第三章 凝固與二元合金相圖

1、第三章第三章 凝固與二元合金相圖凝固與二元合金相圖第三章 凝固與二元合金相圖本章重點(diǎn)：鐵碳合金相圖及其應(yīng)用。本章難點(diǎn)：鐵碳合金相圖的分析學(xué)習(xí)目標(biāo)：本章通過學(xué)習(xí)金屬和合金結(jié)晶的基 本理論和基本規(guī)律，熟悉鐵碳合金 成分、組織和溫度之間的關(guān)系，能 夠應(yīng)用鐵碳相圖分析和推斷鐵碳合 金的性能，為制定加工工藝提供必 要的理論基礎(chǔ)。主 要 內(nèi) 容第一節(jié)：金屬的結(jié)晶第二節(jié)：合金的結(jié)晶二元合金相圖第三節(jié)：鐵碳合金相圖第四節(jié)：合金相圖的應(yīng)用第一節(jié) 金屬的結(jié)晶 1、結(jié)晶： 金屬與合金自液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，是原子由不規(guī)則排列的液體狀態(tài)逐步過渡到原子作規(guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程，稱之為結(jié)晶。 金屬材料（除粉末冶金材

2、料外）都需要經(jīng)過熔煉和澆注，也就是說都要經(jīng)歷一個結(jié)晶的過程。結(jié)晶過程中形成的組織不僅影響其鑄態(tài)性能，而且也影響材料隨后的加工性能和力學(xué)性能，因此，研究并控制金屬材料的結(jié)晶過程，對改善材料的組織和力學(xué)性能都有重要的意義。 大多數(shù)工程用的金屬材料都是合金，其結(jié)晶過程較純金屬要復(fù)雜的多。二元合金相圖是描述合金結(jié)晶過程最重要的圖解，它反映不同成分合金在不同溫度下的組成相及相平衡關(guān)系，是研究合金液態(tài)結(jié)晶（凝固）以及固態(tài)結(jié)晶（固態(tài)相變）過程、確定合金組織組成、推斷合金性能的有力工具。 一次結(jié)晶：金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的轉(zhuǎn)變成為一次結(jié)晶。 二次結(jié)晶：金屬從一種固態(tài)過渡為另一種固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為二次結(jié)晶。 純金

3、屬的結(jié)晶過程： 在冷卻曲線上的水平線段內(nèi)發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)證明：金屬結(jié)晶時，首先從液體金屬中自發(fā)結(jié)晶成一批結(jié)晶核心，與此同時，某些外來的難熔質(zhì)點(diǎn)也可以充當(dāng)晶核，形成非自發(fā)晶核；隨著時間的推移，已形成的晶核不斷長大，并繼續(xù)產(chǎn)生新的晶核，直到液體金屬全部消失，晶體彼此接觸為止。所以結(jié)晶過程就是不斷地形核和晶核不斷長大的過程。理論結(jié)晶溫度曲線理論結(jié)晶溫度曲線 實(shí)際結(jié)晶溫度曲線實(shí)際結(jié)晶溫度曲線 一、結(jié)晶的熱力學(xué)條件金屬的溫度金屬的溫度-時間曲線時間曲線1.平衡結(jié)晶溫度：每一種物質(zhì)都有自己的平衡結(jié)晶溫度或者稱為理論結(jié)晶溫度（Tm）又稱為熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)。2. 過冷現(xiàn)象：在實(shí)際結(jié)晶過程中，實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)

4、晶溫度的，這種現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。3. 平衡結(jié)晶溫度Tm與實(shí)際結(jié)晶溫度Tn之間的差值稱為過冷度。T= Tm Tn金屬自由能與溫度的關(guān)系金屬自由能與溫度的關(guān)系自由能自由能溫度溫度1.自由能 free energy ：在熱力學(xué)當(dāng)中，自由能指的是在某一個熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)減少的內(nèi)能中可以轉(zhuǎn)化為對外做功的部分，它衡量的是：在一個特定的熱力學(xué)過程中，系統(tǒng)可對外輸出的“有用能量”。用G表示，在壓力不變時，是溫度的函數(shù)。2. 結(jié)晶過程系統(tǒng)自由能降低。 G 0，結(jié)晶變?yōu)樽园l(fā)過程。3. 液相與固相自由能差值G= GS GL0熱力學(xué)角度由上述兩圖可以看出：由上述兩圖可以看出：（1）金屬在平衡結(jié)晶溫度）金屬在平衡結(jié)晶

5、溫度Tm時并不會結(jié)晶，只有冷卻時并不會結(jié)晶，只有冷卻到明顯低于理論結(jié)晶溫度后，才會開始結(jié)晶，并釋放出到明顯低于理論結(jié)晶溫度后，才會開始結(jié)晶，并釋放出潛熱，使溫度回升到接近理論結(jié)晶溫度。可以說一定的潛熱，使溫度回升到接近理論結(jié)晶溫度?？梢哉f一定的過冷度過冷度T是金屬結(jié)晶的必要條件。是金屬結(jié)晶的必要條件。（2）從自由能）從自由能溫度關(guān)系曲線上也可以看出，在理論溫度關(guān)系曲線上也可以看出，在理論的結(jié)晶溫度，液相和固相的自由能相等，處于兩相平衡的結(jié)晶溫度，液相和固相的自由能相等，處于兩相平衡狀態(tài)，液狀態(tài)，液-固兩相可以共存。高于溫度固兩相可以共存。高于溫度Tm時，液相比固時，液相比固相的自由能低，金屬處

6、于液相是穩(wěn)定的。而低于溫度相的自由能低，金屬處于液相是穩(wěn)定的。而低于溫度Tm時，金屬的穩(wěn)定狀態(tài)為固相。因此，金屬要結(jié)晶，時，金屬的穩(wěn)定狀態(tài)為固相。因此，金屬要結(jié)晶，就必須處于理論結(jié)晶溫度以下。此時，液就必須處于理論結(jié)晶溫度以下。此時，液-固兩相之間固兩相之間有一自由能差有一自由能差G G，這個能量差就是金屬液體結(jié)晶的驅(qū)，這個能量差就是金屬液體結(jié)晶的驅(qū)動力。動力。二、結(jié)晶過程二、結(jié)晶過程結(jié)晶的過程包括結(jié)晶的過程包括形核和長大形核和長大兩個過程。兩個過程。1、晶核的形成、晶核的形成自發(fā)形核和非自發(fā)形核。后者是金屬形核的主要方式。晶核一自發(fā)形核和非自發(fā)形核。后者是金屬形核的主要方式。晶核一旦形成便開

7、始長大，形成所謂的旦形成便開始長大，形成所謂的“樹枝晶樹枝晶”。1.平面長大平面長大 2.樹枝狀長大樹枝狀長大2、晶核長大、晶核長大晶核長大也有兩種方式晶核長大也有兩種方式（1）平面長大）平面長大（2）樹枝狀長大）樹枝狀長大顯微電鏡拍攝晶核的樹枝狀長大過程顯微電鏡拍攝晶核的樹枝狀長大過程3、鑄錠組織3、鑄錠組織鑄錠結(jié)構(gòu)示意圖鑄錠結(jié)構(gòu)示意圖1-細(xì)晶區(qū)細(xì)晶區(qū) 2-柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū) 3-等軸晶區(qū)等軸晶區(qū)3、鑄錠組織三、晶粒大小及其控制1、晶粒形狀和大小對性能的影響 （1）細(xì)晶強(qiáng)化：金屬結(jié)晶后形成多晶體結(jié)構(gòu)。晶粒的大小是金屬組織的重要評定指標(biāo)之一，它直接影響金屬的性能。細(xì)小的晶粒，可以使金屬獲得更高的

8、強(qiáng)度和硬度，與此同時還可以提高金屬的韌性，是提高金屬強(qiáng)度和韌性非常重要的方法，這種工藝方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。 因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免柱狀晶粒的出現(xiàn)。特出情況下，如飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片，定向凝固方法獲得單晶柱狀晶。（2）晶粒大小的控制在實(shí)際生產(chǎn)中，一般通過增大過冷度，也就是增大冷卻速在實(shí)際生產(chǎn)中，一般通過增大過冷度，也就是增大冷卻速度。例如降低澆注溫度、導(dǎo)熱性強(qiáng)鑄模、冷卻介質(zhì)等。度。例如降低澆注溫度、導(dǎo)熱性強(qiáng)鑄模、冷卻介質(zhì)等。進(jìn)行變質(zhì)處理進(jìn)行變質(zhì)處理 在金屬結(jié)晶前，向金屬液中加入某些物質(zhì)（變質(zhì)劑），形在金屬結(jié)晶前，向金屬液中加入某些物質(zhì)（變質(zhì)劑），形成大量分散的固體顆粒作為非自發(fā)形核的界面或起阻礙晶粒

9、成大量分散的固體顆粒作為非自發(fā)形核的界面或起阻礙晶粒長大的作用，從而獲得小晶粒，這種細(xì)化晶粒的方法稱為變長大的作用，從而獲得小晶粒，這種細(xì)化晶粒的方法稱為變質(zhì)處理。質(zhì)處理。附加振動：機(jī)械振動、超聲振動、電磁攪拌等。附加振動：機(jī)械振動、超聲振動、電磁攪拌等。三、晶粒大小及其控制（續(xù)）第二節(jié) 合金的結(jié)晶一、二元合金相圖的建立1.1.相圖的建立 以熱分析法為例說明如何測繪Cu-NiCu-Ni相圖，其步驟如下： （1 1）按質(zhì)量分?jǐn)?shù)先配制一系列具有代表性成分不同的Cu-NiCu-Ni合金。 （2 2）測出上述所配合金及純CuCu、純NiNi的冷卻曲線。 （3 3）求出各冷卻曲線上的臨界點(diǎn)。 純CuCu

10、、純NiNi的冷卻曲線上有 一平臺，表示其在恒溫下凝固。合金的冷卻曲線上沒有平臺，而為二次轉(zhuǎn)折，溫度較高的折點(diǎn)表示凝固的開始溫度，而溫度低的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)凝固的終結(jié)溫度。 （4 4）將各臨界點(diǎn)分別投到對應(yīng)的合金成分、溫度坐標(biāo)中，每個臨界點(diǎn)在二元相圖中對應(yīng)一個點(diǎn)。 （5 5）連接各相同意義的臨界點(diǎn)( (開始點(diǎn)或終了點(diǎn)) )就得到了Cu-NiCu-Ni合金的二元相圖。 德國耐馳同步熱分析儀STA449F3溫度范圍：室溫-16001. 室溫RT-1650（銠絲爐）2. 升降溫速率：0.001-50K/min（取決于爐體配置）3. 最大稱重量：10000 mg；4. 天平靈敏度：0.1 g；5. 溫度準(zhǔn)確

11、度：0.1；6. 溫度精度：0.01；7. 比熱精度：3%；8. 氣氛：惰性，氧化，還原，靜態(tài)，動態(tài)，真空；9. 真空密閉結(jié)構(gòu)，真空度10-2 mbar；熱分析法銅銅-鎳二元合金相圖鎳二元合金相圖2. 相圖的分析相圖的分析u勻晶相變勻晶相變:由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶相變。完全具有由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶相變。完全具有勻晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為勻晶相圖。它是兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限相互溶勻晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為勻晶相圖。它是兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限相互溶解的二元合金系相圖。解的二元合金系相圖。u固、液相線：在相圖中，由凝固開始溫度連接起來的線成為液相線。由固、液相線：在相圖

12、中，由凝固開始溫度連接起來的線成為液相線。由凝固終了溫度連接起來的線成為固相線。凝固終了溫度連接起來的線成為固相線。u相圖中由相界線劃分出來的區(qū)域稱為相區(qū)，表明在此范圍內(nèi)存在的平衡相圖中由相界線劃分出來的區(qū)域稱為相區(qū)，表明在此范圍內(nèi)存在的平衡相類型和數(shù)目。相類型和數(shù)目。 在二元合金系中有單相區(qū)、兩相區(qū)、三相區(qū)。單相區(qū)內(nèi)，在二元合金系中有單相區(qū)、兩相區(qū)、三相區(qū)。單相區(qū)內(nèi)，T和成分都可變。雙相區(qū)內(nèi)和成分都可變。雙相區(qū)內(nèi)T和成分只有一個可以獨(dú)立變化。若三相共存和成分只有一個可以獨(dú)立變化。若三相共存T和和成分都不變，屬恒溫轉(zhuǎn)變。成分都不變，屬恒溫轉(zhuǎn)變。u如圖所示的如圖所示的Cu-Ni相圖，它由一條液相

13、線和一條固相線組成，在液相線以相圖，它由一條液相線和一條固相線組成，在液相線以上區(qū)域，合金處于液態(tài)，稱為液相區(qū)上區(qū)域，合金處于液態(tài)，稱為液相區(qū)(用用L表示表示)；在固相線以下區(qū)域，合金；在固相線以下區(qū)域，合金處于固態(tài)，稱為固溶體區(qū)處于固態(tài)，稱為固溶體區(qū)(用用表示表示)；在兩個單相區(qū)之間，合金處于液、固；在兩個單相區(qū)之間，合金處于液、固兩相平衡區(qū)，即結(jié)晶區(qū)間，兩相平衡區(qū)，即結(jié)晶區(qū)間，(用用L+表示表示)。 Cu-Ni合金結(jié)晶過程示意圖合金結(jié)晶過程示意圖3. 合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程二、共晶相圖及共析相圖1. 1. 共晶相圖 組成共晶相圖的兩組元，其相互作用的特點(diǎn)是:液態(tài)下兩組元能無限互溶，固

14、態(tài)下只能部分互溶(形成有限固溶體或化合物)，甚至有時完全不溶，并具有共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變：是在一定條件下(溫度、成分)，由均勻液體中同時結(jié)晶出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變。所得到兩固相的混合物稱為共晶組織(體)。具有共晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為共晶相圖。 屬于二元共晶相圖的合金有：PbSn、PbSb等。Pb-Sn共晶相圖共晶相圖相圖的分析 相圖中有三個基本相：液相（相圖中有三個基本相：液相（L）、固相）、固相和和 相圖中有相線：液相線、固相線和共晶轉(zhuǎn)變線。共晶轉(zhuǎn)變線相圖中有相線：液相線、固相線和共晶轉(zhuǎn)變線。共晶轉(zhuǎn)變線是一條水平線，是是一條水平線，是L、和和三相共存的溫度和各相的成分。三相共存的溫度和各相的成分。成分

15、為成分為E的液相在該溫度下發(fā)生共晶反應(yīng)：的液相在該溫度下發(fā)生共晶反應(yīng)： LE M +N 共晶組織的特點(diǎn)是兩相細(xì)小的混合物。發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的溫度共晶組織的特點(diǎn)是兩相細(xì)小的混合物。發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的溫度稱為共晶溫度。發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的液相成分點(diǎn)稱為共晶溫度。發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的液相成分點(diǎn)E稱為共晶點(diǎn)或稱為共晶點(diǎn)或共晶成分。共晶成分。 相圖中相區(qū)：三個單相區(qū)相圖中相區(qū)：三個單相區(qū) L相區(qū)、相區(qū)、相區(qū)和相區(qū)和相區(qū)；三個雙相區(qū)；三個雙相區(qū)相區(qū) L+相區(qū)、相區(qū)、L+相區(qū)、相區(qū)、+相區(qū)；三相共存于相區(qū)；三相共存于MEN線線L+。 各相區(qū)中各相區(qū)中相相組成物：組成物： L、 各相區(qū)中各相區(qū)中組織組織組成物：組成物： 、+共晶

16、組織。共晶組織。 Ni-Sb共晶組織共晶組織Zn-Mg共晶組織共晶組織2.共析相圖共析轉(zhuǎn)變：在一定溫度下一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)榱韮晒参鲛D(zhuǎn)變：在一定溫度下一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)榱韮蓚€固相的過程。個固相的過程。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變相似，區(qū)別在于它是由一共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變相似，區(qū)別在于它是由一個固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨蓚€固相。個固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨蓚€固相。共析轉(zhuǎn)變對熱處理強(qiáng)化意義很大。鋼的熱處理共析轉(zhuǎn)變對熱處理強(qiáng)化意義很大。鋼的熱處理是以共析轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的。是以共析轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的。共共析析相相圖圖鋼的共析組織更為復(fù)雜相圖Ni-Sb相圖 晶格類型：晶格類型：BCC FCC BCC 致密度：致密度：0.68 （縮?。s

17、?。?0.74 （膨大）（膨大）0.68 熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：1538 性能：性能：b b ，HB ,HB , ,ak ,ak第三節(jié) 鐵碳合金相圖-Fe-Fe-Fe1394 912BCCBCCFCC一、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變二、鐵碳合金相圖u鐵碳合金：鋼和鑄鐵是應(yīng)用最廣的金屬材料，雖然它們的種類很多，成分不一，但是它們的基本組成都是鐵(Fe)和碳(C)兩種元素，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。u鐵碳相圖：一個較復(fù)雜的二元合金相圖，它描述了鋼鐵材料成分、溫度與組織之間的關(guān)系。u意義：鐵碳相圖是研究鐵碳合金的重要工具, 對于鋼鐵材料的研究和使用, 特別是熱加工工藝的制訂都有重要的指導(dǎo)意義。因此，學(xué)習(xí)鐵

18、碳相圖、掌握應(yīng)用鐵碳相圖的規(guī)律解決實(shí)際問題是非常重要的。鐵碳合金中的基本相u鐵素體（F）是C溶于-Fe形成的間隙固溶體。鐵素體的含碳量非常低，在727時C在-Fe中最大溶解量為0.0218%，室溫下含碳僅為0.005%，所以其性能與純鐵相似：硬度(HB5080)低，塑性(延伸率為30%50%)高。鐵素體的顯微組織與工業(yè)純鐵相同。晶粒常呈多邊形。u奧氏體(A): C溶解于-Fe形成的間隙固溶體，具有面心立方結(jié)構(gòu)，可以溶解較多的碳，1148時最多可以溶解2.11%的碳，到727時含碳量降到0.77%。奧氏體的硬度(HB170220)較低，塑性(延伸率為40%50%)高，適合壓力加工。uFe3C（C

19、m）：在鐵碳合金中，F(xiàn)e與C可以形成Fe3C，它硬而脆，是鐵碳合金中重要的強(qiáng)化相。鐵素體的顯微組織鐵素體的顯微組織奧氏體的顯微組織奧氏體的顯微組織鐵碳合金中的基本組織u珠光體（P）: 鐵素體F與Fe3C機(jī)械混合物。u萊氏體(Ld): A與Fe3C機(jī)械混合物。分為高溫萊氏體（Ld）和低溫萊氏體（Ld）高溫萊氏體（Ld）：液態(tài)鐵碳合金在1147左右會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金會轉(zhuǎn)化為含碳量為2.11%的奧氏體和6.67%的滲碳體兩種晶體的混合物的萊氏體，其比例大約是1：1。低溫萊氏體（Ld）：L4.3%Ld(2.11%+Fe3C）隨著溫度的降低，萊氏體中總碳含量組成不變，但其中的

20、組分奧氏體和滲碳體的比例在發(fā)生改變。當(dāng)溫度降到727以下時，萊氏體中的奧氏體成分會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成鐵素體和滲碳體層狀分布的珠光體。0.77%P(0.0218%+Fe3C)所以727以下時，萊氏體是珠光體和滲碳體的機(jī)械混合物。三、鐵碳合金相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析 簡化后的鐵碳合金相圖簡化后的鐵碳合金相圖三、鐵碳合金相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析 由簡化后的Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖全貌。根據(jù)分析: :圍繞二條水平線可把Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖分解為二個部分考慮：右邊為共晶部分，左下角為共析部分。 分析點(diǎn)、線、區(qū)特別是重要的點(diǎn)、二條水平恒溫轉(zhuǎn)變線 、重要的相界線。

21、 三、鐵碳合金相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T(A+Fe3C)LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C(F+ Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖三、鐵碳合金相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析1.共晶轉(zhuǎn)變 共晶線：ECFECF水平線（11481148），C C點(diǎn)為共晶點(diǎn)，wc=2.11wc=2.116.69%6.69%的FeFe、C C合金緩冷到ECFECF線均發(fā)生

22、共晶反應(yīng)，即：L L4.304.30AA2.112.11+ + FeFe3 3C C。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為A A和FeFe3 3C C組成的共晶混合物稱為萊氏體，用LdLd表示。2.2.共析轉(zhuǎn)變 共析線：PSKPSK水平線（727727），S S點(diǎn)為共析點(diǎn)。凡wc0.0218%wc0.0218%的FeFe、C C合金冷卻到PSKPSK線均發(fā)生共析反應(yīng)，即：A A0.770.77FF0.0218 0.0218 + + FeFe3 3C C 。共析轉(zhuǎn)變的相圖特征與共晶轉(zhuǎn)變的非常相似，所不同的是反應(yīng)相不是液相而是固相。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為F F和FeFe3 3C C組成的機(jī)械混合物稱為珠光體，用P P表示。三、鐵碳合金

23、相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析 GS GS線：A A中開始析出F F的起始溫度或F F全部溶入( (升溫時) A) A的轉(zhuǎn)變線( (終了溫度) )。常用A A3 3表示。因這條線在共析轉(zhuǎn)變線以上，故又稱為先共析F F相開始析出線。常稱為A A3 3線或A A3 3溫度。 ESES線：C C在A A中溶解度曲線。常用AcmAcm表示，稱為AcmAcm溫度。當(dāng)溫度低于此AcmAcm時，溶解度降低，將析出FeFe3 3C C。為了區(qū)別自液(CD(CD線) )態(tài)合金中直接析出的一次FeFe3 3C C，將A A中析出的FeFe3 3C C稱為二次FeFe3 3C C，記為FeFe3 3C CIIII

24、。 PQPQ線：C C在F F中溶解度曲線。在727727時，C C在F F中的最大溶解度0.0218%0.0218%，但溫度下降，C C在中溶解度下降，當(dāng)溫度低于此線時，會析出少量的滲碳體，稱為三次FeFe3 3C C，為區(qū)別于沿CDCD線和ESES線析出的FeFe3 3C C。記為FeFe3 3C CIIIIII。其他幾條重要的轉(zhuǎn)變線其他幾條重要的轉(zhuǎn)變線三、鐵碳合金相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析鐵碳相圖中的相區(qū)FeFe- -FeFe3 3C C相圖中存在四個單相區(qū)和七個兩相區(qū)的區(qū)：v 4 4個單相區(qū)：L L、A A、F F、FeFe3 3C Cv 5 5個兩相區(qū)：L+AL+A、L+L+F

25、eFe3 3C C、A+A+FeFe3 3C C、A+FA+F、F+F+FeFe3 3C Cv 2 2個三相共存區(qū)：L+A+FeL+A+Fe3 3C C（ECFECF線） A+F+FeA+F+Fe3 3C C（PSKPSK線） 二、鐵碳合金相圖的分析二、鐵碳合金相圖的分析 四、典型四、典型Fe-CFe-C合金的結(jié)晶過程合金的結(jié)晶過程u Fe-CFe-C合金按其含碳量( (WcWc) )及其室溫平衡組織分為三大類：（1 1）工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵（2 2）碳鋼（碳鋼（3 3）鑄鐵）鑄鐵。根據(jù)碳鋼和鑄鐵的相變、組織特征可把二者細(xì)分。即：（1 1）工業(yè)純鐵）工業(yè)純鐵：(Wc0.0218%)顯微組織為固溶體

26、。 （2）鋼）鋼是含碳量在(Wc=0.02182.11%)之間的Fe、C合金。其特點(diǎn)是：高溫組織為單相的A A，具有很好的塑性。因而可以進(jìn)行鍛造、軋制等壓力加工。u 根據(jù)其室溫組織的不同，碳鋼又可分為： 1 1、共析鋼共析鋼：Wc=0.77% 2 2、亞共析鋼亞共析鋼：Wc=0.02180.77% 3 3、過共析鋼過共析鋼：Wc=0.772.11% u 白口鑄鐵白口鑄鐵 是含碳量在是含碳量在WcWc=2.11=2.116.69%6.69%之間的之間的FeFe、C C合金。其特點(diǎn)合金。其特點(diǎn)液態(tài)合金結(jié)晶時都發(fā)生共晶反應(yīng)，液態(tài)時有良好的流動性，因而液態(tài)合金結(jié)晶時都發(fā)生共晶反應(yīng)，液態(tài)時有良好的流動性

27、，因而鑄鐵都具有良好的鑄造性能。但因共晶產(chǎn)物是以鑄鐵都具有良好的鑄造性能。但因共晶產(chǎn)物是以Fe3CFe3C為基的萊氏為基的萊氏體組織，所以性能很脆。它們的斷口呈銀白色，故稱為體組織，所以性能很脆。它們的斷口呈銀白色，故稱為白口鑄鐵。白口鑄鐵。根據(jù)白口鑄鐵室溫組織不同，可分為三種：根據(jù)白口鑄鐵室溫組織不同，可分為三種： 1 1、共晶白口鑄鐵：、共晶白口鑄鐵：WcWc=4.30%=4.30% 2 2、亞共晶白口鑄鐵：、亞共晶白口鑄鐵：WcWc=2.11=2.114.30%4.30% 3 3、過共晶白口鑄鐵：、過共晶白口鑄鐵：WcWc=4.30=4.306.69%6.69% 上述上述WcWc=2.1

28、1%=2.11%具有重要的意義，它是鋼和鑄具有重要的意義，它是鋼和鑄 鐵鐵( (生鐵生鐵) )的理論分界的理論分界線。線。1、共析鋼、共析鋼（Wc=0.77%）u室溫組織為P（F+Fe3C），P呈層片狀，是F和Fe3C的層片交替重疊的機(jī)械混合物。圖中的白色片狀為F，黑色片狀為Fe3C。u過程如下：LL+AAP+AP（F+ Fe3C ） 共析鋼在室溫下的平衡組織為100%的珠光體。 （三次滲碳體數(shù)量少，通常可忽略不計(jì)）。共析鋼結(jié)晶過程示意圖共析鋼結(jié)晶過程示意圖圖圖3-16 共析鋼顯微組織示意圖共析鋼顯微組織示意圖2、亞共析鋼亞共析鋼（Wc=0.02180.77%）u室溫組織為：F+P 圖中的白色

29、為F，黑色片狀為P。u結(jié)晶過程如下： LL+AAF+AF+P （析出Fe3C）特別需注意：室溫組織為F+P，由于F是發(fā)生在共析轉(zhuǎn)變之前，我們稱為先共析鐵素體。 亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖 亞共析鋼顯微組織示意圖亞共析鋼顯微組織示意圖3.過共析鋼3、過共析鋼、過共析鋼（Wc=0.77Wc=0.772.11%2.11%）. .v 室溫組織為：P+ FeP+ Fe3 3C C，如圖3-203-20中的白色為. .v 網(wǎng)狀FeFe3 3C C，暗黑色為P P。v 結(jié)晶過程如下：L LL+AL+AAAAA+ +FeFe3 3C CP+P+FeFe3 3C C. . v 勻晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變. .過共析鋼結(jié)晶過程示意圖過共析鋼結(jié)晶過程示意圖4.亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵（Wc=2.11Wc=2.114.30%4.30%） 室溫組織為：Fe3C+ Ld +P ，其組織如圖3-22所示。 結(jié)晶過程如下：LL+AL+A+ LdA+ Ld A+Fe3C+LdA+Fe3C+Ld+PFe3C+Ld +P 勻晶反應(yīng)共晶轉(zhuǎn)變共析反應(yīng) 亞共晶白口鑄鐵組織轉(zhuǎn)變示意圖亞共晶白口鑄鐵組織轉(zhuǎn)變示意圖圖圖3-22 亞共晶白口鑄鐵組織轉(zhuǎn)變示意圖亞共晶白口鑄鐵組織轉(zhuǎn)變示意圖三、鐵碳合金相圖的分析三、鐵碳合金相圖的分析第三節(jié) 合金相圖的應(yīng)用 隨著含碳量的增加, Fe、C