材料熱力學(xué)課件-分析和使用二元相圖

12023/2/168分析和使用二元相圖8.1二元相圖的一般分析方法8.2Fe-Fe3C相圖8.3Cu-Sn合金系相圖8.4Mg2SiO4-SiO2系相圖8.5ZrO2-SiO2系相圖22023/2/168.1相圖中的線條和相區(qū)分析相圖中的所有線條代表發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度和平衡相的成分轉(zhuǎn)變中每碰到一條線，都表示將發(fā)生某種相轉(zhuǎn)變，相成分隨溫度的改變也是沿著這些線條變化每一相區(qū)代表相型相同的狀態(tài)

單相區(qū)：一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的相的成分和溫度范圍，若單相區(qū)為一根垂直線，表示該相的成分不變

兩相區(qū)：兩邊相鄰的兩個(gè)單相區(qū)的相，其邊界線分別表示該兩相的平衡成分，邊界線傾斜則表示兩相的成分和相對量均隨溫度改變而發(fā)生變化，發(fā)生兩個(gè)相互溶解或析出的變化

三相區(qū)：必為一水平線，表示等溫反應(yīng)。三個(gè)單相區(qū)分別交于水平線上的兩個(gè)端點(diǎn)和線中間一點(diǎn)，水平線上下方分別與三個(gè)兩相區(qū)毗鄰，根據(jù)與水平線相連的三個(gè)單相區(qū)的類別和分布特點(diǎn)，可確定三相平衡的類型32023/2/16二元相圖的幾何規(guī)律

二元相圖中三相區(qū)的幾種錯(cuò)誤畫法

1.相區(qū)接觸法則：二元相圖中，相鄰相區(qū)的相數(shù)差為1；相數(shù)差大于一的相區(qū)只能相交于一點(diǎn)；2.如果兩個(gè)三相區(qū)中有兩個(gè)共同的相，這兩條水平線之間必定是這兩個(gè)相組成的兩相區(qū)。3.與水平線端點(diǎn)毗鄰的單相區(qū)邊界線延長線應(yīng)進(jìn)入相鄰兩相區(qū)42023/2/16二元合金相圖一般分析方法1.尋找穩(wěn)定化合物；2.區(qū)別各相區(qū)；3.找出三相共存水平線；相圖僅表示平衡狀態(tài)，按相圖可以較準(zhǔn)確分析合金處于平衡狀態(tài)下的相和組織變化52023/2/168.2Fe-Fe3C相圖Fe3C在一定條件下可以分解為Fe和石墨，因此鐵碳相圖可有兩種形式：Fe-Fe3C相圖和Fe-C相圖，將二者畫在一起，稱為鐵碳雙重相圖。鐵碳雙重相圖62023/2/16Fe的三種同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：α-Fe（低于912℃，bcc）γ-Fe（912~1394℃，fcc）δ-Fe（1394~1538℃，bcc）碳在鐵中的存在形態(tài)：三種固溶體（碳溶解在鐵中）：鐵素體F

：碳溶解在α-Fe中奧氏體A

：碳溶解在γ-Fe中δ-鐵素體：碳溶解在δ-Fe中，又稱高溫鐵素體，符號δ-F，化合物：碳與鐵形成Fe3C、Fe2C等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物，鋼中的Fe3C稱滲碳體游離碳（石墨）Fe-Fe3C相圖中的相鐵素體：正交結(jié)構(gòu)72023/2/16三種等溫反應(yīng)：包晶反應(yīng)（1495℃）：LB+δH→AJ

L0.53+δ0.09=A0.17共晶反應(yīng)（1148℃）：

LC→AE＋Fe3CL4.30=A2.11+Fe3C（萊氏體）共析反應(yīng)（727℃）：

AS→FP＋Fe3CA0.77=F0.0218+Fe3C（珠光體）Fe-Fe3C相圖中的等溫反應(yīng)82023/2/16三條固態(tài)轉(zhuǎn)變線GS奧氏體中開始析出鐵素體，A→F(A3溫度)ES碳在奧氏體中的溶解度曲線(Acm溫度)，低于此溫度時(shí)，A→Fe3CⅡPQ碳在鐵素體中的溶解度線，F(xiàn)→Fe3CⅢ

92023/2/16工業(yè)純鐵：C少于0.0218%，P點(diǎn)左碳鋼：C在0.0218~2.11%，PE間共析鋼（0.77%C）亞共析鋼（0.0218~0.77%C）過共析鋼(0.77~2.11%C)鑄鐵：C大于2.11%，E點(diǎn)右共晶鑄鐵（4.30%C）亞共晶鑄鐵（2.11~4.30%C）過共晶鑄鐵（4.30~6.69%C）根據(jù)碳的存在狀態(tài)鑄鐵區(qū)分為白口鑄鐵（全部碳都以Fe3C形態(tài)存在）和灰口鑄鐵（部分或全部碳以石墨形態(tài)存在）Fe-C合金的三種典型材料按含碳量及室溫平衡組織分為：102023/2/16幾種典型鐵碳合金冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變112023/2/161.工業(yè)純鐵（含碳量0.01%合金①）晶界晶界平衡組織：F+（Fe3C）III122023/2/16工業(yè)純鐵的平衡凝固組織：

F+（Fe3C）III132023/2/16共析轉(zhuǎn)變AS→FP+Fe3C（珠光體P，由鐵素體和滲碳體兩相交迭排列的細(xì)層片狀組織）2.共析鋼（wc%=0.77②）平衡組織：珠光體轉(zhuǎn)變溫度下珠光體中鐵素體F的含量：室溫下珠光體中鐵素體F的含量：142023/2/16共析鋼的顯微組織×1000白色的鐵素體和黑色滲碳體152023/2/162.亞共析鋼（0.0218<wc%＜0.77③）T5時(shí)平衡組織：F+珠光體162023/2/16亞共析鋼組織：F+Pwc＝0.20％wc＝0.40％含碳量增加，鐵素體（白色組織）減少，珠光體組織增加172023/2/163.過共析鋼（0.77<wc%＜2.11④）T4時(shí)平衡組織：P+Fe3CⅡ182023/2/16過共析鋼的顯微組織，×1000白色網(wǎng)狀Fe3CⅡ192023/2/164.共晶白口鑄鐵（wc%=4.3⑤）T1：共晶轉(zhuǎn)變：LC→AE+Fe3C，萊氏體(Ld)，T1~T2：A→Fe3CII，附著在原滲碳體上，T2：共析轉(zhuǎn)變：A→F+Fe3CIII（珠光體）。T1：202023/2/16萊氏體Ld中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后，Ld即稱為“變態(tài)萊氏體”--Ld’212023/2/165.亞共晶白口鑄鐵（2.11<wc%＜4.3⑥）平衡組織：Ld’＋P＋Fe3CⅡ222023/2/16232023/2/16過共晶白口鑄鐵的顯微組織，×5006.過共晶白口鑄鐵（4.3<wc%＜6.69⑦）平衡組織：Ld’＋Fe3CⅠ長條狀一次滲碳體(Fe3C)Ⅰ初晶242023/2/16按組織分區(qū)的鐵碳合金相圖F+Fe3CⅢ252023/2/168.3Cu-Sn合金系相圖Cu-Sn合金是工業(yè)上常用的銅合金（錫青銅），只有非穩(wěn)定中間相，5個(gè)非穩(wěn)定單相區(qū)：γ、δ、ε、ξ、η、η′（有序）各相都有一定的固溶度262023/2/1611條水平線的恒溫反應(yīng)Ⅰ包晶反應(yīng)：L+α→βⅡ包晶反應(yīng)：L+β→γⅢ包晶反應(yīng)：L+ε→ηⅣ共析反應(yīng)：β→α+γⅤ共析反應(yīng)：γ→α+δⅥ共析反應(yīng)：δ→α+εⅦ共析反應(yīng)：ξ→δ+εⅧ包析反應(yīng)：γ+ε→ξⅨ包析反應(yīng)：γ+ξ→δⅩ熔晶反應(yīng)：γ→ε+LⅪ共晶反應(yīng)：L→η+θ還有一條有序-無序轉(zhuǎn)變水平線，發(fā)生η→η′（有序）轉(zhuǎn)變（186~189℃）Cu-Sn合金系相圖Cu-Sn相圖272023/2/16Cu-Sn合金系合金O的結(jié)晶過程Cu-Sn相圖t1~t2:L→α，t2：L+α→β，t2~t3:β→α，t3：β→α+γ，t3~t4:γ→αt4：γ→α+δ，t4~t5:α→δ，t5：δ→α+ε，t＜t5:α→ε室溫：α+ε282023/2/168.4Mg2SiO4-SiO2系相圖兩個(gè)液相L1、L2三個(gè)固相Mg2SiO4、MgSiO3、SiO2三個(gè)恒溫反應(yīng)：偏晶反應(yīng)（1695℃）L2→L1+SiO2包晶反應(yīng)（1557℃）L+Mg2SiO4→MgSiO3共晶反應(yīng)（1543℃）L→MgSiO3+SiO2Mg2SiO4-SiO2系相圖292023/2/168.5ZrO2-SiO2系相圖四個(gè)單相：L、α、ZrSiO4、SiO2兩個(gè)恒溫反應(yīng)包晶反應(yīng)：

L+α→ZrSiO4共晶反應(yīng)：

Le→ZrSiO4+SiO2ZrO2-SiO2系相圖302023/2/16ZrO2-SiO2系相圖o~d′內(nèi)固溶體合金：L→α；d~p內(nèi)：L→α