二元合金相圖

1、1南京航空航天大學(xué)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics24.1 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立4.2 二元合金相圖的基本類型二元合金相圖的基本類型 4.2.1 勻晶相圖勻晶相圖 4.2.2 共晶相圖共晶相圖 4.2.3 包晶相圖及其它類型相圖包晶相圖及其它類型相圖4.3 相圖與合金性能之間的關(guān)系相圖與合金性能之間的關(guān)系4.4 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 4.4.1 鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 4.4.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 4.4.3 鐵碳合金成分、組織與性能的關(guān)系鐵碳合金成分、組織與性能的關(guān)系 4.4.4 F

2、e-Fe3C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容3組元組元：組成合金的獨立的最基本的單元。一般是組成合金的獨立的最基本的單元。一般是一種元素一種元素（如（如Pb-Sn合金中的合金中的Pb和和Sn） 或一種穩(wěn)或一種穩(wěn)定的化合物定的化合物（如（如Fe3C） 。合金系合金系： 由兩個或兩個以上組元按不同比例配制由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金成的一系列不同成分的合金（如（如Pb-Sn系，系，F(xiàn)e-Fe3C 系）系） 。相圖相圖：用來表示合金系中各個合金的用來表示合金系中各個合金的結(jié)晶過程結(jié)晶過程的的簡明圖。簡明圖。4.1.1 名詞涵義名詞涵義4 相圖上所表示的組織都相圖上所

3、表示的組織都是在是在非常緩慢冷卻的條非常緩慢冷卻的條件件下獲得的，都是接近下獲得的，都是接近平衡狀態(tài)的組織，也稱平衡狀態(tài)的組織，也稱為為狀態(tài)圖狀態(tài)圖或或平衡圖平衡圖。 相圖相圖是表示在是表示在平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)下下合金的合金的相或組織相或組織與與溫溫度度、成分成分的的關(guān)系圖。關(guān)系圖。Cu-Ni相圖相圖相圖的意義：相圖的意義：分析合金組分析合金組織的重要參考資料；制定織的重要參考資料；制定熱加工工藝的重要依據(jù)。熱加工工藝的重要依據(jù)。Cu-Sn相圖相圖5u相圖用相圖用縱坐標(biāo)表示溫度變化，橫坐標(biāo)表示成分變化縱坐標(biāo)表示溫度變化，橫坐標(biāo)表示成分變化。一般采用一般采用熱分析法熱分析法。原理是凝固時釋放凝固潛

4、熱。原理是凝固時釋放凝固潛熱。4.1.2 相圖的建立相圖的建立6名稱名稱A金屬金屬B金屬金屬晶格類型晶格類型bccbcc熔點熔點高高低低合金合金1100%0%合金合金290%10%合金合金380%20%.合金合金920%80%合金合金1010%90%合金合金110%100%7時間時間溫度溫度90 705030AB溫度溫度AB溫度溫度8u以以Cu-Ni合金為例，說明熱分析法建立相圖的步驟：合金為例，說明熱分析法建立相圖的步驟：u1）配制）配制不同成分不同成分的的Cu-Ni合金。合金。u2）將合金熔化后，測定它們的）將合金熔化后，測定它們的冷卻曲線冷卻曲線，并找出，并找出曲線上曲線上臨界點臨界點（

5、即（即轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)折點和和停歇點停歇點）。）。u3）將上述數(shù)據(jù)引入相應(yīng)成分的溫度）將上述數(shù)據(jù)引入相應(yīng)成分的溫度-成分坐標(biāo)圖中。成分坐標(biāo)圖中。u4）將物理意義相同的臨界點連成曲線，即得）將物理意義相同的臨界點連成曲線，即得Cu-Ni合金相圖。合金相圖。9：純銅純銅 ：75%Cu+25%Ni：50%Cu+50%Ni：25%Cu+75%Ni ：純純Ni金屬和合金在冷卻到該溫度時發(fā)生了金屬和合金在冷卻到該溫度時發(fā)生了冷卻速度的突然改變。冷卻速度的突然改變?！驹蛟颉拷饘俳饘俸秃辖鹪诮Y(jié)晶（相變）時有結(jié)晶潛熱和合金在結(jié)晶（相變）時有結(jié)晶潛熱釋放，抵消了部分或全部熱量的散失。釋放，抵消了部分或全部熱量的散失。

6、結(jié)晶開始結(jié)晶開始結(jié)晶終了結(jié)晶終了101. 相圖分析相圖分析Cu-Ni合金勻晶相圖合金勻晶相圖點：點：A，B線：線： 液相線液相線 固相線固相線區(qū)區(qū)：L L+4.2.1 勻晶相圖勻晶相圖定義：兩組元在液、固兩相下均能定義：兩組元在液、固兩相下均能無限互溶無限互溶，結(jié)晶時只結(jié)，結(jié)晶時只結(jié) 晶出晶出單相固溶體單相固溶體組織的合金相圖組織的合金相圖。112. 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程 以以點成分的點成分的Cu-Ni合金合金（Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%）為例分析結(jié)晶過程。為例分析結(jié)晶過程。 在不同溫度下剛剛結(jié)晶出來的固相的化學(xué)成分是不相同的，在不同溫度下剛剛結(jié)晶出來的固相的化學(xué)成分是不相同的

7、，其變化規(guī)律是其變化規(guī)律是沿著固相線變化沿著固相線變化。與此同時剩余液相的化學(xué)成分也相。與此同時剩余液相的化學(xué)成分也相應(yīng)地應(yīng)地沿著液相線變化沿著液相線變化。 勻晶轉(zhuǎn)變的平衡結(jié)勻晶轉(zhuǎn)變的平衡結(jié)晶過程：晶過程： LL+ 12勻晶結(jié)晶特點：勻晶結(jié)晶特點：固溶體結(jié)晶是在固溶體結(jié)晶是在一個溫度區(qū)間一個溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，即為一個變內(nèi)進(jìn)行，即為一個變溫結(jié)晶過程。溫結(jié)晶過程。在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時，兩相的成分（即在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時，兩相的成分（即Ni含量）含量）是確定的。是確定的。先結(jié)晶出的固溶體和后結(jié)晶出的固溶體成分不同。先結(jié)晶出的固溶體和后結(jié)晶出的固溶體成分不同。平衡結(jié)晶平衡結(jié)晶條件下，可通過條件下，可

8、通過原子擴散原子擴散使成分均勻化，使成分均勻化，最終獲得與原合金成分相同的單相最終獲得與原合金成分相同的單相固溶體。固溶體。與純金屬一樣，與純金屬一樣，固溶體從液相中結(jié)晶出來的過程固溶體從液相中結(jié)晶出來的過程中，包括有生核與長大兩個過程，但固溶體更趨向中，包括有生核與長大兩個過程，但固溶體更趨向于于樹枝狀長大樹枝狀長大。133. 杠桿定律杠桿定律 在兩相區(qū)結(jié)晶過程中，兩相的成分和相對在兩相區(qū)結(jié)晶過程中，兩相的成分和相對量都在不斷變化。杠桿定律就是量都在不斷變化。杠桿定律就是確定確定兩相區(qū)兩相區(qū)內(nèi)內(nèi)平衡相的成分和平衡相的成分和相對重量相對重量的重要工具的重要工具。 杠桿定律可以計算勻晶相圖中兩相

9、區(qū)中兩杠桿定律可以計算勻晶相圖中兩相區(qū)中兩平衡相的相對質(zhì)量，也可以計算平衡相的相對質(zhì)量，也可以計算其它類型二元其它類型二元合金相圖合金相圖兩相區(qū)中兩平衡相的相對質(zhì)量。兩相區(qū)中兩平衡相的相對質(zhì)量。14勻晶相圖合金的結(jié)晶過程勻晶相圖合金的結(jié)晶過程QLQa15QLab= Qa bc 杠桿定律杠桿定律 杠桿的兩個杠桿的兩個端點端點為給定溫度時兩相的成分點，為給定溫度時兩相的成分點，而而支點支點為合金的成分點。為合金的成分點。杠桿定律與力學(xué)比喻杠桿定律與力學(xué)比喻QLQabcabQQ%L%aLa16【證明證明】Q合金，其中合金，其中Ni含量含量b%；T1溫度時，溫度時，L相中相中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%，

10、a相中相中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)c%。Q0 b%=QL a% + Qa c%又因為又因為 Q0=QL+Qa 所以所以 （QL+Qa ） b% = QL a% + Qa c%bcabbcabQQLaQ0合金總質(zhì)量，合金總質(zhì)量，QL液相質(zhì)量，液相質(zhì)量，Qa固相質(zhì)量。固相質(zhì)量。17 由杠桿定律可算出由杠桿定律可算出T1時液相和固相在合金中質(zhì)量分?jǐn)?shù)：時液相和固相在合金中質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 運用杠桿定律時注意，它只適用于相圖中的運用杠桿定律時注意，它只適用于相圖中的兩相兩相區(qū)區(qū)，并且只能在，并且只能在平衡狀態(tài)下使用平衡狀態(tài)下使用。 杠桿定律的應(yīng)用：杠桿定律的應(yīng)用： 確定某一溫度下兩平衡相的成分；確定某一溫度下兩平

11、衡相的成分； 確定某一溫度下兩平衡相的相對量。確定某一溫度下兩平衡相的相對量。acabaQQacbcLQQ%,%0a0L18實際金屬的結(jié)晶主要以樹枝狀長大：實際金屬的結(jié)晶主要以樹枝狀長大：這是由于這是由于當(dāng)冷卻當(dāng)冷卻速度較大，特別是存在有雜質(zhì)時，晶體與液體界面的速度較大，特別是存在有雜質(zhì)時，晶體與液體界面的溫度會溫度會高于高于近處液體的溫度，形成近處液體的溫度，形成負(fù)溫度梯度負(fù)溫度梯度，且且晶晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸一次軸，一，一次軸又會產(chǎn)生次軸又會產(chǎn)生二次軸二次軸，樹枝間最后被填充。，樹枝間最后被填充。4. 非平衡結(jié)晶與枝晶偏析非平衡結(jié)

12、晶與枝晶偏析19 固溶體結(jié)晶時成分是變化的，如果冷卻較快，固溶體結(jié)晶時成分是變化的，如果冷卻較快，原子擴散不原子擴散不能充分進(jìn)行能充分進(jìn)行，則形成成分不均勻的固溶體。，則形成成分不均勻的固溶體。 一個晶粒中一個晶粒中先結(jié)晶先結(jié)晶的樹枝晶晶枝的樹枝晶晶枝含高熔點組元較多含高熔點組元較多，后結(jié)后結(jié)晶晶的樹枝晶晶枝含的樹枝晶晶枝含低熔點組元較多低熔點組元較多，結(jié)果造成在一個晶粒結(jié)果造成在一個晶粒內(nèi)化學(xué)成分的分布不均，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)化學(xué)成分的分布不均，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析枝晶偏析。 消除枝晶偏析的方法采用消除枝晶偏析的方法采用擴散退火（或均勻化退火）擴散退火（或均勻化退火）。性能不均勻性能不均勻成分不

13、均勻成分不均勻組織不均勻組織不均勻富富Ni區(qū)區(qū)富富Cu區(qū)區(qū)20PbSn合金相圖合金相圖一定成分的均勻液相，一定成分的均勻液相，在一定溫度下，從液相在一定溫度下，從液相中同時結(jié)晶出兩種不同中同時結(jié)晶出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變稱為固相的轉(zhuǎn)變稱為共晶轉(zhuǎn)共晶轉(zhuǎn)變變。所生成的兩相混合。所生成的兩相混合物叫物叫共晶體共晶體。水平線。水平線ced為為共晶反應(yīng)線共晶反應(yīng)線。L1. 相圖分析相圖分析4.2.2 共晶相圖共晶相圖21組元組元: : Pb，Sn相相: : L，（是是Sn在在Pb中的有限固溶體；中的有限固溶體；是是Pb在在Sn中的有限固溶體）中的有限固溶體）點、線：點、線：a，b，c，d，e液相線液相線 ：

14、 aeb 固相線固相線 ： acedb 共晶反應(yīng)線共晶反應(yīng)線：ced，在共晶溫度發(fā)生共晶反應(yīng)，轉(zhuǎn)變過程中，在共晶溫度發(fā)生共晶反應(yīng)，轉(zhuǎn)變過程中 是三相（是三相（L， ， ）共存。共存。 溶解度線溶解度線：cf ， Sn在在Pb中的溶解度線，或稱中的溶解度線，或稱相的固溶線；相的固溶線； 固溶體中固溶體中Sn 的溶解度極限曲線的溶解度極限曲線； dg ， Pb在在Sn中溶解度線，或稱中溶解度線，或稱相的固溶線；相的固溶線； 固溶體中固溶體中Pb的溶解度極限曲線。的溶解度極限曲線。共晶相圖：共晶相圖：兩組元液態(tài)時彼此兩組元液態(tài)時彼此無限無限互溶互溶，固態(tài)下彼此，固態(tài)下彼此部分固溶部分固溶，并發(fā)，并發(fā)

15、生共晶轉(zhuǎn)變的合金系形成的相圖。生共晶轉(zhuǎn)變的合金系形成的相圖。22 相區(qū)：相區(qū)：三個單相區(qū)三個單相區(qū)：L、（、是有限固溶體）是有限固溶體）三個雙相區(qū)三個雙相區(qū)：L+、 L +、 +三相區(qū)三相區(qū)： L+ （共晶點）（共晶點） 共晶體：共晶體： 共晶反應(yīng)產(chǎn)生共晶體（共晶反應(yīng)產(chǎn)生共晶體（+）23(1)合金合金IV的平衡結(jié)晶過程的平衡結(jié)晶過程溫度降低，固溶體溶解度下溫度降低，固溶體溶解度下降。從固態(tài)降。從固態(tài)相中析出相中析出富富Sn的的相稱為二次相稱為二次，常寫作常寫作。這種二次結(jié)晶可表示為這種二次結(jié)晶可表示為 。由于固溶體中溶解度的減少而析出另一固相的反應(yīng)叫由于固溶體中溶解度的減少而析出另一固相的反應(yīng)

16、叫二次析出反應(yīng)或脫溶過程二次析出反應(yīng)或脫溶過程。2. 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程 0 1 2 3 4勻晶勻晶 不變不變 析出析出富富Sn的的相在冷卻過程中，相在冷卻過程中，當(dāng)超過其固溶度時，會析出當(dāng)超過其固溶度時，會析出低低Sn的的相，相，。24室溫組織：室溫組織：+IIII合金合金IVIV冷卻曲線及結(jié)晶過程冷卻曲線及結(jié)晶過程二次相通常沿初生相二次相通常沿初生相的晶界析出，也可在的晶界析出，也可在晶內(nèi)沿缺陷處析出。晶內(nèi)沿缺陷處析出。25運用杠桿定律，兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：運用杠桿定律，兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 合金合金IV室溫室溫組織組織由由和和兩兩相相組成。組成。）或%1%(%100%100%II4II

17、4fgfxfggx26（ 共晶合金）共晶合金） Le c + d合金室溫組織全部為共晶體，即只含合金室溫組織全部為共晶體，即只含一種組織一種組織組成物組成物（即（即共晶體共晶體）；而其組成相仍為）；而其組成相仍為和和兩相兩相。(2)合金合金I的平衡結(jié)晶過程的平衡結(jié)晶過程27 共晶合金組織的形態(tài)共晶合金組織的形態(tài)( 機械混合物，兩相機械混合物，兩相交替分布，黑色片層交替分布，黑色片層為富為富Pb的的相，白色相，白色基體為富基體為富Sn的的相）相）室溫時：室溫時：合金的室溫組織為共晶體合金的室溫組織為共晶體, 即只含即只含一種組織一種組織組成物組成物; 其組成其組成相相仍為仍為 和和 相。相。共晶

18、轉(zhuǎn)變溫度時：共晶轉(zhuǎn)變溫度時：相組成物相組成物， cdcecded,共晶轉(zhuǎn)變溫度以下：共晶轉(zhuǎn)變溫度以下：共晶體中共晶體中和和二次結(jié)晶二次結(jié)晶, 從從 中析出中析出II, 從從 中析出中析出II。成分由成分由 cf, 成分由成分由 d g。兩種相的相對重量依杠桿定律變化兩種相的相對重量依杠桿定律變化。II和和II 同同和和相連在一起相連在一起, 共晶體形共晶體形態(tài)和成分不發(fā)生變化態(tài)和成分不發(fā)生變化。28（亞共晶合金）亞共晶合金）結(jié)晶過程分三個階段，即結(jié)晶過程分三個階段，即相析出相析出 +共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)+二次結(jié)晶反應(yīng)。二次結(jié)晶反應(yīng)。 L初初+L 初初+（c+d) 初初+II+（+）【共晶組織中二次

19、相的析出忽略共晶組織中二次相的析出忽略】合金室溫組織：合金室溫組織：初生初生+(+)，合金組成相：合金組成相：和和。(3)合金合金II的平衡結(jié)晶過程的平衡結(jié)晶過程29PbSn亞共晶組織亞共晶組織黑色斑狀組織（三維形態(tài)黑色斑狀組織（三維形態(tài)為粗大樹枝晶）為初生相為粗大樹枝晶）為初生相共晶組織共晶組織(+)二次相二次相30室溫下，室溫下，組成相組成相(，)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)： %100%3fggx%100%3fgfx31組織組成物組織組成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 在共晶溫度時在共晶溫度時%1002%L%1002ceccee初32室溫下室溫下初生初生+(+)，次生相次生相 與初生相與初生相 成分和成分和

20、結(jié)構(gòu)完全相同，是結(jié)構(gòu)完全相同，是同一種同一種相相；但形貌特征、分布完；但形貌特征、分布完全不同，屬于全不同，屬于兩種組織兩種組織。%1002%cec%1002%IIceefgfcfgfc初%1002%ceefggcfggc初初33位于共晶點位于共晶點e點右側(cè)和點右側(cè)和d點以左的合金稱為點以左的合金稱為過共過共晶合金晶合金。(4) 合金合金III的平衡結(jié)晶過程的平衡結(jié)晶過程（過共晶合金）過共晶合金）合金合金III結(jié)晶過程與合金結(jié)晶過程與合金II相似，只是勻晶產(chǎn)物相似，只是勻晶產(chǎn)物為初晶為初晶 ，二次結(jié)晶產(chǎn)，二次結(jié)晶產(chǎn)物為物為 。室溫組織為室溫組織為 +（ + ）+ 。34組織標(biāo)注相圖組織標(biāo)注相圖

21、 填寫組織組成物的填寫組織組成物的PbSn相圖相圖35 PtAg合金相圖合金相圖 包晶包晶 L+1. 包晶相圖包晶相圖4.2.3 包晶相圖及其它類型相圖包晶相圖及其它類型相圖 包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變是指是指一定成分的一定成分的固相固相與與一定成分的一定成分的液相液相相相互作用，在一定溫互作用，在一定溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)槎认罗D(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€另一個新固相新固相。362. 具有穩(wěn)定化合物的二元相圖具有穩(wěn)定化合物的二元相圖37在二元合金中，若合金冷卻到固態(tài)時，還能發(fā)生由在二元合金中，若合金冷卻到固態(tài)時，還能發(fā)生由一一個固相同時分解形成兩個新的固相個固相同時分解形成兩個新的固相，這種相圖叫，這種相圖叫共析共析相圖相圖。此

22、兩相混合物稱為。此兩相混合物稱為共析體共析體。與共晶反應(yīng)不同點：與共晶反應(yīng)不同點：1）共析反應(yīng)是固態(tài)反應(yīng)，原子的擴散困難，組織更）共析反應(yīng)是固態(tài)反應(yīng)，原子的擴散困難，組織更細(xì)。細(xì)。2）因母相與子相的比容不同，反應(yīng)后易引起較大的）因母相與子相的比容不同，反應(yīng)后易引起較大的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力。3. 共析相圖共析相圖38具有共析反應(yīng)的二元合金相圖具有共析反應(yīng)的二元合金相圖39勻晶勻晶L 共晶共晶L+ 共析共析 + 包晶包晶L+40二元合金兩相平衡時，兩相成分均隨溫度而變化。其具體二元合金兩相平衡時，兩相成分均隨溫度而變化。其具體數(shù)值可由恒溫水平線與兩相區(qū)相界線的交點來確定。溫度數(shù)值可由恒溫水平線與兩相區(qū)

23、相界線的交點來確定。溫度變化時，兩平衡相成分也分別沿兩條相界線相應(yīng)變化。變化時，兩平衡相成分也分別沿兩條相界線相應(yīng)變化。二元相圖的二元相圖的三相平衡區(qū)三相平衡區(qū)是一條水平線。它與三個單相區(qū)均是一條水平線。它與三個單相區(qū)均以以點接觸點接觸。從三個單相區(qū)的相互位置，可以判斷三相平衡。從三個單相區(qū)的相互位置，可以判斷三相平衡的性質(zhì)。的性質(zhì)。分析復(fù)雜相圖時，首先要弄清單相區(qū)，然后找出三相區(qū)、分析復(fù)雜相圖時，首先要弄清單相區(qū)，然后找出三相區(qū)、三相點，再弄清三相平衡轉(zhuǎn)變類型。三相點，再弄清三相平衡轉(zhuǎn)變類型。牢記：牢記：兩個單相區(qū)之間必有一個由這兩相組成的兩個單相區(qū)之間必有一個由這兩相組成的兩相區(qū)隔兩相區(qū)隔

24、開開，而不能以一條直線接界；兩個兩相區(qū)之間必須以一個，而不能以一條直線接界；兩個兩相區(qū)之間必須以一個單相區(qū)單相區(qū)或或三相區(qū)三相區(qū)隔開。隔開。相區(qū)接觸法則相區(qū)接觸法則：相圖中相鄰相區(qū)相相圖中相鄰相區(qū)相數(shù)之差均為數(shù)之差均為1（點接觸除外）（點接觸除外）。二元合金相圖小結(jié)二元合金相圖小結(jié)41 合金性能取決于其成分和組織，而相圖表明不同成分合金在合金性能取決于其成分和組織，而相圖表明不同成分合金在不同溫度下的平衡組織，可見合金性能與相圖之間存在聯(lián)系。不同溫度下的平衡組織，可見合金性能與相圖之間存在聯(lián)系。4.3.1 相圖與合金力學(xué)性能、物理性能的關(guān)系相圖與合金力學(xué)性能、物理性能的關(guān)系勻晶相圖：勻晶相圖：

25、 溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素晶格畸變大晶格畸變大強度、硬度強度、硬度，電阻率，電阻率共晶相圖：共晶相圖： 在單相區(qū)與勻晶相圖相同。在單相區(qū)與勻晶相圖相同。復(fù)相組織區(qū)復(fù)相組織區(qū)（如共晶轉(zhuǎn)變范圍），（如共晶轉(zhuǎn)變范圍），合金的強度、硬度和物理性能隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致合金的強度、硬度和物理性能隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值。是兩相性能的算術(shù)平均值。HB=HB % + HB % 對組織較敏感的性能對組織較敏感的性能（強度（強度），與組成相或組織組成物的形態(tài)與組成相或組織組成物的形態(tài)關(guān)系密切。組成相或組織組成物關(guān)系密切。組成相或組織組成物越細(xì)密越細(xì)密，強度越高強度越高。 共晶點處共晶點處

26、，共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織，強度達(dá)最共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織，強度達(dá)最高值。高值。424.3.2 相圖與合金鑄造性能的關(guān)系相圖與合金鑄造性能的關(guān)系鑄造性能鑄造性能 液態(tài)合金的液態(tài)合金的流動性流動性以及產(chǎn)生以及產(chǎn)生縮孔、縮松縮孔、縮松和和偏析傾向偏析傾向等。等。液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小合金的流動性好合金的流動性好有有 利于澆注。利于澆注。液固相線距離大液固相線距離大枝晶偏析傾向愈大，合金流動性愈差，形成枝晶偏析傾向愈大，合金流動性愈差，形成 分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化。分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化。因此鑄造合金的成

27、分常取因此鑄造合金的成分常取共晶成分共晶成分和和接近共晶成分接近共晶成分或選擇或選擇結(jié)晶結(jié)晶 溫度間隙最小溫度間隙最小的成分。這種成分合金流動性好，易形成集中縮的成分。這種成分合金流動性好，易形成集中縮 孔孔 ，鑄件致密，鑄造性能最好。，鑄件致密，鑄造性能最好。434.4.1 鐵碳合金的組元分析鐵碳合金的組元分析 (1) 純純Fe組元組元 -Fe (bcc) -Fe (fcc) -Fe (bcc) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 韌性、塑性好韌性、塑性好; 強度低、硬度低。強度低、硬度低。9121394純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化( (體心立方體心立方) )( (體心立方

28、體心立方) )( (面心立方面心立方) )158344(2) 滲碳體滲碳體( Fe3C)l具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，F(xiàn)e原子與原子與C原子原子之比之比3：1。lFe3C熔點高（熔點高（1227），），不發(fā)生不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。lFe3C硬而脆硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。，塑性、韌性幾乎為零。l室溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金中的碳大多以室溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金中的碳大多以Fe3C形式存在。形式存在。454.4.2 Fe-Fe3C相圖分析相圖分析 1. 五個基本相五個基本相SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeF

29、e3CC%46Fe-Fe3C五個基本相之一(1) 液相液相L液相液相L是鐵與碳的液溶體。是鐵與碳的液溶體。47(2) 相相l(xiāng)碳在碳在-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方中的間隙固溶體，呈體心立方晶格，在晶格，在1394以上存在。以上存在。l稱為稱為固溶體，又稱固溶體，又稱高溫鐵素體高溫鐵素體。l碳在碳在-Fe中的最大溶解度為中的最大溶解度為1495時的時的0.09%（H點點）。）。Fe-Fe3C五個基本相之二48Fe-Fe3C五個基本相之三(3) 相相 l碳在碳在-Fe中的間隙固溶體，呈面心立方中的間隙固溶體，呈面心立方晶格。晶格。l常稱常稱奧氏體奧氏體，用符號，用符號A表示表示.l奧氏體中碳的固

30、溶度較大，在奧氏體中碳的固溶度較大，在1148時時碳溶量最大達(dá)碳溶量最大達(dá)2.11%（E點點）。）。l奧氏體的強度較低，硬度不高，易于塑奧氏體的強度較低，硬度不高，易于塑性變形。性變形。49(4) 相相l(xiāng)碳在碳在-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方中的間隙固溶體，呈體心立方晶格。晶格。l也稱也稱鐵素體鐵素體，用符號，用符號F 或或表示。表示。l碳在碳在-Fe中的最大溶解度為中的最大溶解度為727時的時的0.0218%（P點點）。）。l 強度、硬度低；塑性好。強度、硬度低；塑性好。Fe-Fe3C五個基本相之四50(5) Fe3C相相l(xiāng) 是一個是一個化合物相化合物相，滲碳體根據(jù)生成條件，滲碳體根據(jù)生成

31、條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，是鋼中主要的強化相，對鐵碳合金的力是鋼中主要的強化相，對鐵碳合金的力學(xué)性能有很大影響。學(xué)性能有很大影響。l由于由于Fe3C是是穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物， Fe3C相區(qū)在碳相區(qū)在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%的成分垂線上的成分垂線上（DFK）。）。Fe-Fe3C五個基本相之五51SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%2. 特性點特性點【A點點】52l溫度溫度：1538；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0%；l意義意義：純鐵的熔點。：純鐵的熔點。53SPNJHGEC

32、BA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【B點點】54l溫度溫度：1495；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.53%；l意義意義：包晶轉(zhuǎn)變時：包晶轉(zhuǎn)變時（LB + H AJ）液液相合金的成分。相合金的成分。55SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【C點點】56l溫度溫度：1148；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：4.30%；l意義意義：共晶點，：共晶點，LC AE+Fe3C57SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【D點點】58l溫度

33、溫度：1227；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：6.69%；l意義意義：Fe3C的熔點。的熔點。59SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【E點點】60l溫度溫度：1148；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：2.11%；l意義意義：碳在：碳在-Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。61SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【G點點】62l溫度溫度：912；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0%；l意義意義：-Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。63SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L

34、+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【H點點】64l溫度溫度：1495；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.09%；l意義意義：碳在：碳在 -Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。65SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【J點點】66l溫度溫度：1495；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.17%；l意義意義：包晶點，：包晶點， LB + HAJ67SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【N點點】68l溫度溫度：1394；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0%；l意義意義：

35、 -Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點。69SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【P點點】70l溫度溫度：727；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.0218%；l意義意義： 碳在碳在-Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。71SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【S點點】72l溫度溫度：727；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.77%；l意義意義： 共析點，共析點，ASFP+Fe3C73SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD

36、 FeFe3CC%Q【Q點點】74l溫度溫度：600；l碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.0057%；l意義意義：600時碳在時碳在-Fe中的溶解度。中的溶解度。l（室溫，（室溫， 0.0008%，室溫時碳在，室溫時碳在-Fe中的溶解度）中的溶解度）75(1) 三條水平線三條水平線(三個重要點三個重要點)3. 特性線特性線SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【線線1】76 包晶點包晶點J與包晶轉(zhuǎn)變線與包晶轉(zhuǎn)變線HJBl1495 ，C%=0.17 LB+HAJ l即即 L0.53+ 0.09 A0.17l包晶反應(yīng)生成碳在包晶反應(yīng)生成碳在

37、-Fe中的間隙固溶體，即中的間隙固溶體，即奧氏體組織，用奧氏體組織，用A表示。表示。l碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.09%0.53%的鐵碳合金在平的鐵碳合金在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生包晶反應(yīng)。衡結(jié)晶過程中均發(fā)生包晶反應(yīng)。77SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【線線2】78 共晶點共晶點C與共晶轉(zhuǎn)變線與共晶轉(zhuǎn)變線ECFl1148 ，C%=4.3%，LC AE + Fe3CF （共晶滲碳體）（共晶滲碳體）lL4.3 A2.11+Fe3C6.69l共晶反應(yīng)產(chǎn)物是奧氏體共晶反應(yīng)產(chǎn)物是奧氏體(A)與與滲碳體滲碳體(Fe3C)的的機械混合物，

38、稱為機械混合物，稱為萊氏體萊氏體組織組織(Ld)。l碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11%6.69%間的鐵碳合間的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。79SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【線線3】80 共析點共析點S與共析轉(zhuǎn)變線與共析轉(zhuǎn)變線PSKA1線線727 ，C%=0.77% AS FP+Fe3C（共析滲碳體）共析滲碳體）A0.77 F0.0218+Fe3C共析反應(yīng)產(chǎn)物是共析反應(yīng)產(chǎn)物是鐵素體鐵素體與與滲碳體滲碳體的機械混合物，稱的機械混合物，稱珠光珠光體體，以，以P表示。表示。

39、在顯微鏡下珠光體形態(tài)呈片狀。在放大倍數(shù)很高時，可在顯微鏡下珠光體形態(tài)呈片狀。在放大倍數(shù)很高時，可清楚看到相間分布的滲碳體片清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）（窄條）與鐵素體與鐵素體（寬（寬條）條）。珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于。珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3C和和F之間。之間。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0218%6.69%的鐵碳合金，在平衡結(jié)的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。PSK線亦稱線亦稱A1線。線。81(2) 液固相線固相線固相線AHJECFSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD F

40、eFe3CC%Q液相線液相線ABCD82(3) 溶解度線溶解度線SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【ES線線】83l ES線線：碳在奧氏體：碳在奧氏體A中的固溶線中的固溶線Acml1148 ，2.11%（E）；l727 ，0.77% （S）l碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.77%的鐵碳合金自的鐵碳合金自1148冷至冷至727的過程中，將從的過程中，將從A中析出中析出Fe3C，稱為，稱為二次滲碳體二次滲碳體（Fe3C）。）。84SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3

41、CC%Q【PQ線線】85l PQ線線：碳在鐵素體：碳在鐵素體F中的固溶線中的固溶線l727 ，0.0218%l室溫，室溫，0.0008%。l鐵碳合金自鐵碳合金自727冷至室溫的過程中，將從冷至室溫的過程中，將從F中析出中析出Fe3C，稱為，稱為三次滲碳體三次滲碳體（Fe3C）。）。Fe3C數(shù)量極少，往往予以忽略。數(shù)量極少，往往予以忽略。 86(4) GS線線A3線線合金冷卻時自奧氏體合金冷卻時自奧氏體A中開始析出鐵中開始析出鐵素體素體F的開始線；的開始線；或者或者，加熱時，加熱時F溶溶入入A的終了線。的終了線。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD

42、 FeFe3CC%Q871. 鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類 根據(jù)根據(jù)Fe-Fe3C相圖，鐵碳合金可分為相圖，鐵碳合金可分為三類三類： (1) 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵wc 0.0218% (2) 鋼鋼0.0218% wc 2.11% (3) 白口鑄鐵白口鑄鐵2.11% wc 6.69% 4.4.3 鐵碳合金平衡結(jié)晶分析鐵碳合金平衡結(jié)晶分析88工業(yè)純鐵室溫平衡組織為工業(yè)純鐵室溫平衡組織為鐵素體鐵素體（F），），呈白色呈白色狀。強度低、硬度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。狀。強度低、硬度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。鋼的共同特點：高溫下都有塑性良好的鋼的共同特點：高溫下都有塑性良好的奧氏體奧氏體（A）組織，適合于壓力加工。

43、組織，適合于壓力加工。白口白口鑄鑄鐵因為在高溫時都有脆性的鐵因為在高溫時都有脆性的共晶萊氏體共晶萊氏體，所以不能進(jìn)行鍛壓；但共晶成分合金的流動性好，所以不能進(jìn)行鍛壓；但共晶成分合金的流動性好，適合于鑄造。適合于鑄造。892. 典型合金的結(jié)晶典型合金的結(jié)晶(1) 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 wc 0.0218%90SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3CKFD FeFe3CQ wc=0.01%1234567勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)螡B碳體三次滲碳體Fe3CIIFe3CIII91相組成物：相組成物： Fe3C ；F 相相對量

44、：相相對量： 組織組成物：組織組成物：F（等軸晶）等軸晶）和和Fe3CIII（小片狀）小片狀）%1000008. 069. 669. 6%Fx%1000008. 069. 60008. 0%CFe3x92工業(yè)純鐵組織金相圖工業(yè)純鐵組織金相圖93(2) 共析鋼共析鋼 wc=0.77%123勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變94相組成物：相組成物：F和和Fe3C 組織組成物組織組成物 ： P (層片狀層片狀) 100%88%10069. 677. 069. 6%F%12%88%100%CFe3共析鋼金相共析鋼金相組織組織圖圖95(3)亞亞共析鋼共析鋼(0.0218%C%0.77%) wc=0.45%

45、【簡化處理簡化處理】不考慮包晶反應(yīng)，不考慮包晶反應(yīng)，即忽略即忽略P40，圖，圖3-3中合金中合金(3)中的中的12部分。部分。1以上以上12233444相中析相中析出出相相共析反應(yīng)：共析反應(yīng)：鐵素體鐵素體Fe3C先共析鐵素體先共析鐵素體先共析先共析FP96亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖先共析鐵素體先共析鐵素體珠光體珠光體97相組成物相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：相相對量：組織組成物：組織組成物：F、P%10069. 669. 6%F1x%10069. 60%CFe13x%1000218. 077. 00218. 0%P1x%P1%F98(4) 過共析鋼過共析鋼(0.77%C%2.11%

46、) wc=1.2%沿沿A晶界析晶界析出出Fe3CII共析反應(yīng)：共析反應(yīng)：鐵素體鐵素體Fe3C (P)99Fe3CIIP過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖100相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C 組織組成物：組織組成物：P，F(xiàn)e3CII組織相對量：組織相對量： %10069. 60%CFe23x%10069. 669. 6%F2x%10077. 069. 677. 0%CFe2II3x%10077. 069. 669. 6%P2x101(5) 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵(C%=4.3%)12LLd(A+Fe3C共晶共晶) A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII 變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體Ld (P+Fe3C

47、共晶共晶+Fe3CII) 102共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鐵組織金相圖103相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C 組織組成物：組織組成物：Ld%10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx104(6) 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.11%C%4.3%) wc=3.0%123105亞共晶白口鐵組織金相圖亞共晶白口鐵組織金相圖PLd沿邊界分布沿邊界分布的的Fe3CII106室溫相組成物：室溫相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：相相對量： %10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx107室溫組織組成物：室溫組織組成物：P，Ld，F(xiàn)e3CII初晶初晶 ：Ld：%10011. 23 . 43 . 4%x%10011. 23 . 411. 2%Ldx第第1步：步：108第第2步：步：從初晶從初晶相中析出相中析出的的Fe3CII和和P:%)(77. 0)(69. 6)(77. 0)(1