材料科學(xué)基礎(chǔ) 第5章 相 圖

1、第第 5 5 章章 相相 圖圖相圖是描述熱力學(xué)平衡條件下，材相圖是描述熱力學(xué)平衡條件下，材料的相和組織與其成分和溫度及壓力等之料的相和組織與其成分和溫度及壓力等之間關(guān)系的圖形間關(guān)系的圖形通過相圖可以確定不同成分的材料通過相圖可以確定不同成分的材料在一定溫度下的相種類，相對數(shù)量和顯微在一定溫度下的相種類，相對數(shù)量和顯微結(jié)構(gòu)；可以推測材料的性能；因此，相圖結(jié)構(gòu)；可以推測材料的性能；因此，相圖是開發(fā)新材料，制定材料生產(chǎn)工藝的重要是開發(fā)新材料，制定材料生產(chǎn)工藝的重要工具。工具。5.1 5.1 相圖的基本知識相圖的基本知識.1相平衡條件及相律相平衡條件及相律由熱力學(xué)原理可知，當組元在不同

2、相間轉(zhuǎn)由熱力學(xué)原理可知，當組元在不同相間轉(zhuǎn)移時，將引起體系自由能的變化。對于一個多移時，將引起體系自由能的變化。對于一個多元系，這種自由能變化可用下式表示：元系，這種自由能變化可用下式表示： iidnSdTVdpdG在等溫等壓條件下，可簡化為：在等溫等壓條件下，可簡化為：iidndG如果體系中只有如果體系中只有 和和 兩相，當極少量兩相，當極少量(d(d n n i i) )的的 i 組元從組元從 相轉(zhuǎn)移到相轉(zhuǎn)移到 相中，則引起的體相中，則引起的體系自由能變化為系自由能變化為 :iiiidndndGiidndniiidndG)(由于由于所以所以在在 相和相和 相處于平衡時，相處于平衡時，d G

3、=0 ，故：，故：ii 即兩相平衡的條件是兩相中同一組元的化學(xué)即兩相平衡的條件是兩相中同一組元的化學(xué)位相等。此時，在兩相之間轉(zhuǎn)移趨于平衡。位相等。此時，在兩相之間轉(zhuǎn)移趨于平衡。 若多元系中有若多元系中有C個組元，個組元，P個相，則它們的相個相，則它們的相平衡條件可以寫成：平衡條件可以寫成：PCCCCPP22221111返回即處于平衡狀態(tài)下的多相體系，每個組元在即處于平衡狀態(tài)下的多相體系，每個組元在各相中的化學(xué)位都必須彼此相等。各相中的化學(xué)位都必須彼此相等。 可見，在平衡條件下，多元多相體系中的組可見，在平衡條件下，多元多相體系中的組元數(shù)與相數(shù)之間必然存在著一定的關(guān)系，這種元數(shù)與相數(shù)之間必然存在

4、著一定的關(guān)系，這種關(guān)系稱為關(guān)系稱為相律相律。 在每個相中，需確定的的組元濃度為在每個相中，需確定的的組元濃度為: ( (C-1),C-1),在在P P個相中，需要確定的濃度變量為個相中，需要確定的濃度變量為P(C-1)P(C-1)。另。另外兩個變量是濃度和壓力，因此總變量數(shù)為：外兩個變量是濃度和壓力，因此總變量數(shù)為：P(C-1)+2P(C-1)+2 由由相平衡條件可知，各個組元在不同相中共可知，各個組元在不同相中共存在存在C(P-1)C(P-1)個化學(xué)位關(guān)系，而化學(xué)位又是組元個化學(xué)位關(guān)系，而化學(xué)位又是組元濃度的函數(shù)，因此，用來確定體系狀態(tài)的總變濃度的函數(shù)，因此，用來確定體系狀態(tài)的總變量中應(yīng)有量

5、中應(yīng)有 C(P-1)C(P-1)個濃度變量不能獨立變化。個濃度變量不能獨立變化。 因此體系中共存在的獨立變量數(shù)，即自由度為：因此體系中共存在的獨立變量數(shù)，即自由度為：2) 1(2) 1(PCPCCPf 對于不含氣相的凝聚態(tài)體系，壓力在通常范對于不含氣相的凝聚態(tài)體系，壓力在通常范圍的變化對平衡狀態(tài)的影響極小，一般可認為圍的變化對平衡狀態(tài)的影響極小，一般可認為是常量。因此，相律可寫成如下形式：是常量。因此，相律可寫成如下形式： 1PCf 相律給出了平衡狀態(tài)下多元多相體系中中存相律給出了平衡狀態(tài)下多元多相體系中中存在的相數(shù)與組元數(shù)及溫度、壓力之間的關(guān)系，在的相數(shù)與組元數(shù)及溫度、壓力之間的關(guān)系，對分析

6、和研究相圖有重要的指導(dǎo)作用。對分析和研究相圖有重要的指導(dǎo)作用。5.1.2 5.1.2 相圖的表示方法相圖的表示方法1.相圖中的參數(shù)與坐標相圖中的參數(shù)與坐標 影響材料狀態(tài)的因素包括影響材料狀態(tài)的因素包括成分、溫度成分、溫度和和壓壓力力，考慮到壓力對于固態(tài)和液態(tài)材料變化的影，考慮到壓力對于固態(tài)和液態(tài)材料變化的影響不大，且多數(shù)材料是在常壓下進行，因此，響不大，且多數(shù)材料是在常壓下進行，因此，影響材料的因素只包括影響材料的因素只包括成分成分和和溫度溫度兩個參數(shù)。兩個參數(shù)。通常，對于二元相圖，用通常，對于二元相圖，用橫軸表示成分橫軸表示成分用用縱縱軸表示溫度軸表示溫度對于三元相圖，在水平面上表示對于三元

7、相圖，在水平面上表示成分，縱軸表示溫度。成分，縱軸表示溫度。2.2.相圖中材料成分的表示方法相圖中材料成分的表示方法二元相圖橫坐標中，一端為純的組元二元相圖橫坐標中，一端為純的組元A A ，另一端為純的組元另一端為純的組元B B，中間數(shù)值表示兩者不同，中間數(shù)值表示兩者不同含量。組成分數(shù)可以是質(zhì)量分數(shù)（含量。組成分數(shù)可以是質(zhì)量分數(shù)（W W），也可），也可以是摩爾分數(shù)（以是摩爾分數(shù)（x x），兩者之間的關(guān)系為：），兩者之間的關(guān)系為：BrBArABrBBBrBArAArAAxAxAxAwxAxAxAwrBBrAArBBBrBBrAArAAA/Aw/Aw/Awx/Aw/Aw/AwxAB20406080

8、%B100MNPQRLKL1L2Ex1xx2t1t2S0t(）3.3.杠桿定理杠桿定理( (利用相圖求解材料相組成利用相圖求解材料相組成) )AB20406080%B100MNPQRLKL1L2Ex1x x2t1t2S0t(）21WWW2211xWxWWx由上兩式可得：由上兩式可得：)xx(W)xx(W2211也可以寫成：也可以寫成：RtRL)xx()xx(WW221221%100LtRt%100WW2222%100LtRL%100WW2221體系中物質(zhì)的總質(zhì)量體系中相1的質(zhì)量體系中相2的質(zhì)量體系中B組元的含量相1中B組元的含量相2中B組元的含量或或.4相圖的建立相圖的建立1.

9、1.原理：原理： 根據(jù)各成分材料的臨界點繪制的，根據(jù)各成分材料的臨界點繪制的，臨界點臨界點表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點。表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點。2.2.方法方法(1)(1)動態(tài)法：熱分析法、膨脹法、電阻法等動態(tài)法：熱分析法、膨脹法、電阻法等(2)(2)靜態(tài)法：金相法、靜態(tài)法：金相法、X X射線結(jié)構(gòu)分析法等射線結(jié)構(gòu)分析法等 3.3.熱分析法建立相圖的步驟熱分析法建立相圖的步驟( (以以Ni-CuNi-Cu為例為例) )配置一系列含配置一系列含CuCu、NiNi量量不同的合金不同的合金測出這些組成合金的冷卻曲線測出這些組成合金的冷卻曲線根據(jù)各條曲線上的轉(zhuǎn)折點確定合金的臨界點根

10、據(jù)各條曲線上的轉(zhuǎn)折點確定合金的臨界點將臨界點引入相圖坐標的相應(yīng)位置上，然后將臨界點引入相圖坐標的相應(yīng)位置上，然后把各相同意義的臨界點連起來，就得到此二把各相同意義的臨界點連起來，就得到此二元相圖。元相圖。0Ni100Cu30Ni70Cu50Ni50Cu70Ni30Cu100Ni0Cu0305070100W Ni/%CuNi10831452時間溫度/5.25.2二元相圖二元相圖：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。絕大多數(shù)的二元相圖都包含勻晶為勻晶轉(zhuǎn)變。絕大多數(shù)的二元相圖都包含勻晶轉(zhuǎn)變部分。轉(zhuǎn)變部分。兩組元中的原子或離子兩組元中的原子或離子的晶體結(jié)構(gòu)相同，尺寸

11、相近（的晶體結(jié)構(gòu)相同，尺寸相近（15%15%）。此外，）。此外，還需相同的原子價和相近的電負性，即能形成還需相同的原子價和相近的電負性，即能形成無限固溶體。無限固溶體。例例:Ni-Cu:Ni-Cu，Au-AgAu-Ag，Au-PtAu-Pt；NiNi O-CoO-Co O O，CoCo O-MgO-Mg O O，NiNi O-MgO-Mg O O，F(xiàn)eSiOFeSiO4 4-MgSiO-MgSiO4 4。LL +LL +0305070100W(Ni)/%CuNi10204060809010831452LSL+S溫度/LL+W(MgO)/%NiOMgO2040608020002200240026

12、002800溫度/溫度/溫度/W(B)/%W(B)/%BBAA0305070100W Ni/%CuNi10204060809010831452LSL+S.2固溶體的平衡凝固固溶體的平衡凝固單元系凝固過程與固溶體凝固過程差異單元系凝固過程與固溶體凝固過程差異(1) (1) 固溶體的凝固是在一個溫度范圍內(nèi)完成的，固溶體的凝固是在一個溫度范圍內(nèi)完成的，而純金屬的凝固是在恒溫下完成的。而純金屬的凝固是在恒溫下完成的。(2) (2) 固溶體凝固時所形成的固相成分與液相不同，固溶體凝固時所形成的固相成分與液相不同，所以形核時除需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外，還需所以形核時除需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏

13、外，還需要一定的成分起伏要一定的成分起伏( (液相中成分不均勻的現(xiàn)象即液相中成分不均勻的現(xiàn)象即稱為成分起伏稱為成分起伏) )。(3) (3) 固溶體凝固過程中，為了滿足不同溫度下兩固溶體凝固過程中，為了滿足不同溫度下兩相平衡共存的成分要求，液、固兩相的成分必須相平衡共存的成分要求，液、固兩相的成分必須隨溫度下降而不斷地發(fā)生變化，這種成分的變化隨溫度下降而不斷地發(fā)生變化，這種成分的變化必然依賴于兩組元原子的擴散來完成。必然依賴于兩組元原子的擴散來完成。固溶體平衡凝固包括哪三個過程？其固溶體平衡凝固包括哪三個過程？其產(chǎn)物有何特點？產(chǎn)物有何特點？包括液相內(nèi)的擴散過程；固相的持包括液相內(nèi)的擴散過程；固

14、相的持續(xù)長大；固相內(nèi)的擴散過程。續(xù)長大；固相內(nèi)的擴散過程。 固溶體平衡凝固時，由于在每一溫度下固溶體平衡凝固時，由于在每一溫度下擴散均可充分進行，故各個晶粒內(nèi)的成分是擴散均可充分進行，故各個晶粒內(nèi)的成分是均勻一致的。因此，平衡凝固得到的固溶體均勻一致的。因此，平衡凝固得到的固溶體顯微組織中，除了晶界外，各晶粒之間和晶顯微組織中，除了晶界外，各晶粒之間和晶粒內(nèi)部的成分都是相同的。粒內(nèi)部的成分都是相同的。 5.2.3 固溶體的非平衡凝固固溶體的非平衡凝固 1.非平衡凝固的概念：非平衡凝固的概念： 固溶體的凝固依賴于組元原子的擴散，要固溶體的凝固依賴于組元原子的擴散，要達到平衡凝固，必須有足夠的時間

15、使擴散進達到平衡凝固，必須有足夠的時間使擴散進行充分。如果冷卻速度較快，在每一溫度下行充分。如果冷卻速度較快，在每一溫度下不能保證足夠的擴散時間，從而使凝固過程不能保證足夠的擴散時間，從而使凝固過程偏離平衡條件，稱為非平衡凝固。偏離平衡條件，稱為非平衡凝固。2.2.非平衡凝固過程非平衡凝固過程W(Cu)/%Ni溫度/3.3.非非平衡凝固的特點平衡凝固的特點(1)(1)偏離平衡凝固的程度偏離平衡凝固的程度與冷卻速度有關(guān)：冷卻與冷卻速度有關(guān)：冷卻速度越快，偏離越多；速度越快，偏離越多；(2)(2)先結(jié)晶部分富含高熔先結(jié)晶部分富含高熔點組元，后結(jié)晶部分富點組元，后結(jié)晶部分富低熔點組元；低熔點組元；(

16、3)(3)非平衡凝固終結(jié)溫度非平衡凝固終結(jié)溫度總是低于平衡凝固終結(jié)總是低于平衡凝固終結(jié)溫度。溫度。W(Cu)/%Ni溫度/4.4.晶內(nèi)偏析和枝晶偏析晶內(nèi)偏析和枝晶偏析不平衡凝固的固溶體內(nèi)部富含高熔點組元，不平衡凝固的固溶體內(nèi)部富含高熔點組元，而后結(jié)晶的外部則富含低熔點組元，這種在晶粒而后結(jié)晶的外部則富含低熔點組元，這種在晶粒內(nèi)部出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，稱為內(nèi)部出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，稱為由于固溶體通常以樹枝狀生長方式生長，由于固溶體通常以樹枝狀生長方式生長，故非平衡凝固將導(dǎo)致先結(jié)晶的枝干和后結(jié)晶的枝故非平衡凝固將導(dǎo)致先結(jié)晶的枝干和后結(jié)晶的枝間的成分不同，稱為間的成分不同，稱為晶內(nèi)偏析和枝晶偏析為非

17、平衡凝固產(chǎn)物，在晶內(nèi)偏析和枝晶偏析為非平衡凝固產(chǎn)物，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，可通過熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，可通過轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為平衡組織。平衡組織。 5.5.枝晶偏析對固溶體合金性能的影響枝晶偏析對固溶體合金性能的影響1 1）抗蝕性降低；）抗蝕性降低；（2 2）強度、塑性和韌性等力學(xué)性能下降；）強度、塑性和韌性等力學(xué)性能下降；（3 3）熔化溫度下降）熔化溫度下降。 5.3 二元共晶相圖二元共晶相圖P bS n102030405060708090100200300400500tAtBMENFG(Sn)/%327.5231.9+LL+L1831997.55.3.1 二元共晶相圖的構(gòu)成二元共

18、晶相圖的構(gòu)成返回P bS n102030405060708090100200300400500MENFG327.5231.9+LL+L1831997.55.3.2共晶系的平衡凝固及平衡組織共晶系的平衡凝固及平衡組織P bS n102030405060708090100200300400500tAMENFG327.5231.9+LL+L1831997.561.9P bS n102030405060708090100200300400500tAtBMENFG327.5231.9+LL+L1831997.561.9P bS n1020304050607080901002003004

19、00500tAtBMENFG327.5231.9+LL+L1831997.5 5.3.3 共晶系的非平衡凝固共晶系的非平衡凝固1.1.偽共晶偽共晶(1)(1)偽共晶的概念偽共晶的概念 平衡凝固條件下，只有共晶成分的合金才平衡凝固條件下，只有共晶成分的合金才能獲得完全的共晶組織，任何偏離這一成分的能獲得完全的共晶組織，任何偏離這一成分的合金，平衡凝固時都不能獲得百分之百的共晶合金，平衡凝固時都不能獲得百分之百的共晶組織。但在非平衡凝固條件下，成分在共晶點組織。但在非平衡凝固條件下，成分在共晶點附近的合金也可能全部轉(zhuǎn)變成共晶組織，這種附近的合金也可能全部轉(zhuǎn)變成共晶組織，這種非共晶

20、成分的共晶組織非共晶成分的共晶組織(2)(2)偽共晶的形成偽共晶的形成偽共晶區(qū) 共晶成分在非平衡凝固條件下得到非共晶組織 非對稱的偽共晶區(qū)偏向熔點較高組元一方2. 2. 離異共晶離異共晶 在固溶體最大固溶度點附近的在固溶體最大固溶度點附近的合金非平衡凝固時合金非平衡凝固時 ，由于固相線，由于固相線下移，使其冷卻到共晶溫度時仍有下移，使其冷卻到共晶溫度時仍有少量液相剩余，這部分液相將發(fā)生少量液相剩余，這部分液相將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變而形成少量非平衡共晶組共晶轉(zhuǎn)變而形成少量非平衡共晶組織。由于其中的初生相數(shù)量很多而織。由于其中的初生相數(shù)量很多而共晶組織數(shù)量很少，因此，共晶組共晶組織數(shù)量很少，因此，共晶組織

21、中與初生相相同的那一相就會依織中與初生相相同的那一相就會依附在初生相上形核、生長，從而將附在初生相上形核、生長，從而將共晶組織中的另一相推到最后凝固共晶組織中的另一相推到最后凝固的初生相的晶界處，導(dǎo)致兩相的分布完全失去了共晶組的初生相的晶界處，導(dǎo)致兩相的分布完全失去了共晶組織的形貌特征，這種兩相分離的共晶組織稱為織的形貌特征，這種兩相分離的共晶組織稱為離異共晶離異共晶 根據(jù)下列已知條件畫出一個根據(jù)下列已知條件畫出一個A-B二元系二元系相圖。已知組元相圖。已知組元A和和B的熔點分別是的熔點分別是900和和700，含，含B量為量為30%的合金在的合金在500 完全完全凝固后的平衡組織由凝固后的平衡

22、組織由80%的先共晶（或初晶）的先共晶（或初晶）相和相和20%的（的（ +）共晶體組成，而含）共晶體組成，而含B量為量為55%的合金在的合金在500 完全凝固后的平衡完全凝固后的平衡組織由組織由50%的的相和相和50%的的相兩相組成；相兩相組成；且含且含B量為量為70%的合金在的合金在500 平衡凝固后平衡凝固后可得到可得到100%的（的（+）共晶體。）共晶體。返回EF500+LL+L2090AB102030405060708090400500600700800(B)/%900300共晶溫度共晶成分例題包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變包晶相圖包晶相圖L102030405060708090PtAg4006008

23、0010001200140016001800+ L+L+ 5.4.2 二元包晶相圖的組成10.566.342.4返回L102030405060708090PtAg40060080010001200140016001800+ L+L+ 10.542.4 5.4.3 包晶系的平衡凝固及平衡組織包晶系的平衡凝固及平衡組織L102030405060708090PtAg40060080010001200140016001800+ L+L+ 10.542.466.3L102030405060708090PtAg40060080010001200140016001800+ L+L+ 10.

24、542.466.3405060708090Sn(Sn)/%400200600800溫度/L+L+ L59.01234227415平衡凝固：1-2：L2-3：L+3：L+=: (L+)4:L=+Sn:(+(+Sn)非平衡凝固：3：部分相未轉(zhuǎn)化成相，殘存在最終的材料組織中。LAB(B)/%溫度/ 某些原來不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)某些原來不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的合金在平衡冷卻條件下變的合金在平衡冷卻條件下并不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，但在非并不發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，但在非平衡冷卻條件下，由于平衡冷卻條件下，由于 固固溶體的平均成分線下移，致溶體的平均成分線下移，致使合金冷卻到包晶轉(zhuǎn)變溫度使合金冷卻到包晶轉(zhuǎn)變溫度時仍有少量殘余液相存在，時仍

25、有少量殘余液相存在，此時就有可能發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，此時就有可能發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，以至形成某些平衡狀態(tài)下不以至形成某些平衡狀態(tài)下不應(yīng)出現(xiàn)的相。應(yīng)出現(xiàn)的相。在某些二元系中，可形成一個或幾個化合在某些二元系中，可形成一個或幾個化合物，由于這些化合物通常位于相圖的中間，故物，由于這些化合物通常位于相圖的中間，故又稱中間相。根據(jù)化合物的穩(wěn)定性可分為穩(wěn)定又稱中間相。根據(jù)化合物的穩(wěn)定性可分為穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物。所謂化合物和不穩(wěn)定化合物。所謂是指是指有確定的熔點，可熔化成與固態(tài)相同成分液體有確定的熔點，可熔化成與固態(tài)相同成分液體的化合物；而的化合物；而不能熔化成與固態(tài)不能熔化成與固態(tài)相同成分的液體，當加熱到一定

26、溫度時會發(fā)生相同成分的液體，當加熱到一定溫度時會發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€相。分解，轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€相。 無溶解度的化合物在相圖中是一條垂線，可把它看作為一個無溶解度的化合物在相圖中是一條垂線，可把它看作為一個獨立組元而把相圖分成兩個獨立部分。獨立組元而把相圖分成兩個獨立部分。，把把Mg Si二元相圖分二元相圖分成成Mg Mg2Si和和Mg2Si Si兩個獨立的二元相圖進行分析。兩個獨立的二元相圖進行分析。 Cd Cd Sb Sb二元相圖中穩(wěn)定化二元相圖中穩(wěn)定化合物合物 相有一定的成分范圍，相有一定的成分范圍，若以該化合物熔點若以該化合物熔點Cd Cd Sb Sb二元二元相圖熔點相圖熔點(456(456

27、C)C)對應(yīng)的成分向?qū)?yīng)的成分向橫坐標作垂線，該垂線可把相圖橫坐標作垂線，該垂線可把相圖分成兩個獨立的相圖分成兩個獨立的相圖 形成穩(wěn)定化合物的二元系很多，如形成穩(wěn)定化合物的二元系很多，如Cu Mg、Fe P、Mn Si、Ag Sr等合等合金系以及金系以及Na2SiO3 SiO2、BeO A12O3、SiO2 MgO等陶瓷系。等陶瓷系。 54.4%6.9不穩(wěn)定化合物 形成不穩(wěn)定化合物的其他二元系有A1Mn、BeCe、MnP等合金系以及SiO2MgO、ZrO2CaO、BaOTiO2等陶瓷系。 由一定成分的液由一定成分的液相相L1分解成另一分解成另一成分的液相成分的液相L2，并同時凝固出一并同時凝固

28、出一定成分的固相的定成分的固相的恒溫轉(zhuǎn)變恒溫轉(zhuǎn)變，稱為，稱為偏晶轉(zhuǎn)變偏晶轉(zhuǎn)變。 L1L2+ 由一定成分的由一定成分的固相分解成另一成固相分解成另一成分的固相及一定成分的固相及一定成分的液相的恒溫轉(zhuǎn)分的液相的恒溫轉(zhuǎn)變，稱為變，稱為 固態(tài)材料在溫度或壓力變化時，其晶體固態(tài)材料在溫度或壓力變化時，其晶體結(jié)構(gòu)可發(fā)生變化，同時已有固相亦可分解或結(jié)構(gòu)可發(fā)生變化，同時已有固相亦可分解或合成為新的固相，這種在固態(tài)材料中所發(fā)生合成為新的固相，這種在固態(tài)材料中所發(fā)生的晶體結(jié)構(gòu)或相的變化即稱為的晶體結(jié)構(gòu)或相的變化即稱為固態(tài)轉(zhuǎn)變固態(tài)轉(zhuǎn)變。二。二元系中固態(tài)轉(zhuǎn)變的類型很多，這里只介紹其元系中固態(tài)轉(zhuǎn)變的類型很多，這里只介紹

29、其中的兩種：共析轉(zhuǎn)變和包析轉(zhuǎn)變。中的兩種：共析轉(zhuǎn)變和包析轉(zhuǎn)變。一定成分的固一定成分的固相在恒溫下同時分相在恒溫下同時分解成兩個成分與結(jié)解成兩個成分與結(jié)構(gòu)均不相同的固相構(gòu)均不相同的固相的轉(zhuǎn)變，稱為的轉(zhuǎn)變，稱為 + 兩個不同成分兩個不同成分的固相在恒溫下相的固相在恒溫下相互作用而生成另一互作用而生成另一固相的轉(zhuǎn)變，稱為固相的轉(zhuǎn)變，稱為包析轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變 +復(fù)雜二元相圖都是由前述的基本相圖組合復(fù)雜二元相圖都是由前述的基本相圖組合而成的，只要掌握各類相圖的特點和轉(zhuǎn)變規(guī)律，而成的，只要掌握各類相圖的特點和轉(zhuǎn)變規(guī)律，就能化繁為簡。一般的分析方法如下就能化繁為簡。一般的分析方法如下 (1) 先看相圖中是否存在

30、穩(wěn)定化合物。如存在穩(wěn)定化合物,則以這些化合物為界，把相圖分成幾個區(qū)域進行分析(2) 根據(jù)相區(qū)接觸法則，區(qū)別各相區(qū)。所謂相區(qū)接觸法則是指相鄰相區(qū)的平衡相數(shù)差1（點接觸除外），因此，任何單相區(qū)總是和兩相區(qū)相鄰，而兩相區(qū)不是和單相區(qū)相鄰就是和三相區(qū)相鄰。 (3) 找出三相平衡共存水平線，分析其所對應(yīng)的三相恒溫轉(zhuǎn)變的類型。幻燈片57表 (4) 應(yīng)用相圖分析具體合金隨溫度改變而發(fā)生的相變和組織變化的規(guī)律。在單相區(qū)，該相的成分與原合金相同。在兩相平衡共存區(qū)，隨著溫度的變化，兩相的成分分別沿其相界線而變化。在一定的溫度下畫出水平線，其兩端分別與兩條相界線相交，即可根據(jù)杠桿定律求出該溫度下兩相的相對量。三相平

31、衡共存時，三個相的成分是固定的，可用杠桿定律求出恒溫轉(zhuǎn)變前、后各相的相對量。(5) 在應(yīng)用二元相圖分析實際問題時，切記相圖只給出二元系在平衡條件下存在的相和相對量，并不能表示出相的形狀、大小和分布；相圖只表示平衡狀態(tài)的情況，而實際生產(chǎn)條件下合金和陶瓷很少能達到平衡狀態(tài)，因此要特別重視它們在非平衡條件下可能出現(xiàn)的相和組織。共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變偏晶轉(zhuǎn)變偏晶轉(zhuǎn)變?nèi)劬мD(zhuǎn)變?nèi)劬мD(zhuǎn)變 L L + + L L1 1 L L2 2+ +L L包晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變合晶轉(zhuǎn)變合晶轉(zhuǎn)變 L L+ + L L1 1+ L+ L2 2 LL2L1LLL1L2TTTTTTT鐵素體：溶于鐵素體：溶于

32、- -FeFe中形成間隙固溶體；中形成間隙固溶體；奧氏體：溶于奧氏體：溶于 - -FeFe中形成間隙固溶體；中形成間隙固溶體；滲碳體：與鐵原子形成間隙化合物滲碳體：與鐵原子形成間隙化合物FeFe3 3C C；石石 墨：可能以穩(wěn)定相游離態(tài)石墨存在。墨：可能以穩(wěn)定相游離態(tài)石墨存在。 其中其中FeFe3 3C C為亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下轉(zhuǎn)化為穩(wěn)為亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)的鐵和石墨：態(tài)的鐵和石墨：FeFe3 3CFe + CCFe + C。因此鐵碳相圖有。因此鐵碳相圖有兩種形式：兩種形式：FeFe FeFe3 3C C相圖相圖 和和FeFe 石墨相圖，前者石墨相圖，前者稱介穩(wěn)系相圖后者稱穩(wěn)定系相圖

33、。為了便于應(yīng)用，稱介穩(wěn)系相圖后者稱穩(wěn)定系相圖。為了便于應(yīng)用，通常將兩者畫在一起，稱鐵碳雙重相圖通常將兩者畫在一起，稱鐵碳雙重相圖 7387271538：純鐵的熔點1495：包晶轉(zhuǎn)變線L+LFe3C20040060080010001200140016001.02.03.04.05.06.06.69L+ Fe3C+ Fe3C+ Fe3C11481154AJHBNECFDKSPGQ727：鐵素體磁性轉(zhuǎn)變線230：滲碳體磁性轉(zhuǎn)變線5.6.1相圖分析0.01.相圖的組成2.三個恒溫轉(zhuǎn)變3.三個重要的固態(tài)轉(zhuǎn)變線738727L+LFe3C2004006008001.02.03.04.05.06.06.69L

34、+ Fe3C+ Fe3C+ Fe3C11481154AJHBNECFDKSPGQ.2平衡結(jié)晶過程及平衡組織平衡結(jié)晶過程及平衡組織1.1.按含碳量及室溫按含碳量及室溫平衡組織平衡組織工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵( (無共析無共析) )、 碳鋼碳鋼(無共晶無共晶)、鑄鐵、鑄鐵(有共晶有共晶)2.按組織特征按組織特征工業(yè)純鐵、共析鋼、工業(yè)純鐵、共析鋼、亞共析鋼、過共析亞共析鋼、過共析鋼、共晶白口鑄鐵、鋼、共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵和亞共晶白口鑄鐵和過共晶白口鑄鐵。過共晶白口鑄鐵。開始晶出- Fe全部轉(zhuǎn)變?yōu)? Fe開始析出奧氏體全部轉(zhuǎn)變成奧氏體開始析出鐵素體全部轉(zhuǎn)變成鐵素體開始析出滲碳體，鐵素體

35、含碳量降低(1)Wc=0.01%的合金(工業(yè)純鐵)6554433221LLIII3776CFe以下(2)Wc=0.77%的合金(共析鋼)1開始析出奧氏體全部轉(zhuǎn)化為奧氏體共析反應(yīng)，產(chǎn)物為珠光體析出結(jié)束后，鐵素體中開始析出滲碳體，鐵素體含碳量降低)CFe(333221PLL23圖5.36共析鋼中的層片狀珠光體 500圖5.37 球狀珠光體 1500(3)Wc=0.4合金(亞共析鋼) 開始晶出- Fe包晶反應(yīng)，生成奧氏體全部生成奧氏體1345開始形成鐵素體共析反應(yīng)，產(chǎn)物為珠光體共析結(jié)束后，鐵素體中開始析出滲碳體，鐵素體含碳量降低PLLLL5544332221圖5.39 wC = 0.6%亞共析鋼的室溫組織 500(呈網(wǎng)狀、塊狀分布的鐵素體+層片狀珠光體)圖5.38 wC = 0.4%亞共析鋼的室溫組織 500(先共析鐵素體+層片