工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)-鐵碳合金

工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院賈非DalianUniversityofTechnology第四章

鐵碳合金*

主要內(nèi)容合金的相結(jié)構(gòu)

固溶體

金屬化合物

二元合金狀態(tài)圖的建立

二元相圖的建立杠桿定律共晶相圖

共析相圖鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖

鐵碳合金的基本組織

鐵碳合金相圖

典型成分合金平衡結(jié)晶過(guò)程分析鐵碳合金的應(yīng)用*合金的相結(jié)構(gòu)合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的元素相互作用可形成不同的相。Al-Cu兩相合金黃銅

鐵碳合金相

是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。組織一種或多種相按一定方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體。顯微組織

是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩類。單相合金兩相合金

合金的相結(jié)構(gòu)固溶體

合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固

相。習(xí)慣以、、表示。與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱溶質(zhì)。固溶體是合金的重要組成相，實(shí)際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體Fe-C間隙固溶體

合金的相結(jié)構(gòu)①置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子呈無(wú)序分布的稱無(wú)序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。黃銅置換固溶體組織

固溶體②

間隙固溶體溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金

屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過(guò)渡族元素。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑<0.59。間隙固溶體都是無(wú)序固溶體。

固溶體③固溶體的溶解度溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。溶解度有一定限度的固溶體稱有限固溶體。組成元素?zé)o限互溶的固溶體稱無(wú)限固溶體。組成元素原子半徑、電化學(xué)特性相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無(wú)限固溶體。間隙固溶體都是有限固溶體。Cu-Ni無(wú)限固溶體Cu-Zn有限固溶體固溶體化合物

固溶體④

固溶體的性能隨溶質(zhì)含量增加,固溶體的強(qiáng)度、硬度增加,塑性、韌性下降—固溶強(qiáng)化。產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。

固溶體⑵金屬化合物合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。鐵碳合金中的Fe3C當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，可提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低塑性。金屬化合物也是合金的重要組成相。

合金的相結(jié)構(gòu)①正常常價(jià)價(jià)化化合合物物—符合合正常常原原子子價(jià)價(jià)規(guī)規(guī)律律。如如Mg2Si②電子子化化合合物物—符合合電子子濃濃度度規(guī)規(guī)律律。如如Cu3Sn。電子子濃濃度度為價(jià)電電子子數(shù)數(shù)與與原原子子數(shù)數(shù)的比比值值。。③間隙隙化化合合物物—由過(guò)渡渡族族元元素素與C、N、B、H等小小原原子子半半徑徑的的非非金金屬屬元元素素組組成成。。Al-Mg-Si合金中的Mg2SiPb基軸承合金中的電子化合物金屬屬化化合合物物a.間隙隙相相：：r非/r金0.59時(shí)形形成成的的具具有有簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單晶晶格格結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的間間隙隙化化合合物物。。如M4X(Fe4N)、M2X(Fe2N、W2C)、MX(TiC、VC、TiN)等。。間隙隙相相具具有有金金屬屬特特征征和和極極高高的的硬硬度度及及熔熔點(diǎn)點(diǎn)，，非非常常穩(wěn)穩(wěn)定定。。部分分碳碳化化物物和和所所有有氮氮化化物物屬屬于于間間隙隙相相。。VC的結(jié)構(gòu)金屬屬化化合合物物b.具有有復(fù)復(fù)雜雜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的間間隙隙化化合合物物當(dāng)r非/r金>0.59時(shí)形形成成復(fù)復(fù)雜雜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)間間隙隙化化合合物物。。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。。Fe3C稱滲碳碳體體，是是鋼鋼中中重重要要組組成成相，具有復(fù)雜斜方方晶格?；衔镆惨部扇苋肴肫渌卦幼樱纬沙梢曰衔餅闉榛墓坦倘荏w。Fe3C的晶格高溫合金中的Cr23C6金屬化合合物合金的結(jié)結(jié)晶過(guò)程程比純金金屬?gòu)?fù)雜雜，常用用相圖進(jìn)行分析析.常壓下，，合金存存在的狀態(tài)由成分和溫度確定。合金相圖圖是表示在在平衡條條件下合合金系中中的合金狀態(tài)態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系系圖解。。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。

二元合金狀態(tài)圖的建立合金系是指由兩兩個(gè)或兩兩個(gè)以上上元素按按不同比比例配制制的一系系列不同同成分的的合金。。組元是指組成成合金的的最簡(jiǎn)單單、最基基本、能能夠獨(dú)立立存在的的物質(zhì)。。多數(shù)情況況下組元是指組成合金金的元素素。但對(duì)于于既不發(fā)生生分解、又不發(fā)生生任何反反應(yīng)的化化合物也可看作作組元,如Fe-C合金中的的Fe3C。Cu-Ni合金相圖L成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi

二元合金狀態(tài)圖的建立相圖表示示了在緩緩冷條件件下不同同成分合合金的組織隨溫溫度變化化的規(guī)律律，是制訂熔煉煉、鑄造造、熱加加工及熱熱處理工工藝的重重要依據(jù)據(jù)。根據(jù)組元元數(shù),分為二元元相圖、、三元相相圖和多多元相圖圖。Fe-C二元相圖三元相圖

二元合金狀態(tài)圖的建立幾乎所有有的相圖圖都是通通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得到的的，最常常用的是是熱分析析法。二元相圖圖的建立立步驟為為：[以Cu-Ni合金(白銅)為例]1.配制不同同成分的的合金，，測(cè)出各各合金的的冷卻曲曲線，找找出曲線線上的臨界點(diǎn)（停歇點(diǎn)點(diǎn)或轉(zhuǎn)折折點(diǎn)）。。2.將臨界點(diǎn)點(diǎn)標(biāo)在溫溫度-成分坐標(biāo)標(biāo)中的成成分垂線線上。3.將垂線上上相同意意義的點(diǎn)點(diǎn)連接起起來(lái)，并并標(biāo)上相相應(yīng)的數(shù)數(shù)字和字字母。相圖中，，結(jié)晶開開始點(diǎn)的的連線叫叫液相線。結(jié)晶終終了點(diǎn)的的連線叫叫固相線。

二元相圖的建立二元相圖圖的基本本類型與與分析兩組元在在液態(tài)和和固態(tài)下下均無(wú)限限互溶時(shí)時(shí)所構(gòu)成成的相圖圖稱二元?jiǎng)蚓Ь鄨D。。以Cu-Ni合金為例例進(jìn)行分分析。

Cu-Ni合金相圖勻晶相圖圖二元相圖分析相圖由兩兩條線構(gòu)構(gòu)成，上上面是液相線，下面是是固相線。相圖被兩兩條線分分為三個(gè)個(gè)相區(qū)，，液相線線以上為為液相區(qū)L，固相線線以下為為固溶體區(qū)區(qū)，兩條線線之間為為兩相共共存的兩相區(qū)（L+）。LL+成分（wt%Ni）溫度（℃）CuNi液相線固相線勻晶相圖合金的結(jié)結(jié)晶過(guò)程程除純組元元外，其其它成分分合金結(jié)結(jié)晶過(guò)程程相似，，以Ⅰ合金為例例說(shuō)明。。當(dāng)液態(tài)金金屬自高高溫冷卻卻到t1溫度時(shí)，，開始結(jié)結(jié)晶出成成分為1的固溶體體，其Ni含量高于于合金平平均成分分LL+勻晶相圖隨溫度下下降，固固溶體重重量增加加，液相相重量減減少。液相成分分沿液相相線變化化，固相相成分沿沿固相線線變化。。從液相中中結(jié)晶出出單一固固相的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變稱為為勻晶轉(zhuǎn)變變或勻晶反應(yīng)應(yīng)。勻晶相圖成分變化化是通過(guò)過(guò)原子擴(kuò)散散完成的。。當(dāng)合金金冷卻到到t3時(shí)，最后后一滴L3成分的液液體也轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣坦倘荏w，，此時(shí)固溶體的的成分又又變回到合合金成分分3上來(lái)。液固相線線不僅是相區(qū)分界界線,也是結(jié)晶晶時(shí)兩相相的成分變化化線；勻晶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變是變變溫轉(zhuǎn)變變。勻晶相圖杠桿定律律處于兩相相區(qū)的合合金，不不僅由相相圖可知知道兩平平衡相的的成分，，還可用用杠桿定律律求出兩平衡相相的相對(duì)對(duì)重量。現(xiàn)以Cu-Ni合金為例例推導(dǎo)杠杠桿定律律：①確定定兩平衡衡相的成成分：設(shè)合金成成分為x，過(guò)x做成分垂線。。在成分分垂線相相當(dāng)于溫溫度t的o點(diǎn)作水平平線，其其與液固固相線交交點(diǎn)a、b所對(duì)應(yīng)的的成分x1、x2即分別為為液相和和固相的的成分。。12t二元相圖分析則QL+Q=1QLx1+Qx2=x解方程組組得②確定兩平平衡相的的相對(duì)重重量設(shè)合金的的重量為為1，液相重重量為QL，固相重重量為Q。杠桿定律因此兩相相的相對(duì)對(duì)重量百百分比為為：兩相的重重量比為為：杠桿定律上式與力力學(xué)中的的杠桿定定律完全全相似，，因此稱稱之為杠桿定律律。即合金在某某溫度下下兩平衡衡相的重重量比等等于該溫溫度下與與各自相相區(qū)距離離較遠(yuǎn)的的成分線線段之比比。在杠桿定定律中，，杠桿的支支點(diǎn)是合合金的成成分，杠杠桿的端端點(diǎn)是所所求的兩兩平衡相相（或兩兩組織組組成物））的成分分。杠桿定律律只適用用于兩相相區(qū)。例（如圖））杠桿定律合金的結(jié)結(jié)晶只有有在緩慢慢冷卻條條件下才才能得到到成分均均勻的固固溶體。。但實(shí)際冷冷速較快快，結(jié)晶晶時(shí)固相相中的原原子來(lái)不不及擴(kuò)散散，使先結(jié)晶出出的枝晶晶軸含有有較多的的高熔點(diǎn)點(diǎn)元素（（如Cu-Ni合金中的的Ni）,后結(jié)晶的的枝晶間間含有較較多的低低熔點(diǎn)元元素(如Cu-Ni合金中的的Cu)。枝晶偏析析勻晶相圖在一個(gè)枝枝晶范圍圍內(nèi)或一一個(gè)晶粒粒范圍內(nèi)內(nèi)成分不不均勻的的現(xiàn)象稱稱作枝晶偏析析。不僅與冷速有關(guān)，而而且與液固相線線的間距距有關(guān)。冷速越大大，液固固相線間間距越大大，枝晶晶偏析越越嚴(yán)重。。枝晶偏析析會(huì)影響合金金的力學(xué)學(xué)、耐蝕、加工等性性能。生產(chǎn)上常常將鑄件件加熱到到固相線線以下100-200℃長(zhǎng)時(shí)間保保溫，以以使原子充分分?jǐn)U散、、成分均均勻，消消除枝晶晶偏析，這種熱熱處理工工藝稱作作擴(kuò)散退火火。枝晶偏析Cu-Ni合金的平衡組織織與枝晶晶偏析組組織平衡組織織枝晶偏析析組織枝晶偏析共晶相圖圖當(dāng)兩組元元在液態(tài)態(tài)下完全全互溶，，在固態(tài)態(tài)下有限限互溶,并發(fā)生共晶反應(yīng)應(yīng)時(shí)所構(gòu)成成的相圖圖稱作共晶相圖圖。以Pb-Sn相圖為例例進(jìn)行分分析。Pb-Sn合金相圖成分（wt%Sn）溫度（℃）PbSn二元相圖分析相圖分析析①相：：相圖中有有L、、三三種相,是溶質(zhì)Sn在Pb中的固溶溶體，是溶溶質(zhì)Pb在Sn中的固溶溶體。②相區(qū)區(qū)：相圖中有有三個(gè)單相相區(qū)：L、、；；三個(gè)兩相相區(qū)：L+、L+、+；一個(gè)三相相區(qū)：即水平平線CED。AB共晶相圖④固溶線:溶解度點(diǎn)點(diǎn)的連線線稱固溶線。相圖中的的CF、DG線分別為Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶線。固溶體的溶溶解度隨溫溫度降低而而下降。③液固相線：：液相線AEB，固相線ACEDB。A、B分別為Pb、Sn的熔點(diǎn)。AB共晶相圖在一定溫度度下，由一一定成分的的液相同時(shí)時(shí)結(jié)晶出兩兩個(gè)成分和和結(jié)構(gòu)都不不相同的新新固相的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。。⑤共晶線：水平線CED叫做共晶線。在共晶線對(duì)對(duì)應(yīng)的溫度度下（183℃），E點(diǎn)成分的合合金同時(shí)結(jié)結(jié)晶出C點(diǎn)成分的固溶體和D點(diǎn)成分的固溶體，形成這兩兩個(gè)相的機(jī)機(jī)械混合物：LE?(C+D)AB共晶相圖共晶反應(yīng)的的產(chǎn)物，即即兩相的機(jī)機(jī)械混合物物稱共晶體或共共晶組織。發(fā)生共晶反反應(yīng)的溫度度稱共晶溫度。代表共晶溫溫度和共晶晶成分的點(diǎn)點(diǎn)稱共晶點(diǎn)。Pb-Sn共晶組織共晶體長(zhǎng)大示意圖Sn原子擴(kuò)散Pb原子擴(kuò)散共晶相圖具有共晶成成分的合金金稱共晶合金。在共晶線線上，凡成分位于于共晶點(diǎn)以以左的合金金稱亞共晶合金金，位于共晶點(diǎn)以右的的合金稱過(guò)共晶合金金。凡具有共晶線成分分的合金液體體冷卻到共共晶溫度時(shí)時(shí)都將發(fā)生生共晶反應(yīng)應(yīng)。L+CDAB共晶相圖合金的結(jié)晶晶過(guò)程①含Sn量小于C點(diǎn)合金(Ⅰ合金)的結(jié)晶過(guò)程程在3點(diǎn)以前為勻勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單單相固溶體，這這種直接從從液相中結(jié)結(jié)晶出的固固相稱一次相或初生相。.2共晶相圖溫度降到3點(diǎn)以下，固溶體被Sn過(guò)飽和，由由于晶格不不穩(wěn)，開始始析出（相相變過(guò)程也也稱析出））新相—相。由已有固相相析出的新新固相稱二次相或次生相。形成二次相相的過(guò)程稱稱二次析出,是固態(tài)相變變的一種。。H共晶相圖由于二次相相析出溫度度較低，一一般十分細(xì)細(xì)小。室溫下Ⅱ的相對(duì)重量量百分比為為：由析出出的二次用Ⅱ表示。隨溫度下降降，和相的成分分分別沿CF線和DG線變化，Ⅱ的重量增加加。共晶相圖Ⅰ合金室溫組組織為+Ⅱ。成分大于D點(diǎn)合金結(jié)晶晶過(guò)程與Ⅰ合金相似，，室溫組織織為+Ⅱ。ABCDEFG共晶相圖②共晶合金(Ⅱ合金)的結(jié)晶過(guò)程程液態(tài)合金冷冷卻到E點(diǎn)時(shí)同時(shí)被被Pb和Sn飽和,發(fā)生共晶反反應(yīng)：LE?(C+D)。19.2wt%Sn溫度,℃1’共晶相圖析出過(guò)程中中兩相相間形形核、互相促進(jìn)、共同長(zhǎng)大，因而共晶晶組織較細(xì)細(xì)，呈片、棒、點(diǎn)點(diǎn)球等形狀。共晶相圖共晶組織形形態(tài)層片狀(Al-CuAl2定向凝固)條棒狀(Sb-MnSb橫截面)螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織共晶相圖共晶組織形形態(tài)針狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶共晶相圖在共晶轉(zhuǎn)變變過(guò)程中，，L、、三相共存,三個(gè)相的量量在不斷變變化，但它它們各自成分是是固定的。共晶組織中中的相稱共晶相.共晶轉(zhuǎn)變結(jié)結(jié)束時(shí)，和相的相對(duì)重重量百分比比為：E(61.9)D(97.5)C(19.2)共晶相圖共晶結(jié)束后后，隨溫度度下降，和的成分分別別沿CF線和DG線變化，并從共晶中析出Ⅱ，從共晶中析出Ⅱ，由于共晶晶組織細(xì)，，Ⅱ與共晶結(jié)結(jié)合，Ⅱ與共晶結(jié)合，共晶合金的的室溫組織織仍為(+)共晶體。室溫下兩相相的相對(duì)重重量百分比比是多少？？共晶相圖③亞共晶合金金(Ⅲ合金)的結(jié)晶過(guò)程程合金液體在在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2點(diǎn)，固相成分變變化到C點(diǎn)，液相成分變變化到E點(diǎn),此時(shí)兩相的的相對(duì)重量量為：共晶相圖在2點(diǎn)，具有E點(diǎn)成分的剩剩余液體發(fā)發(fā)生共晶反反應(yīng)：L?(+)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣补簿ЫM織，，共晶體的的重量與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變前的液液相重量相相等,即QE=QL反應(yīng)結(jié)束后后，在共晶晶溫度下、兩相的相對(duì)對(duì)重量百分分比為：共晶相圖溫度繼續(xù)下下降，將從從一次和共晶中析出Ⅱ，從共晶中析出Ⅱ。其室溫組組織為Ⅰ+(+)+Ⅱ。如何求室溫溫下三種組組織組成物物的相對(duì)重重量？共晶相圖④過(guò)共晶合金金結(jié)晶過(guò)程程與亞共晶合合金相似，，不同的是是一次相為,二次相為Ⅱ室溫組織為為Ⅰ+(+)+Ⅱ。共晶相圖Pb-Sn合金的結(jié)晶晶過(guò)程共晶相圖⑶組織組成物物在相圖上上的標(biāo)注組織組成物物是指組成成合金顯微微組織的獨(dú)獨(dú)立部分。。Ⅰ和Ⅰ,Ⅱ和Ⅱ,共晶體(+)。相與相之間間的差別主主要在結(jié)構(gòu)構(gòu)和成分上上。共晶相圖組織組成物物之間的差差別主要在在形態(tài)上。。如Ⅰ、Ⅱ和共晶的結(jié)構(gòu)成分分相同，屬屬同一個(gè)相相，但它們的的形態(tài)不同，分屬不同的組織織組成物。將組織組成成物標(biāo)注在在相圖中，，可使所標(biāo)標(biāo)注的組織織與顯微鏡鏡下觀察到到的組織一一致。Pb-Sn亞共晶組織共晶相圖組織組成物物在相圖上上的標(biāo)注共晶相圖二元包晶相相圖當(dāng)兩組元在在液態(tài)下完完全互溶，，在固態(tài)下下有限互溶溶，并發(fā)生包晶反反應(yīng)時(shí)所構(gòu)成的的相圖稱作作包晶相圖。以Pt-Ag相圖為例簡(jiǎn)簡(jiǎn)要分析L+L+L+⑴相圖分析單相區(qū)：L、、β二相區(qū)：L+、L+、+三相區(qū)：L++（水平線PDC）二元相圖分析在一定溫度度下，由一一個(gè)液相包包著一個(gè)固固相生成另另一新固相相的反應(yīng)稱稱包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應(yīng)。水平線PDC稱包晶線，與該線成分分對(duì)應(yīng)的合合金在該溫溫度下發(fā)生生包晶反應(yīng)應(yīng)：LC+P?βD。該反應(yīng)是液液相L包著固相,新相β在L與α的界面上形形核，并向向L和兩個(gè)方向長(zhǎng)長(zhǎng)大。包晶相圖⑵合金的結(jié)晶晶過(guò)程①包晶成成分合金：：勻晶包晶二二次析出。。室溫組織為為β+II包晶相圖②PD成分合金：勻晶包晶二二次析出。室溫組織為為+βII+β+II包晶相圖③DC成分合金：勻晶包晶勻晶二次析出出室溫溫組組織織為為β+II。時(shí)間溫度包晶相圖形成成穩(wěn)穩(wěn)定定化化合合物物的的二二元元相相圖圖穩(wěn)定定化化合合物物是指指在在熔熔化化前前不不發(fā)發(fā)生生分分解解的的化化合合物物(如Mg-Si系的的Mg2Si和Fe-C系的的Fe3C)。其其成分分固固定定，在在相相圖圖中中是是一條條垂垂線線(代表表一一個(gè)個(gè)單單相相區(qū)區(qū))。垂垂足足是是其其成分分,頂點(diǎn)點(diǎn)是是其其熔點(diǎn)點(diǎn),結(jié)晶晶過(guò)過(guò)程程同同純純金金屬屬。。分析析這這類類相相圖圖時(shí)時(shí)，，可可把穩(wěn)定定化合合物當(dāng)當(dāng)作純純組元元看待待，將相相圖分分成幾幾個(gè)部部分進(jìn)進(jìn)行分分析。。Mg2SiMg2Si+SiMg+Mg2SiSiL+Mg2SiL+SiL+Mg2SiL+Mg二元相圖共析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變也也是固固態(tài)相相變。。最常見見的共共析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變是是鐵碳碳合金金中的的珠光光體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變:S?P+Fe3C。具有共共析反反應(yīng)的的二元元相圖圖共析反反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變)是指在在一定定溫度度下，，由一一定成成分的的固相相同時(shí)時(shí)析出出兩個(gè)個(gè)成分分和結(jié)結(jié)構(gòu)完完全不不同的的新固固相的的過(guò)程程。PS(—奧氏體體，—鐵素體體，F(xiàn)e3C—滲碳體體)二元相圖共析相相圖與共晶相相圖相似，，對(duì)應(yīng)應(yīng)的有有共析線線(PSK線)、共析點(diǎn)點(diǎn)(S點(diǎn))、共析溫溫度、共析成成分、共析合合金(共析成成分合合金)、亞共析析合金金(共析線線上共共析點(diǎn)點(diǎn)以左左的合合金)、過(guò)共析析合金金(共析線線上共共析點(diǎn)點(diǎn)以右右的合合金)。鐵碳合金相圖共析相圖共析反反應(yīng)的的產(chǎn)物物是共析體體（鐵碳碳合金金中的的共析析體稱稱珠光體體），也也是兩相的的機(jī)械械混合合物（鐵素素體+滲碳體體)。與共晶晶反應(yīng)應(yīng)不同同的是是，共析反反應(yīng)的的母相相是固固相，而不不是液液相。。另外，，由于于固態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)變變過(guò)冷度度大，因而而共析組組織比比共晶晶組織織細(xì)。珠光體共析相圖二元相相圖的的分析析步驟驟實(shí)際二二元相相圖比比較復(fù)復(fù)雜，，可按按下列列步驟驟進(jìn)行行分析析。⒈分分清相相圖中中包括括哪些些基本本類型型相圖圖⒉確確定相相區(qū)⑴相相區(qū)接接觸法法則相鄰兩兩個(gè)相相區(qū)的的相數(shù)數(shù)差為為1⑵單相區(qū)區(qū)的確確定①液液相線線以上上為液液相區(qū)區(qū)；Fe-Fe3C相圖二元相圖分析②靠純組組元的的封閉閉區(qū)是是以該該組元元為基基單相相固溶溶體區(qū)區(qū)；③相圖中中的垂垂線可可能是是穩(wěn)定定化合合物（（單相相區(qū)）），也也可能能是相相區(qū)分分界線線；④相圖中中部出出現(xiàn)的的成分分可變變的單單相區(qū)區(qū)是以以化合合物為為基的的單相相固溶溶體區(qū)區(qū)；⑤相相圖中中每一一條水水平線線必定定與三三個(gè)單單相區(qū)區(qū)點(diǎn)接接觸。。Cu-Zn相圖+二元相圖分析⑶兩相區(qū)區(qū)的確確定：：兩個(gè)單單相區(qū)區(qū)之間間夾有有一個(gè)個(gè)兩相相區(qū)，該該兩相相區(qū)的的相由由兩相相鄰單單相區(qū)區(qū)的相相組成成。⑷三三相區(qū)區(qū)的確確定：：二元相相圖中中的水水平線線是三三相區(qū)區(qū)，其其三個(gè)個(gè)相由由與該該三相相區(qū)點(diǎn)點(diǎn)接觸觸的三三個(gè)單單相區(qū)區(qū)的相相組成成。Fe-Fe3C相圖二元相圖分析恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)析出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。

?

+共析反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一個(gè)新的固相。L

+

?包晶反應(yīng)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。L?+共晶反應(yīng)說(shuō)明反應(yīng)式圖形特征反應(yīng)名稱常見三三相等等溫水水平線線上的的反應(yīng)應(yīng)二元相圖分析⑴作出典典型合合金冷冷卻曲曲線示示意圖圖二元合合金冷冷卻曲曲線的的特征征是:①在單相相區(qū)和和兩相相區(qū)冷冷卻曲曲線為為一斜斜線。。⒊分析典典型合合金的的結(jié)晶晶過(guò)程程二元相圖分析②由一個(gè)個(gè)相區(qū)區(qū)進(jìn)入入另一一相區(qū)區(qū)時(shí),冷卻曲曲線出出現(xiàn)拐拐點(diǎn):a.由相數(shù)數(shù)少的的相區(qū)區(qū)進(jìn)入入相數(shù)數(shù)多的的相區(qū)區(qū)曲線線向右右拐;b.由相數(shù)數(shù)多的的相區(qū)區(qū)進(jìn)入入相數(shù)數(shù)少的的相區(qū)區(qū)曲線線向左左拐。。③發(fā)發(fā)生三三等溫溫轉(zhuǎn)變變時(shí)，，冷卻卻曲線線呈一一水平平臺(tái)階階。分析典型合金的結(jié)晶過(guò)程⑵分析合合金結(jié)結(jié)晶過(guò)過(guò)程①畫畫出組組織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變示示意圖圖。②計(jì)算各各相、、各組組織組組成物物相對(duì)對(duì)重量量百分分比：：a.在單相相區(qū)，，合金金由單單相組組成，，相的的成分分、重重量即即合金金的成成分、、重量量。分析典型合金的結(jié)晶過(guò)程b.在兩相相區(qū)，，兩相相的成成分隨隨溫度度沿各各自的的相線線變化化，各各相和和各組組織組組成物物的相相對(duì)重重量可可由杠杠桿定定律求求出。。合金成成分為為杠桿桿的支支點(diǎn)，，相或或組織織組成成物的的成分分為杠杠桿的的端點(diǎn)點(diǎn)。c.在三相相區(qū)，，三個(gè)個(gè)相成成分固固定，，重量量不斷斷變化化，杠杠桿定定律不不適用用。合金成分相1成分相2成分相1重量相2重量合金成分組織1成分組織2成分組織1重量組織2重量??????分析典型合金的結(jié)晶過(guò)程相圖與與合金金性能能之間間的關(guān)關(guān)系⑴相圖與與合金金力學(xué)學(xué)性能能、物物理性性能的的關(guān)系系①兩相相機(jī)械械混合合物的的合金金:性能與與合金金成分分呈直直線關(guān)關(guān)系，，是兩兩相性性能的的算術(shù)術(shù)平均均值，，如：：混=?Q+β?QβHB混=HB?Q+HBβ?Qβ(Q、Qβ為兩相相相對(duì)對(duì)重量量)二元相圖分析②單相固固溶體體的合合金：：性能隨隨成分分呈曲曲線變變化，，隨溶溶質(zhì)含含量增增加，，σ、HB、增加，，塑性性下降降。③形形成穩(wěn)穩(wěn)定化化合物物的合合金：：性能-成分曲曲線出出現(xiàn)拐拐點(diǎn)。。相圖與合金性能之間的關(guān)系⑵相圖與與鑄造造性能能的關(guān)關(guān)系①固溶體體合金金液固相相線間間距越越大、、偏析析傾向向大,樹枝晶晶發(fā)達(dá)達(dá),流動(dòng)性性降低低,補(bǔ)縮能能力下下降,分散縮縮孔增增加.②共晶合合金結(jié)晶溫溫度低低，流流動(dòng)性性好，，縮孔孔集中中，偏偏析析小，，鑄鑄造性性能好好。相圖與合金性能之間的關(guān)系鐵碳合合金—碳鋼和鑄鐵，是工工業(yè)應(yīng)應(yīng)用最最廣的的合金金。含碳量量為0.0218%~2.11%的稱鋼鋼。含碳量量為2.11%~6.69%的稱鑄鑄鐵。。鐵碳合金相圖鐵和碳碳可形形成一一系列列穩(wěn)定定化合合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它們們都可可以作作為純純組元元看待待。含碳量量大于于Fe3C成分（（6.69%）時(shí)，，合金金太脆脆，已已無(wú)實(shí)實(shí)用價(jià)價(jià)值。。實(shí)際所所討論論的鐵鐵碳合合金相相圖是是Fe-Fe3C相圖。。鐵碳合金相圖鐵碳合合金的的組元元和相相碳在δ-Fe中的固固溶體體稱δ-鐵素體體，用δ表示。。都是體體心立立方間間隙固固溶體體。鐵鐵素體體的溶溶碳能能力很很低,在727℃時(shí)最大大為0.0218%，室溫下僅為為0.0008%。鐵素體體的組組織為為多邊邊形晶晶粒，，性能能與純純鐵相相似。。鐵素體⒈組元：：Fe、Fe3C⒉相⑴鐵鐵素體體：碳在-Fe中的固固溶體體稱鐵素體體,用F或表示。。鐵碳合金相圖⑵奧氏體體:碳在-Fe中的固固溶體體稱奧氏體體。用A或表示。。是面心心立方方晶格格的間隙固固溶體體。溶碳碳能力力比鐵鐵素體體大，，1148℃℃時(shí)最大為為2.11%。組織為為不規(guī)則則多面面體晶晶粒，晶界較較直。強(qiáng)度度低、、塑性性好，，鋼材熱熱加工工都在在區(qū)進(jìn)行行。碳鋼室室溫組組織中中無(wú)奧奧氏體體。奧氏體鐵碳合金的組元和相⑶滲碳體體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。。Fe3C硬度高高、強(qiáng)度低低(b35MPa),脆性大大,塑性幾幾乎為為零Fe3C是一個(gè)個(gè)亞穩(wěn)相相，在一一定條條件下下可發(fā)發(fā)生分分解：：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反應(yīng)應(yīng)對(duì)鑄鑄鐵有有重要要意義義。由于碳碳在-Fe中的溶溶解度度很小小，因因而常常溫下下碳在鐵鐵碳合合金中中主要要以Fe3C或石墨墨的形式式存在在。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鐵碳合金的組元和相⒈特征點(diǎn)點(diǎn)?????LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

鐵碳合金相圖的分析⒉特征線線⑴液相線線—ABCD，固相線線—AHJECFD⑵三條水水平線線：HJB：包晶線線LB+δH?JECF：共晶線線LC?E+Fe3C共晶產(chǎn)產(chǎn)物是是與Fe3C的機(jī)械械混合合物，，稱作作萊氏體體,用Le表示。。為蜂窩狀狀,以Fe3C為基，，性能能硬而而脆。萊氏體鐵碳合金相圖的分析PSK：共析線線S?FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的的產(chǎn)物物是與Fe3C的機(jī)械械混合合物，稱作作珠光體體，用P表示。。L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C珠光體體的組織織特點(diǎn)點(diǎn)是兩兩相呈呈片層相相間分分布,性能介介于兩兩相之之間。。PSK線又稱A1線。珠光體鐵碳合金相圖的分析⑶其它相相線GS,GP—?固溶體體轉(zhuǎn)變變線,GS又稱A3線。HN,JN—δ?固溶體體轉(zhuǎn)變變線，，ES—碳在-Fe中的固固溶線線。又又稱Acm線。PQ—碳在-Fe中的固固溶線線。鐵碳合金相圖的分析⑶三個(gè)三三相區(qū)區(qū)：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三條水平平線⒊相區(qū)⑴五個(gè)個(gè)單相區(qū)區(qū)：L、、、、Fe3C⑵七個(gè)兩相相區(qū):L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C鐵碳合金相圖的分析⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織織為單相相①亞共共析鋼(0.0218~0.77%C)②共析鋼(0.77%C)③過(guò)共析鋼鋼(0.77~2.11%C)鐵碳相圖圖上的合合金，按按成分可可分為三三類：⑴工業(yè)業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單單相鐵素素體。亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程⑶白口鑄鐵鐵(2.11~6.69%C)鑄造性能能好,硬而脆①亞共共晶白口口鑄鐵(2.11~4.3%C)②共晶白口口鑄鐵(4.3%C)③過(guò)共晶白白口鑄鐵鐵(4.3~6.69%C)典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程㈠工業(yè)純鐵鐵的結(jié)晶晶過(guò)程合金液體體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)闉椋?-4點(diǎn)間→，5-6點(diǎn)間→。到7點(diǎn)，從中析出Fe3C。NSJBHL+++

典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程隨溫度下下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增增加，合合金的室室溫下組組織為F+Fe3CⅢ。室溫下Fe3CⅢ最大量為為:從鐵素體體中析出出的滲碳碳體稱三次滲碳碳體，用Fe3CⅢ表示。Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)網(wǎng)狀或片片狀分布布于晶界界。典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程㈡共析鋼的的結(jié)晶過(guò)過(guò)程合金液體體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變變?yōu)?。到S點(diǎn)發(fā)生共共析轉(zhuǎn)變變：S?P+Fe3C,全部轉(zhuǎn)變變?yōu)橹楣夤怏w。典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程珠光體在光鏡下下呈指紋紋狀.變結(jié)束時(shí)時(shí)，珠光光體中相相的相對(duì)對(duì)重量百百分比為為：珠光體中中的滲碳碳體稱共析滲碳碳體。S點(diǎn)以下，，共析中析出Fe3CⅢ，與共析析Fe3C結(jié)合不易易分辨。。室溫組織織為P.珠光體Q共析鋼的結(jié)晶過(guò)程室溫下，，珠光體體中兩相相的相對(duì)對(duì)重量百百分比是是多少？？Q43219共析鋼的結(jié)晶過(guò)程㈢亞共析鋼鋼的結(jié)晶晶過(guò)程0.09~0.53%C亞共析鋼鋼冷卻時(shí)時(shí)發(fā)生包包晶反應(yīng)應(yīng).以0.45%C的鋼為例例合金在4點(diǎn)以前通通過(guò)勻晶—包晶—?jiǎng)蚓Х磻?yīng)應(yīng)全部轉(zhuǎn)變變?yōu)?。?點(diǎn)，由中析出。到5點(diǎn),成分沿GS線變到S點(diǎn)，發(fā)生共析析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼繼續(xù)下降降，中析出Fe3CⅢ，由于與與共析Fe3C結(jié)合,且量少,忽略不計(jì)計(jì).典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程利用平衡衡組織中中珠光體體所占的的面積百百分比，，可以近近似估算亞共共析鋼的的含碳量量:C%=P面積%×0.77%(忽略中含碳量量，P面積%=QP)共析溫度度下相的的相對(duì)重重量為：：組織組成成物的相相對(duì)重量量為：S’亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程室溫下相相的相對(duì)對(duì)重量百百分比為為：室溫下組組織組成成物的相相對(duì)重量量百分比比為：S’亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程亞共析鋼鋼室溫下下的組織織為F+P。在0.0218~0.77%C范圍內(nèi)珠光體的的量隨含含碳量增增加而增增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程㈣過(guò)共析鋼鋼的結(jié)晶晶過(guò)程合金在1~2點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉?到3點(diǎn),開始析出出Fe3C。從奧氏氏體中析析出的Fe3C稱二次滲碳碳體,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈呈網(wǎng)狀分分布.溫度下降降,Fe3CⅡ量增加。。到4點(diǎn)，成分沿ES線變化到到S點(diǎn)，余下下的轉(zhuǎn)變?yōu)镻。在共析溫溫度下Fe3CⅡ的相對(duì)量量？典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程過(guò)共析鋼鋼室溫組組織為P+Fe3CⅡ。Fe3CⅡ量隨含碳碳量而增增加,含碳量為為2.11%時(shí),Fe3CⅡ量最大：：含1.4%C鋼的組織過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程室溫下兩兩相的相相對(duì)重量量百分比比：室溫下兩兩組織組組成物的的相對(duì)重重量百分分比：亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程㈤共晶白口口鐵的結(jié)結(jié)晶過(guò)程程合金冷卻卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變變?yōu)槿R氏體(Le),萊氏體是共晶與共晶Fe3C的機(jī)械混混合物,呈蜂窩狀狀.Fe3C典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程共晶轉(zhuǎn)變變結(jié)束時(shí)時(shí)，兩相相的相對(duì)對(duì)重量百百分比為為:C點(diǎn)以下,成分沿ES線變化，，共晶將析出Fe3CⅡ。Fe3CⅡ與共晶Fe3C結(jié)合，不不易分辨辨。1’2Fe3C共晶白