材料科學(xué)基礎(chǔ)4-3復(fù)雜相圖分析課件

第三節(jié)復(fù)雜相圖分析

一.分析方法步驟

(1)相圖中若有穩(wěn)定中間相，可依此把相圖分為幾個(gè)部分，根據(jù)需要選取某一部分進(jìn)行分析。(2)根據(jù)相區(qū)接觸法則填寫(xiě)個(gè)空白相區(qū)。(3)利用典型成分分析合金的結(jié)晶過(guò)程及組織轉(zhuǎn)變，并利用杠桿定律分析各相相對(duì)量隨溫度的變化情況。下頁(yè)二、復(fù)雜二元相圖的分析方法（1）先看清它的組元，然后找到它的單相區(qū)，分清哪些是固溶體，哪些是中間相。（2）根據(jù)相接觸法測(cè)，檢查所有雙相區(qū)是否填寫(xiě)完全并正確無(wú)誤，如有疏漏，可將它們完善。（3）找出所有水平線，分析每一個(gè)三相平衡反應(yīng)是何種類型。（4）如果相圖中存在穩(wěn)定的化合物，則可把它看成一個(gè)組元。二.復(fù)雜相圖分析

下頁(yè)后退●分析思路：%C%C%C三.Fe-Fe3C相圖下頁(yè)后退三個(gè)重要反應(yīng)：五個(gè)基本組織：五條特征線:冷凝過(guò)程利用杠桿定律求相對(duì)量C%對(duì)碳鋼性能的影響實(shí)際應(yīng)用下頁(yè)后退一、五個(gè)單相（1）液相；（2）δ-相：碳在α-Fe中的固溶體，稱高溫鐵素體，體心立方結(jié)構(gòu)，在1394oC以上存在；（3）γ相：碳在γ-Fe中的固溶體，稱為奧氏體，常用A表示，面心立方結(jié)構(gòu)，在727oC以上存在，在1148oC時(shí)有最大的碳溶解度為2.1%；（4）α相：碳在α-Fe中的固溶體，稱為鐵素（體，體心立方，在912oC以下存在，在下頁(yè)后退三、ES線ES線是γ相中碳的溶解度極限，這是一條很重要的線，在1148oC時(shí)，γ中碳的溶解度最高，達(dá)2.11%，隨溫度下降，溶解度大幅度減小，727oC時(shí)僅0.77%。四、Fe3C的形成條件（1）含碳4.3%至6.69%的合金凝固時(shí)在液相線CD以下，從液體中結(jié)晶出Fe3C，稱為一次滲碳體，記作Fe3CI；（2）含碳0.77%至2.11%的合金，從γ相冷卻低于ES線時(shí)，由于γ相中碳過(guò)飽和，從而從γ相中析出Fe3C稱為二次滲碳體，記為Fe3CⅡ；（3）含碳0.008%至0.02%的α相，當(dāng)冷至PQ線以下時(shí)，從過(guò)飽和的α相中析出的Fe3C稱為三次滲碳體，記作Fe3CⅢ。三次滲碳體由于數(shù)量及少，一般可以忽略。四、典型合金的平衡凝固過(guò)程和顯微組織（1）共析成分（0.77%C）的Fe-C合金（共析鋼）當(dāng)冷至BC線以下時(shí)，從液相中結(jié)晶出γ相，至BE線結(jié)晶完成，當(dāng)γ相繼續(xù)冷卻至727oC時(shí)，發(fā)生共析分解：γα+Fe3C，直至室溫，共析體也稱為珠光體（P），典型形貌是層片狀，P中α和Fe3C兩相的相對(duì)量可通過(guò)杠桿定理來(lái)求得，即

α/Fe3C==7.87（2）共晶成分Fe-C合金（共晶鑄鐵，4.3%C）共晶合金冷至1143oC時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)，Lγ+Fe3C，共晶產(chǎn)物為萊氏體（La）。La727°C6.69—0.770.77—0.021143oC

γ==51.9%

Fe3C==48.1%

萊氏體中的γ相冷至室溫過(guò)程中又轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3CⅡ和P兩部分，這兩部分相對(duì)量也可通過(guò)杠桿定理求得，即P==77.5%6.69–4.36.69–2.14.3–2.16.69–2.16.69–2.16.69–0.77

Fe3CⅡ==22.5%顯示在整個(gè)萊氏體中P=0.775×0.519=40.2%Fe3CⅡ=0.225×0.519=11.7%（3）亞共析鋼的凝固過(guò)程含碳量<0.77%的Fe-C合金為亞共析鋼。這種合金在凝固時(shí)，一部分在高溫區(qū)可能產(chǎn)生包晶轉(zhuǎn)變，由于對(duì)以后的結(jié)晶過(guò)程影響不大，分析時(shí)從略，凝固結(jié)束時(shí)得到全部γ相，當(dāng)冷至GS線時(shí)，一部分γ相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?，進(jìn)入2.1–0.776.69–0.77α+γ兩相區(qū)，隨溫度降低，兩相平衡成分分別沿GP和GS線變化，至727oC，剩余γ相含碳量達(dá)0.77%，因此產(chǎn)生共析反應(yīng)，最后得到F+P的組織。設(shè)某亞共析鋼的含碳量為C，則該鋼室溫組織中的α和P兩部分的相對(duì)量可用杠桿定理求出，即

α=P=

C–0.020.77–0.020.77–C0.77–0.02再繼續(xù)冷卻時(shí)，La變?yōu)長(zhǎng)a′，而先共晶結(jié)晶出的γ相也和萊氏體中的γ相一樣轉(zhuǎn)變成P+Fe3CⅡ，因此亞共晶鑄鐵的室溫組織為L(zhǎng)a′+P+Fe3CⅡ。令合金成分為3%C，則室溫組織中各部分的相對(duì)量為L(zhǎng)a′==40.9%Fe3CⅡ=×59.1%=13.3%3–2.14.3–2.12.1–0.776.69–0.77

P=1–La′–Fe3CⅡ=45.8%(6)過(guò)共晶鑄鐵這種鑄鐵含碳量在4.3%至6.69%之間，室溫組織為L(zhǎng)a′+Fe3CI?！耔F碳合金中的相及組織珠光體P——F與Fe3C的機(jī)械混合物，強(qiáng)度、硬度較高。鐵素體F(α)——C在-Fe中的間隙固溶體，體心立方結(jié)構(gòu),強(qiáng)度低塑性忍性好、鋼中軟忍相。

δ鐵素體——C在-Fe中的間隙固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，與性能相似滲碳體Fe3C——間隙化合物，具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)。很硬、很脆塑忍性幾乎為零。鋼中強(qiáng)化相，其粗細(xì)程度、分布狀態(tài)對(duì)鋼的性能影響很大。奧氏體A(r)——C在r-Fe中的間隙固溶體，面心立方結(jié)構(gòu)，塑性好，具有順磁性。萊氏體Ld——r與Fe3C機(jī)械混合物。下頁(yè)后退●含碳量對(duì)鋼的組織和性能的影響亞共析鋼：隨含碳量增加，珠光體量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性韌性降低。過(guò)共析鋼：隨含碳量增加，二次滲碳體量增加，鋼的強(qiáng)度增加，而塑性、韌性降低，但含碳量小于1.0%時(shí)，強(qiáng)度增加，而含碳量大于1.0%時(shí)，強(qiáng)度減小。圖5-63鐵碳合金的成分與組織的關(guān)系圖5-64含碳量對(duì)平衡狀態(tài)下彈力學(xué)性能的影響下頁(yè)后退返回返回下頁(yè)下頁(yè)后退本節(jié)思考題1.在bcc中的溶碳量一般低于在fcc中的溶碳量，為什么？2.為什么只畫(huà)出Fe-Fe3C相圖，而不畫(huà)出Fe-C相圖？3.比較Fe-Fe3C系及Fe-C系哪個(gè)更穩(wěn)定？4.