）和分散縮孔分散縮孔（疏松，枝晶骨架相（疏松，枝晶骨架相 遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。）遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。） 321 分析下列說(shuō)法是否正確及其原因。分析下列說(shuō)法是否正確及其原因。 (1) 鐵素體與奧氏體的主要區(qū)別是含碳量不同。鐵素體與奧氏體的主要區(qū)別是含碳量不同。 (2) 正溫度梯度下，純金屬與固溶體合金凝固時(shí)都以平面狀生長(zhǎng)。正溫度梯度下，純金屬與固溶體合金凝固時(shí)都以平面狀生長(zhǎng)。 (3) 在二元相圖中，杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，而且也能用于計(jì)算三在二元相圖中，杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，而且也能用于計(jì)算