工程材料及成形工藝 第3版 課件 4章 純金屬與合金的結(jié)晶

第4章金屬與合金的結(jié)晶《工程材料及成形工藝》機(jī)械工業(yè)出版社4.1純金屬的結(jié)晶4.2合金的結(jié)晶4.3合金性能與相圖的關(guān)系2.4鐵碳合金相圖

金剛石石墨石墨烯金剛石很硬，可切割玻璃石墨很軟，鉛筆內(nèi)芯金剛石、石墨、石墨烯均由碳原子組成，它們性能為什么差異很大？材料性能與結(jié)構(gòu)有關(guān)嗎？引例4.1純金屬的結(jié)晶1凝固與結(jié)晶的概念凝固：物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。結(jié)晶：原子從無規(guī)則的液態(tài)轉(zhuǎn)變成有序排列的固態(tài)(晶態(tài)）的過程叫結(jié)晶。凝固后是晶體，這種凝固過程叫結(jié)晶，例如水。凝固后是非晶體就不是結(jié)晶，例如玻璃。金屬當(dāng)冷卻速度極大時(shí)(純金屬達(dá)108K/s，合金達(dá)106K/s），可獲得非晶態(tài)組織。4.1.1結(jié)晶的基本條件結(jié)晶示意圖2結(jié)晶的基本條件過冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與平衡結(jié)晶溫度的差值。?T=T0-T1。冷卻速度越快，過冷度越大。純金屬的結(jié)晶溫度為什么是恒定值？外界散失的熱量由釋放的結(jié)晶潛熱補(bǔ)償。散熱快時(shí)結(jié)晶速度較快，散熱慢時(shí)結(jié)晶速度放慢，使結(jié)晶溫度保持在固定數(shù)值。結(jié)晶完畢后沒有了結(jié)晶潛熱，溫度才下降。純金屬的冷卻曲線由液態(tài)轉(zhuǎn)變成晶體的溫度稱為結(jié)晶溫度。理論結(jié)晶溫度T0：純金屬液體在無限緩慢的冷卻條件下的平衡結(jié)晶溫度。實(shí)際結(jié)晶溫度T1總是低于理論結(jié)晶溫度。這種現(xiàn)象叫過冷。在純金屬冷卻和結(jié)晶過程中，不斷測量溫度，將溫度隨時(shí)間變化的過程繪制在溫度-時(shí)間坐標(biāo)系內(nèi)，從而得到冷卻曲線。4.1.2純金屬的結(jié)晶過程1晶核形成結(jié)晶過程自發(fā)形核：只依靠液體本身，在一定過冷度條件下形成晶核的過程。在成分起伏和能量起伏作用下，液態(tài)金屬內(nèi)部存在尺寸較小、不穩(wěn)定、短程有序的原子集團(tuán)。它們?cè)谝欢ǖ倪^冷度下變得穩(wěn)定，生長成為結(jié)晶的晶核。非自發(fā)形核：依附液態(tài)金屬內(nèi)部雜質(zhì)表面或容器壁而形成的晶核，稱非自發(fā)形核。起優(yōu)先和主導(dǎo)的作用。晶核形成：晶體從無到有晶體長大：晶體從小到大液體中短程有序的原子集團(tuán)示意圖結(jié)晶過程結(jié)晶過程晶核形成后，周圍的原子不斷在晶核上沉積，使晶核不斷長大。晶核長大的同時(shí)，液體中又有許多新的晶核產(chǎn)生。這樣，晶核的形成和長大兩個(gè)過程不斷進(jìn)行，直到它們與相鄰的晶體相互接觸為止，全部液體金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，結(jié)晶完畢。晶體內(nèi)形成了原子排列方向各不相同，外形不規(guī)則，大小不相等的晶粒。2晶體長大過程枝晶長大3影響晶粒大小的因素Z=K（N/G）3/4Z—單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目K—系數(shù)，球狀晶粒取0.9N—形核率G—長大線速度隨著過冷度的增加，形核率和長大率都將增加，但兩者增大的程度不同，形核率增大得快些。因此過冷度越大，晶粒越細(xì)小。結(jié)論：過冷度越大，晶粒越??；生核速度越快，晶粒越小；長大速度越慢，晶粒越??；外來晶核越多，晶粒越小。過冷度對(duì)晶粒大小的影響結(jié)論：晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度和硬度越高；塑性和韌性也越好。另外，細(xì)晶粒金屬在熱處理時(shí)變形、開裂傾向也比較小。因此，細(xì)化晶粒是改善金屬材料性能的重要措施。晶粒大小對(duì)純鐵力學(xué)性能的影響晶粒平均直徑μmRmMPaRelMPaA%701843430.6252164539.52.02685848.81.62706650.7結(jié)晶后金屬是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小，對(duì)金屬的機(jī)械性能影響很大。獲得細(xì)晶粒的主要措施

機(jī)械振動(dòng)；超聲波振動(dòng)；電磁振動(dòng)。用金屬型代替砂型；降低鑄型溫度；降低澆注溫度。加入變質(zhì)劑鋼的晶粒度級(jí)別及單位面積上的晶粒個(gè)數(shù)此處，單位面積＝10-4平方英寸晶粒大小用單位截面積上的晶粒數(shù)目表示，也用單位體積內(nèi)的晶粒數(shù)目表示。1級(jí)，1個(gè)2級(jí)，2個(gè)3級(jí)，4個(gè)4級(jí)，8個(gè)5級(jí)，16個(gè)6級(jí)，32個(gè)7級(jí)，64個(gè)8級(jí)，128個(gè)液體金屬澆入鑄模時(shí)，鑄模溫度不高，液體冷卻快，外層金屬受到激冷，生成大量晶核，同時(shí)模壁起非自發(fā)形核作用，結(jié)果在表層形成一層晶粒很細(xì)的細(xì)晶區(qū)。在細(xì)晶區(qū)形成時(shí)，鑄模溫度升高，過冷度減小，N降低，G受到的影響較小。結(jié)晶時(shí)，優(yōu)先長大的方向與散熱最快方向相同，晶粒向液體內(nèi)部平行長大，形成柱狀晶區(qū)。隨著柱狀晶區(qū)的發(fā)展，冷卻速度很快降低，過冷度大大減小，溫度差不斷降低，趨于均勻化，晶粒向各個(gè)方向均勻長大，形成粗大的等軸晶區(qū)。1-細(xì)等軸晶區(qū)2-柱狀晶區(qū)3-粗等軸晶區(qū)合金是由兩種或兩種以上的金屬元素（或金屬與非金屬元素）組成的具有金屬特征的材料。例如：純銅（紫銅）只由一種元素組成，為純金屬；黃銅（H62）：是銅（Cu）與鋅（Zn）組成的合金；鐵碳合金：Fe和C組成的合金；鋁合金、鎂合金、鈦合金。①合金4.2合金的結(jié)晶

組元就是組成合金最基本的、能夠獨(dú)立存在的物質(zhì)。例如：銅、鋅是黃銅的組元；鐵與碳是鐵碳合金的組元。組元可以是化學(xué)元素，也可以是穩(wěn)定的化合物（Fe3C）。根據(jù)組元數(shù)的多少，可分為二元合金、三元合金等。②組元

金屬或合金中具有相同化學(xué)成分、相同結(jié)構(gòu)并以界面相互分開的各個(gè)均勻的組成部分。單相合金：由一個(gè)相組成的合金。多相合金：由兩個(gè)以上相組成的合金。③相

鐵素體珠光體兩相之間的分界面，稱為相界。一種相在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過程。⑤相界

④相變

1固溶體固溶體是指合金的組元在固態(tài)下相互溶解,形成一種組元的晶格中含有其它組元原子的新晶體。合金中晶格形式被保留的組元稱為溶劑，溶入固溶體中失去其原有晶格類型的組元是溶質(zhì)。固溶體保持溶劑的晶格類型。舉例：糖水、鹽水4.2.1合金的相結(jié)構(gòu)

合金的相結(jié)構(gòu)分為：固溶體、金屬化合物、機(jī)械混合物固溶體中溶質(zhì)元素?cái)?shù)量占固溶體的百分比，稱為固溶體的濃度。在一定條件下平衡時(shí)，固溶體的最大濃度，稱為固溶度。

置換固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子尺寸相差較小，溶質(zhì)原子替換了溶劑晶格中的一部分原子。根據(jù)溶質(zhì)原子在晶格中所占位置不同分為：間隙固溶體：溶質(zhì)原子和溶劑原子直徑相差較大，溶質(zhì)原子處于溶劑晶格的間隙位置中。（有限）例：碳在α-Fe中形成的間隙固溶體叫鐵素體F；碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體叫奧氏體A。

有限固溶體：溶解度有一定限度；無限固溶體：溶解度無一定限度；間隙固溶體置換固溶體固溶體中的溶質(zhì)原子造成晶格畸變，晶格畸變使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，滑移難以進(jìn)行，使固溶體的強(qiáng)度與硬度增加。這種通過溶入合金元素形成固溶體來使合金強(qiáng)化的現(xiàn)象，稱為固溶強(qiáng)化。在溶質(zhì)原子濃度適當(dāng)時(shí)，固溶強(qiáng)化可提高材料的強(qiáng)度和硬度。固溶體晶格畸變固溶體的晶胞示意圖管材奧氏體不銹鋼金相組織固溶體的晶胞示意圖H90線材H90銅合金金相組織2金屬化合物金屬化合物具有高熔點(diǎn)，高硬度，而塑性及韌性極差，可利用它來提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。金屬化合物硬而脆，不作為金屬材料的基體，而是以硬質(zhì)點(diǎn)的形式分布于合金中起強(qiáng)化作用。它們的數(shù)量、形狀、尺寸和分布對(duì)合金性能有明顯影響。Ni3Al金屬化合物粉末一次滲碳體和共晶滲碳體金屬化合物是由不同原子形成的具有金屬性質(zhì)的一種新相，其晶格類型不同于任一組元，其原子間按一定整數(shù)比組成，可用分子式來表示。例如：Fe與C形成的金屬化合物叫滲碳體Fe3C。3機(jī)械混合物純金屬、固溶體、金屬化合物都是組成合金的基本相。由兩種或兩種以上不同晶格的相均勻地混合在一起形成的多相組織稱為機(jī)械混合物。它可以由兩種不同晶格的固溶體組成，也可以由固溶體和金屬化合物組成。機(jī)械混合物的性能介于兩組成相之間，決定于組成相的數(shù)量。珠光體萊氏體合金相圖是表示平衡條件下合金的成分、溫度與合金相（或組織）之間關(guān)系的圖形。具體地說，合金相圖表示合金在極其緩慢的冷卻或加熱條件下，合金相（或組織）隨溫度和成分的變化規(guī)律，合金相圖又稱為平衡狀態(tài)圖。橫坐標(biāo)--成分縱坐標(biāo)--溫度圖上區(qū)域--合金相4.2.2合金相圖的建立Al-Si二元合金相圖①配制一系列成分不同的Cu-Ni合金；②用熱分析法測定出所配制合金的冷卻曲線；③找出各冷卻曲線上開始結(jié)晶和完成結(jié)晶的臨界點(diǎn)。④畫出溫度-成份坐標(biāo)系，在相應(yīng)成分垂直線上標(biāo)出臨界點(diǎn)溫度。⑤將物理意義相同的臨界點(diǎn)連接成線，即得到Cu-Ni二元合金相圖。相圖是通過試驗(yàn)方法得到的，有熱分析法、磁性分析法及顯微分析法等，其中最常用的試驗(yàn)方法是熱分析法。以Cu-Ni二元合金相圖為例，采用熱分析法，講解相圖的建立過程。

熱分析法建立相圖在二元合金系中，兩組元在液態(tài)下能相互溶解，在固態(tài)下能形成無限固溶體的合金狀態(tài)圖，稱為勻晶相圖。勻晶相圖特點(diǎn)：液態(tài)無限互溶，固態(tài)無限互溶。1勻晶相圖及杠桿定律Cu-Ni,Cu-Au,Au-Ag,Fe-Ni,W-Mo4.2.3二元合金相圖當(dāng)液態(tài)合金緩慢冷卻到t1溫度時(shí)，開始從成分為L1的液相中析出成分為α1的固溶體。α1的含鎳量要比液相L1的多，余下的液相中含鎳量變少。在溫度不斷下降過程中，α固溶體的數(shù)量不斷增加，析出的α固溶體成分沿著固相線變化，與之平衡共存的剩余液相成分相應(yīng)沿液相線變化。Cu-Ni相圖當(dāng)冷卻到t3溫度時(shí)，結(jié)晶終止，得到含鎳量為40%的單相固溶體α。勻晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式為：L→α枝晶偏析若結(jié)晶時(shí)冷卻速度較快，擴(kuò)散過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上結(jié)晶過程。如圖所示，開始結(jié)晶出成分為α1的固溶體，隨著溫度下降，在它的外面又形成成分為α2的固溶體和α3的固溶體。因此先結(jié)晶出的樹枝晶晶軸含有較多的高熔點(diǎn)組元，后結(jié)晶的樹枝晶分枝及其枝晶間空隙則含有較多的低熔點(diǎn)組元。這種成分不均勻現(xiàn)象，稱為枝晶偏析。右圖中，先結(jié)晶的枝干中含Ni高，不易被浸蝕，呈白色；而后結(jié)晶部分含Cu高，易被浸蝕，呈黑色。Cu-Ni合金的枝晶偏析杠桿定律在溫度為T1時(shí)，發(fā)生L→α勻晶轉(zhuǎn)變，液相L與α相共存。那么，此時(shí)液相和固相的相對(duì)數(shù)量各是多少呢？設(shè)合金總質(zhì)量為M＝M液+M固，T1時(shí)液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Q液＝M液/M，α固溶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Qα＝M

α

/M，則有：另外，合金中鎳的總質(zhì)量，等于液相中鎳的質(zhì)量與固溶體中鎳的質(zhì)量和。即

杠桿定律的證明為了便于理解

杠桿定律的證明及力學(xué)比喻如果用r作支點(diǎn)，把固相（或液相）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)當(dāng)成當(dāng)成作用于杠桿右端（或左端）的力，把相應(yīng)成分差當(dāng)成力臂；那么固液相的數(shù)量與成分差的關(guān)系如同力學(xué)中的杠桿定理。因此把平衡結(jié)晶時(shí)，計(jì)算合金相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的公式，稱為杠桿定律。有了杠桿定律，我們就可以計(jì)算任一溫度下合金相的數(shù)量。杠桿定律是研究合金相的重要工具。共晶反應(yīng)線：CED；液相線：AEB；固相線:ACEDB三個(gè)單相區(qū)：L，α，β；三個(gè)兩相區(qū)：L+α，L+β；α+β2共晶相圖Pb-Sn相圖在二元合金系中，兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下只能形成有限固溶體或化合物，并且具有共晶轉(zhuǎn)變的相圖，稱為共晶相圖。Pb面心立方晶格，熔點(diǎn)327.5℃Sn簡單正方晶格，熔點(diǎn)231.9℃α是以Pb為溶劑、Sn為溶質(zhì)β是以Sn為溶劑、Pb為溶質(zhì)Pb-Sn相圖共晶反應(yīng)合金分類：共晶合金亞共晶合金過共晶合金共晶組織中各合金相的含量：各成分合金的結(jié)晶過程各成分合金室溫組織

各種各樣的共晶組織層片狀（Al-CuAl2）棒狀或條狀（Sb-MnSb）螺旋狀（Zn-Mg）球狀或短棒狀（Cu-CuO）針狀(Al-Si）Fe-C(石墨)答：由相圖可知，當(dāng)?shù)陀?℃時(shí)，在冰雪中加入一定量的鹽，會(huì)使部分冰雪轉(zhuǎn)變?yōu)辂}水，整個(gè)組織變?yōu)椤氨?鹽水”?！氨?鹽水”這種混合物具有一定的流動(dòng)性，清除成本低。因此下雪天可采取在道路上加鹽的措施來盡快化掉積雪。當(dāng)溫度低于-21℃時(shí)，無論在雪中加入多少鹽，“冰雪+鹽”均是固體的混合物，即使在-21℃之上存在鹽水，在-21℃之下時(shí)也會(huì)凝固成“冰雪+鹽”。在雪中加入5%的鹽，可使-2.5℃的雪化為鹽水，因此冬天在道路上加鹽，只在天氣溫度稍低于0℃的時(shí)候才有效。提問：下雪天，為盡快化掉道路上的積雪，采取什么措施？H2O-NaCl相圖3包晶相圖右圖為Pt-Ag相圖，合金成分在含Ag10.4%－42.4%的合金要發(fā)生包晶反應(yīng)。新生成的β相包在先析出的α相的外表面上。因此將這種在一定溫度下、一定成分的液相和固相形成另一成分固相的結(jié)晶過程稱為包晶轉(zhuǎn)變。L66.3

+α10.5β42.41186℃LC

+αP

βD1186℃Pt-Ag相圖4具有共析轉(zhuǎn)變的二元相圖恒溫下，一個(gè)固相中同時(shí)析出兩種成分不同、結(jié)構(gòu)不同的固相的轉(zhuǎn)變叫共析轉(zhuǎn)變。具有共析轉(zhuǎn)變的相圖稱為共析相圖。共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式：γ

α+β共析轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：固態(tài)下進(jìn)行，原子擴(kuò)散較困難，需較大過冷度；即轉(zhuǎn)變溫度低，需過冷度大，形核率高，組織比共晶組織細(xì)密；轉(zhuǎn)變前后晶體結(jié)構(gòu)的不同，引起體積變化，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。具有共析轉(zhuǎn)變的二元合金相圖常見三相等溫水平線上的反應(yīng)名稱圖形特征反應(yīng)式說明共晶反應(yīng)L?

+

恒溫下由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。包晶反應(yīng)L+

?

恒溫下由液相與固相結(jié)合，生成另一種新固相的組織轉(zhuǎn)變過程。共析反應(yīng)

?

+

恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。1合金力學(xué)性能與相圖的關(guān)系相圖應(yīng)用于：材料設(shè)計(jì)及研究材料熱處理制定材料加工工藝4.3合金性能與相圖的關(guān)系合金力學(xué)性能與相圖的關(guān)系2合金工藝性能與相圖的關(guān)系鑄造性能：共晶合金熔點(diǎn)低，又在同一溫度下結(jié)晶，熔體流動(dòng)性好，分散的縮孔和縮松小，熱裂和偏析傾向小。鍛造性能：單相合金的鍛造性能好，變形抗力小，變形均勻，不容易開裂，因而變形能力大。具有雙相組織的合金變形能力差，特別是組織中有較多的化合物時(shí)。合金鑄造性能與相圖的關(guān)系4.4.1鐵碳合金的組元與基本相1純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變4.4鐵碳合金相圖

相圖鐵為元素周期表上第26號(hào)元素，原子量55.85，屬于過渡族元素。熔點(diǎn)為1538℃，沸點(diǎn)為2862℃，室溫密度7.87g/cm3。1）含義固態(tài)下，同一種元素的晶體由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

晶格由面心立方轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方，體積膨脹8%。晶粒細(xì)化熱膨脹晶格由體心立方轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎剑w積收縮8%

。(a)純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(b)對(duì)晶粒的影響(c)純鐵的線膨脹率純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變及其作用

2）特點(diǎn)固態(tài)下的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)結(jié)晶過程類似，遵循結(jié)晶的一般規(guī)律：①有一定的平衡轉(zhuǎn)變溫度；②需要一定的過冷度；③經(jīng)歷形核、長大的過程。但這種轉(zhuǎn)變?cè)诠虘B(tài)下進(jìn)行，原子擴(kuò)散比在液態(tài)下困難，使同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變還具有如下特點(diǎn)：①需要較大的過冷度；②純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變引起晶體體積變化，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。③在降溫時(shí)，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變使晶粒細(xì)化。3）應(yīng)用使鋼鐵材料可以通過熱處理來改變組織，從而提高性能；利用它將常溫下塑性較差的體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷貢r(shí)塑性較好的面心立方晶格，從而進(jìn)行鋼材的熱軋和鍛造；使鋼鐵材料組織多樣，性能多樣，適應(yīng)多種應(yīng)用要求。鐵素體(F)碳溶于α–Fe中的間隙固溶體。體心立方晶格。727℃時(shí)固溶度為0.0218%；室溫時(shí)，固溶度為0.0008%。碳在鐵素體中最大固溶度時(shí)：即在1000個(gè)鐵原子中只有一個(gè)碳原子，500個(gè)晶胞中最多有1個(gè)碳原子。鐵素體性能：Rm=230MPa,A=50%,50～80HBS。2鐵碳合金的基本相及其性能碳存在于八面體間隙中奧氏體(A)碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。面心立方晶格。1148℃時(shí)固溶度最大，2.11%，727℃時(shí)固溶度為0.77%。固溶度最大時(shí)：10個(gè)鐵原子約能固溶1個(gè)碳原子，即奧氏體中每2.5個(gè)晶胞中最多可容納1個(gè)碳原子。奧氏體硬度不高，易于塑性變形。

Rm=400～800MPaA=40～50%,（170～220）HBS碳存在于八面體間隙中滲碳體(Fe3C)鐵與碳形成的金屬化合物。滲碳體一般作為碳鋼中的主要強(qiáng)化相。它的數(shù)量、形態(tài)及分布，對(duì)鐵碳合金的機(jī)械性能有很大影響。滲碳體形狀有片狀、網(wǎng)狀、球狀和板狀等形態(tài)。含碳量6.69%，熔點(diǎn)1227℃。硬度達(dá)800HBW，脆性大，韌性和塑性幾乎為0。Fe3C中Fe原子可以被其它金屬原子所置換，形成合金滲碳體，如（Fe、Mn)3C;(Fe、Cr)3C；部分C原子可被N、B所置換，形成Fe3（C、N);Fe3(C、B)滲碳體晶胞珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體交替排列的片層狀組織，屬于機(jī)械混合物。Wc=0.77%。珠光體的強(qiáng)度和硬度高，具有一定的塑性，其力學(xué)性能大致為：抗拉強(qiáng)度Rm＝750～900MPa，延伸率A=20～25%，沖擊韌度αk=24～32J/cm2，硬度為180～280HBS。奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，呈蜂窩狀Wc=4.3%。萊氏體是滲碳體基體上分布著奧氏體組織，其硬度很高，脆性大，耐磨性能好，常用來制造犁鏵、冷軋輥等耐磨性要求高并且工作時(shí)不受沖擊的工件。1148℃下，隨著溫度降低，萊氏體中的奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這樣的萊氏體稱為低溫萊氏體，用符號(hào)“Ld′”表示。萊氏體（Ld）相圖1鐵碳合金相圖4.4.2鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖的橫坐標(biāo)代表鐵碳合金的成分，常用含碳量（Wc％）表示；縱坐標(biāo)代表溫度（℃）。橫坐標(biāo)左端原點(diǎn)代表純鐵（Wc％＝0），右端末點(diǎn)代表含碳量為（Wc％＝6.69％）的Fe3C。奧氏體液相滲碳體鐵素體珠光體萊氏體

共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變LC

(AE

+Fe3C)，Ld

1148℃AS

(FP

+Fe3C)，P

727℃兩相區(qū)：

L+γ；L+Fe3C；γ+Fe3C；α+Fe3C。單相區(qū)：液相，L；奧氏體區(qū)，γ（或A）；鐵素體區(qū)，α（或F）；滲碳體區(qū)，F(xiàn)e3C。相圖中的相區(qū)兩個(gè)重要轉(zhuǎn)變奧氏體液相滲碳體鐵素體珠光體相圖中的特征線液相線ＡＣＤ；固相線ＡＥＣＦ；共晶轉(zhuǎn)變ECF；共析轉(zhuǎn)變PSK。

碳在鐵中最大溶解度點(diǎn)P（0.0218，727）：α-Fe中E（2.11，1148）：γ-Fe中Q（0.0008，RT）：室溫下S（0.77，727）：共析（A＋F＋Fe3C）C（4.3，1148）：共晶（A＋L＋Fe3C）F（6.69,1148)滲碳體K

(6.69,727)滲碳體ES線：碳在奧氏體A中的溶解度曲線。最小S：0.77%，最大E：2.11%。隨溫度↓，最大溶解度↓，多余C以Fe3CⅡ形式析出。Fe3CⅡ多以網(wǎng)狀析出，損害材料強(qiáng)度、塑性。PQ線：碳在鐵素體F中的溶解度曲線，隨溫度降低，多余C以Fe3CⅢ形式析出，F(xiàn)e3CⅢ數(shù)量很少，忽略。GS：A?F開始線;F?A結(jié)束線GP：A?F結(jié)束線;F?A開始線奧氏體液相滲碳體鐵素體珠光體萊氏體固溶度線工業(yè)純鐵：<0.0218%C

亞共析鋼：0.0218-0.77%C碳鋼共析鋼：0.77%C0.0218-2.11%C

過共析鋼：0.77-2.11%C

亞共晶白口鑄鐵：2.11-4.3%C白口鑄鐵共晶白口鑄鐵：4.3%C

2.11-6.69%C

過共晶白口鑄鐵：4.3-6.69%C1鐵碳合金的分類及組織

鐵碳合金按含碳量和室溫組織不同，分為：4.4.3典型鐵碳合金結(jié)晶過程及其組織2碳鋼的平衡結(jié)晶過程3鑄鐵的平衡結(jié)晶過程4鐵碳合金組織60鋼的室溫組織QP=77.3%,

QF=22.7%σs=325MPa,δ=9%,HB200-24120鋼的室溫組織QP=23.8%,

QF=76.2%σs=205MPa,

δ=24%,HB105-15645鋼的室溫組織QP=58.4%,

QF=41.6%

σs=295MPa,

δ=14%,HB170-207

共析鋼的室溫組織：100%的珠光體相組成：F+Fe3C

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