第二章 第二節(jié)機(jī)械工程材料

2.2

合金的結(jié)晶

合金結(jié)晶過程復(fù)雜,用合金相圖來分析。相圖

表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖。

平衡在一定條件下合金系中參與相變的各相的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化。合金在極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過程，可以認(rèn)為是平衡的結(jié)晶過程。2章金屬材料組織和性能的控制在常壓下，二元合金的相狀態(tài)決定于溫度和成分。二元合金相圖用溫度—成分坐標(biāo)系的平面圖來表示。銅鎳二元合金相圖圖中的每一點(diǎn)表示一定成分的合金在一定溫度時(shí)的穩(wěn)定相狀態(tài)。

2章金屬材料組織和性能的控制2.2.1

二元合金的結(jié)晶

一、發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶

1.結(jié)晶過程

勻晶反應(yīng)：

L→α固溶體

Cu-Ni、Fe-Cr、Au-Ag合金具有勻晶相圖。Cu-Ni相圖

aa1c線為液相線,該線以上合金處于液相。

ac1c

線為固相線,該線以下合金處于固相。

●單相區(qū)

L相：液相,Cu和Ni形成的液溶體。

α相：Cu和Ni組成的無限固溶體。

●雙相區(qū):

L

+α

相區(qū)。2章金屬材料組織和性能的控制勻晶結(jié)晶過程

2章金屬材料組織和性能的控制

2.勻晶結(jié)晶特點(diǎn)

(1)形核與長(zhǎng)大

與純金屬一樣,固溶體結(jié)晶也包括形核、長(zhǎng)大兩個(gè)過程。固溶體更趨向樹枝狀長(zhǎng)大。

(2)變溫結(jié)晶

固溶體結(jié)晶在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行,變溫結(jié)晶。2章金屬材料組織和性能的控制

(3)兩相的成分確定

在兩相區(qū)內(nèi),溫度一定時(shí),

兩相的成分(即L相中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和α相中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù))確定。過溫度T1作水平線,交液相線和固相線于a1、c1。a1、c1點(diǎn)在成分軸上的投影點(diǎn)即為L(zhǎng)相和α相中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。隨著溫度的下降,液相成分沿液相線變化,固相成分沿固相線變化。勻晶結(jié)晶2章金屬材料組織和性能的控制

(4)兩相的質(zhì)量比一定

在兩相區(qū)，溫度一定時(shí),兩相的質(zhì)量符合杠桿定律。在T1溫度時(shí)：

QL:L相的質(zhì)量;

Qα:α相的質(zhì)量;

a1b1、b1c1

為線段長(zhǎng)度。液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù):α相的質(zhì)量分?jǐn)?shù):2章金屬材料組織和性能的控制老師提示

杠桿的兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn),支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)。杠桿定律只適用于相圖中的兩相區(qū)。杠桿定律只能在平衡狀態(tài)下使用。2章金屬材料組織和性能的控制

(5)容易產(chǎn)生枝晶偏析

固溶體結(jié)晶時(shí)成分變化。

慢冷時(shí)原子擴(kuò)散充分進(jìn)行，固溶體成分均勻?？炖鋾r(shí)原子擴(kuò)散不充分，固溶體成分不均勻。枝晶偏析：在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分分布不均勻。Cu-Ni合金枝晶偏析示意圖對(duì)材料的機(jī)械性能、抗腐蝕性能、工藝性能都不利。擴(kuò)散退火：把合金加熱到低于固相線100℃左右,長(zhǎng)時(shí)間保溫,原子充分?jǐn)U散,獲得成分均勻的固溶體。2章金屬材料組織和性能的控制上節(jié)內(nèi)容回顧勻晶相圖

杠桿定律的適用范圍

2章金屬材料組織和性能的控制二、發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶

Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu合金具有共晶相圖。

Pb-Sn合金相圖中有三個(gè)單相區(qū):L：Pb與Sn形成的液溶體

α：Sn溶于Pb中的有限固溶體

β：Pb溶于Sn中的有限固溶體三個(gè)雙相區(qū)：

L+α、L+β、α+β

一條L+α+β三相共存線(水平線cde)。

這種相圖稱共晶相圖。Pb-Sn合金相圖

d點(diǎn)為共晶點(diǎn),表示d點(diǎn)成分(共晶成分)的液相合金冷卻到d點(diǎn)溫度(共晶溫度)時(shí),共同結(jié)晶出c點(diǎn)成分的α相和e點(diǎn)成分的

β相。

Ld→(αc+βe)

共晶反應(yīng)：一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)，生成的兩相混合物叫共晶體。

發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)三相共存,三相各自成分確定,恒溫進(jìn)行。

2章金屬材料組織和性能的控制

Pb-Sn合金相圖

水平線cde為共晶反應(yīng)線,成分在ce之間的合金平衡結(jié)晶時(shí)都會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)。

cf

線為Sn在Pb中的溶解度線(α相的固溶線)。Sn含量大于f點(diǎn)的合金從高溫冷卻到室溫時(shí),從α相中析出β相，叫二次β：α→βII。

eg線為Pb在Sn中溶解度線。Sn含量小g點(diǎn)的合金,冷卻過程中同樣發(fā)生二次結(jié)晶,析出二次α。2章金屬材料組織和性能的控制

1.合金I的平衡結(jié)晶過程

合金室溫組織為α+βII

。其組成相是：f點(diǎn)成分的α相，

g點(diǎn)成分的β相。運(yùn)用杠桿定律,兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：2章金屬材料組織和性能的控制組織組成物可以是單相,或是兩相混合物。組織組成物

合金組織中那些具有確定本質(zhì),一定形成機(jī)制的特殊形態(tài)的組成部分。合金I的室溫組織為α+βII

組織由α和βII二部分組成,α和βII為組織組成物。組織組成物α和βII

都為單相組成,所以組織組成物α、βII的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與組成相α、β的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等。2章金屬材料組織和性能的控制

2.合金II(共晶合金)的結(jié)晶過程

合金的室溫組織：共晶體(α+β)

組織組成物：(α+β)

組成相：α和β相共晶合金組織的形態(tài)

2章金屬材料組織和性能的控制

3.合金Ⅲ(亞共晶合金)的結(jié)晶過程合金室溫組織：初生α+二次β+(α+β)

組織組成物：α、二次β、(α+β)

組成相：α、β

組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：2章金屬材料組織和性能的控制4.過共晶合金(合金Ⅳ)：位于共晶點(diǎn)右邊,成分在

de之間的合金。過共晶合金室溫組織為:

初生β+二次α+(α+β)2章金屬材料組織和性能的控制☆練習(xí)：分析過共晶合金的結(jié)晶過程。2章金屬材料組織和性能的控制(1)在發(fā)生L→(α+β)共晶反應(yīng)時(shí)，三相的成分：(b)a.相同b.確定c.不定

(2)共析成分的合金在共析反應(yīng)γ→(α+β)剛結(jié)束時(shí)，其組成相為：(b)γ、α、βα、β(α+β)課堂練習(xí)2章金屬材料組織和性能的控制亞共晶合金組織過共晶合金組織

亞共晶合金和過共晶合金組織初生α+二次β+(α+β)

初生β+二次α+(α+β)判斷正誤一個(gè)合金的室溫組織為α+βII

+(α+β)，它由三相組成。2章金屬材料組織和性能的控制三、發(fā)生包晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶

Pt-Ag、Ag-Sn、Sn-Sb合金具有包晶相圖。Pt-Ag合金相圖

Pt-Ag合金相圖中存在三種相:

L相:Pt與Ag形成的液溶體

α相:Ag溶于Pt中的有限固溶體

β相:Pt溶于Ag中的有限固溶體

e點(diǎn)為包晶點(diǎn)。

e點(diǎn)成分的合金冷卻到e點(diǎn)溫度(包晶溫度)時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)：

L+α

→β

反應(yīng)時(shí)三相共存,它們的成分確定,恒溫進(jìn)行。

水平線ced

為包晶反應(yīng)線。

cf為Ag在α中的溶解度線,

eg為Pt在β中的溶解度線。

2章金屬材料組織和性能的控制

2～2'點(diǎn)

c點(diǎn)成分的α相與d點(diǎn)成分的L相發(fā)生包晶反應(yīng)：L+α→β

反應(yīng)結(jié)束,L相與α相正好全部反應(yīng)耗盡,形成e點(diǎn)成分的β固溶體。

2'～3點(diǎn)

β中析出二次α。合金I的結(jié)晶過程室溫組織β+二次α組成相α、β

2章金屬材料組織和性能的控制四、發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶

共析相圖形狀與共晶相圖相似。共析相圖

d

點(diǎn)成分(共析成分)合金從液相經(jīng)過勻晶反應(yīng)生成γ相,冷卻到d

點(diǎn)溫度(共析溫度)時(shí),恒溫發(fā)生共析反應(yīng):γ→(α+β)

一種固相轉(zhuǎn)變成完全不同的兩種固相.

共析反應(yīng)產(chǎn)物兩相混合物稱為共析體。

共析相圖中各種成分合金的結(jié)晶過程與共晶相圖類似。共析反應(yīng)在固態(tài)下進(jìn)行,共析產(chǎn)物比共晶產(chǎn)物要細(xì)密。

2章金屬材料組織和性能的控制五、含有穩(wěn)定化合物的合金的結(jié)晶

穩(wěn)定化合物:具有一定的化學(xué)成分、固定的熔點(diǎn),熔化前不分解,也不發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)。如:Mg-Si合金能形成穩(wěn)定化合物Mg2Si。

Mg-Si合金相圖是含有穩(wěn)定化合物的相圖。把穩(wěn)定化合物看成獨(dú)立的組元,相圖分成幾個(gè)簡(jiǎn)單相圖。

Mg-Si相圖可分為Mg-Mg2Si和Mg2Si-Si兩個(gè)相圖分析。含有穩(wěn)定化合物的相圖2章金屬材料組織和性能的控制(1)(2)(3)2章金屬材料組織和性能的控制2.2.2合金的性能與相圖的關(guān)系

合金的性能取決于它的成分和組織。相圖則可反映不同成分的合金在室溫時(shí)的平衡組織。因此,具有平衡組織的合金的性能與相圖之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2章金屬材料組織和性能的控制●固溶體性能溶質(zhì)的溶入量越多，晶格畸變?cè)酱螅瑒t合金的強(qiáng)度、硬度越高，電阻越大。當(dāng)溶質(zhì)原子含量大約為50%時(shí)，晶格畸變最大，性能達(dá)到極大值。性能與成分的關(guān)系曲線具有透鏡狀。

合金的使用性能與相圖的關(guān)系示意圖一、合金的使用性能與相圖的關(guān)系

●兩相組織合金的性能性能與成分呈直線關(guān)系變化。組成相或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度越高(圖中虛線)。形成化合物時(shí)，性能-成分曲線在化合物成分處出現(xiàn)極大值或極小值。2章金屬材料組織和性能的控制二、合金的工藝性能與相圖的關(guān)系

●合金的鑄造性能純金屬和共晶成分的合金的流動(dòng)性最好，縮孔集中，鑄造性能好。液、固相線溫度間隔大時(shí)，形成枝晶偏析的傾向性大,阻礙未結(jié)晶液體的流動(dòng)，增多分散縮孔。

鑄造合金常選共晶或接近共晶的成分。合金的鑄造性能與相圖的關(guān)系示意圖2章金屬材料組織和性能的控制●合金的鍛造性

單相合金的鍛造性能好。變形抗力小，變形均勻，不易開裂，變形能力大。雙相組織的合金變形能力差些。組織中存在有較多的化合物相（很脆）時(shí)，合金變形能力差。

2章金屬材料組織和性能的控制2.2.3鐵碳合金的結(jié)晶

一、鐵碳相圖

☆老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容

鐵碳相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材料的應(yīng)用以及熱加工和熱處理工藝的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義。鐵和碳可以形成一系列化合物：如Fe3C、Fe2C、FeC等。有實(shí)用意義的是Fe-Fe3C部分，稱為Fe-Fe3C相圖。此時(shí)相圖的組元為Fe和Fe3C。2章金屬材料組織和性能的控制Fe-Fe3C相圖

A：1538、0%C：1148、4.30%E：1148、2.11%F：1148、6.69%G：912、0%J：1495、0.17%N：1394、0%P：727、0.02%S：727、0.77%Q：600、0.0057%重要點(diǎn)溫度、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2章金屬材料組織和性能的控制

1.鐵碳合金的組元

(1)Fe

鐵是過渡族元素,熔點(diǎn)為1538℃。密度是7.87g/cm3。純鐵從液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)后,繼續(xù)冷卻到1394℃及912℃時(shí),先后發(fā)生兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵的機(jī)械性能：強(qiáng)度低、硬度低、塑性好?？估瓘?qiáng)度σb180MPa～230MPa

屈服強(qiáng)度σ0.2100MPa～170MPa

延伸率δ30%～50%

斷面收縮率ψ70%～80%

沖擊韌度ak1.6×106J/m2～2×106J/m2

硬度50HB～80HB

(2)Fe3CFe3C是Fe與C的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物,通常稱為滲碳體,用Cm表示。

滲碳體的機(jī)械性能特點(diǎn)是硬而脆。

800HB00030MPa硬度沖擊韌度ak

斷面收縮率Ψ

延伸率δ抗拉強(qiáng)度極限

σb

2章金屬材料組織和性能的控制2.鐵碳合金中的相

(1)液相L

液相L是鐵與碳的液溶體。

(2)δ相

δ相又稱高溫鐵素體,是碳在δ-Fe中的間隙固溶體,呈體心立方晶格,在1394℃以上存在。F或α表示,是碳在α-Fe中的間隙固溶體,體心立方晶格，碳的固溶度極小,室溫時(shí)約為0.0008%。在727℃時(shí)溶碳量最大（0.0218%）。鐵素體性能是強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。機(jī)械性能與純鐵大致相同。(3)α相

α相也稱鐵素體,用

γ相常稱奧氏體,用符號(hào)A或γ表示,是碳在γ-Fe中的間隙固溶體,面心立方晶格，碳的固溶度較大,在1148℃時(shí)溶碳量最大達(dá)2.11%。奧氏體的強(qiáng)度較低,硬度不高,易于塑性變形。

(4)γ相

(5)Fe3C相

Fe3C相是Fe與C的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物,性能特點(diǎn)是硬而脆。

滲碳體根據(jù)生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài),對(duì)鐵碳合金的機(jī)械性能有很大影響。

2章金屬材料組織和性能的控制

3.相圖中重要的點(diǎn)和線

(1)重要的點(diǎn)

●J點(diǎn)（包晶點(diǎn)）

●C點(diǎn)（共晶點(diǎn)）

共晶反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行,反應(yīng)過程中L、A、Fe3C三相共存，三相成分一定。

2章金屬材料組織和性能的控制共晶反應(yīng)產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的混和物,稱萊氏體（Le）。其中的滲碳體稱共晶滲碳體。顯微鏡下萊氏體形態(tài)：

塊狀或粒狀A(yù)(727℃時(shí)轉(zhuǎn)變成珠光體)分布在滲碳體基體上。2章金屬材料組織和性能的控制

●S點(diǎn)（共析點(diǎn)）

共析反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行,反應(yīng)過程中,A、F、Fe3C三相共存，三相成分一定。

共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物,稱珠光體,以符號(hào)P表示。

珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。2章金屬材料組織和性能的控制

珠光體形態(tài)：顯微鏡下珠光體的形態(tài)呈層片狀。相間分布滲碳體片與鐵素體片。

珠光體性能：強(qiáng)度較高,塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間。珠光體力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度極限/σb沖擊韌性ak

延伸率δ硬度

770MPa

3×105J/m2～

4×105J/m2

20%～35%180HB2章金屬材料組織和性能的控制

●E點(diǎn)

1148℃，2.11%C

碳在γ-Fe中的最大溶解度●P點(diǎn)

727℃，0.0218%C

碳在α-Fe中的最大溶解度

●B點(diǎn)

1495℃,0.53%C包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分

2章金屬材料組織和性能的控制

●水平線HJB:包晶反應(yīng)線

發(fā)生包晶反應(yīng)?！袼骄€ECF:共晶反應(yīng)線

發(fā)生共晶反應(yīng)?！袼骄€PSK:共析反應(yīng)線發(fā)生共析反應(yīng)。亦稱A1線。(2)Fe-Fe3C相圖中重要的線●GS線

A中開始析出F臨界溫度線,稱A3線?！馝S線

碳在A中的固溶線，叫Acm線。從A中析出Fe3C，叫二次滲碳體(Fe3CII)。亦是A中開始析出Fe3CII的臨界溫度線。●PQ線

是碳在F中固溶線。是F中開始析出Fe3CIII的臨界溫度線。

Fe3CIII數(shù)量極少,往往予以忽略。2章金屬材料組織和性能的控制二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程

根據(jù)Fe-Fe3C相圖,鐵碳合金可分為3類7種：

(1)工業(yè)純鐵[w(C)≤0.0218%]

(2)鋼[0.0218%<w(C)≤2.11%]

亞共析鋼0.0218%<w(C)<0.77%

共析鋼w(C)=0.77%

過共析鋼0.77%<w(C)≤2.11%

(3)白口鑄鐵[2.11%<w(C)<6.69%]

亞共晶白口鑄鐵2.11%<w(C)<4.3%

共晶白口鑄鐵w(C)=4.3%

過共晶白口鑄鐵4.3%<w(C)<6.69%2章金屬材料組織和性能的控制幾種碳鋼的鋼號(hào)和碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

類型亞共析鋼

共析鋼過共析鋼鋼號(hào)

204560T8T10T12碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.200.450.600.801.001.202章金屬材料組織和性能的控制典型鐵碳合金在Fe-Fe3C相圖中的位置2章金屬材料組織和性能的控制

1、工業(yè)純鐵平衡結(jié)晶過程

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%1點(diǎn)以上液相L1～2點(diǎn)

L+δ

2～3點(diǎn)

δ3～4點(diǎn)

δ+A4～5點(diǎn)

A5～6點(diǎn)

A+F6～7點(diǎn)

F7～8點(diǎn)

F晶界析出Fe3CIII

室溫平衡組織為F+Fe3CIII2章金屬材料組織和性能的控制純鐵的室溫平衡組織

F呈白色塊狀。

Fe3CIII量極少,呈小白片狀分布于F晶界處。若忽略Fe3CIII,則組織全為F。室溫平衡組織:

F+Fe3CIII2章金屬材料組織和性能的控制2、共析鋼平衡結(jié)晶過程

☆老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77%

1～2點(diǎn)

L+A2～3點(diǎn)

A3～3'點(diǎn)

A→P

3'～4點(diǎn)

P

共析鋼的室溫平衡組織為:

P

2章金屬材料組織和性能的控制共析鋼的室溫組織共析鋼的室溫組織組成物全部是P。

組成相為F和Fe3C,它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

P(層片狀)2章金屬材料組織和性能的控制

3、亞共析鋼平衡結(jié)晶過程

以碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的鐵碳合金為例1～2點(diǎn)

L+δ。2～2'點(diǎn)L+δ→A

反應(yīng)結(jié)束還有L2'～3點(diǎn)

L+A3～4點(diǎn)

A4～5點(diǎn)

A+F5～5'點(diǎn)

A→PF不變化

5'～6點(diǎn)

P+F2章金屬材料組織和性能的控制40鋼的室溫平衡組織

F呈白色塊狀。P呈層片狀,放大倍數(shù)不高時(shí)呈黑色塊狀。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6%的亞共析鋼,室溫平衡組織中的F呈白色網(wǎng)狀,包圍在P周圍。

含0.4%C的亞共析鋼組織組成物為F和P。

室溫平衡組織:

F+P2章金屬材料組織和性能的控制含0.4%C的亞共析鋼組織組成物為F和P。鋼的組成相為F和Fe3C：2章金屬材料組織和性能的控制亞共析鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)估算

如果忽略F中的碳含量，則P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

w(P)=w(C)/0.77%

亞共析鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)估算：

w(C)=w(P)×0.77%

式中,w(C)表示鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù),

w(P)表示鋼中P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

由于P和F的密度相近,鋼中P和F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用顯微鏡下觀察到的P和F的面積百分?jǐn)?shù)來估算。

2章金屬材料組織和性能的控制

4、過共析鋼平衡結(jié)晶過程

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%1～2點(diǎn)

L+A2～3點(diǎn)

A3～4點(diǎn)A→Fe3CII,Fe3CII呈網(wǎng)狀分布在A晶界上。

4～4‘點(diǎn)

A→P

，

Fe3CII不變化。4'～5點(diǎn)

P+Fe3CII

2章金屬材料組織和性能的控制T12鋼的室溫平衡組織

Fe3CII呈網(wǎng)狀分布在層片狀P周圍。

含1.2%C的過共析鋼的組成相為F和Fe3C

。

組織組成物為Fe3CII和P：P+Fe3CII2章金屬材料組織和性能的控制5.共晶白口鑄鐵平衡結(jié)晶過程

w（C）4.3%2章金屬材料組織和性能的控制2～2'點(diǎn)

A→P，高溫萊氏體Le轉(zhuǎn)變成低溫萊氏體Le’：

(P+Fe3CII+Fe3C)2'～3點(diǎn)

Le'共晶白口鑄鐵平衡結(jié)晶

1～1'點(diǎn)

L→Le即L→(A+Fe3C)。1'～2點(diǎn)

Le中的A析出Fe3CII。2章金屬材料組織和性能的控制共晶白口鑄鐵的室溫平衡組織

Le'由黑色條狀或粒狀P和白色Fe3C基體組成。

共晶白口鑄鐵的組織組成物：全為L(zhǎng)e',

組成相：F和Fe3C。

室溫平衡組織:

Le'2章金屬材料組織和性能的控制

6.亞共晶白口鑄鐵平衡結(jié)晶過程

w（C）3%2章金屬材料組織和性能的控制2'～3點(diǎn)

A晶界析出Fe3CII

組織A+Fe3CII+Le3～3'點(diǎn)

A→P高溫萊氏體Le轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體Le'3'～4點(diǎn)

P+Fe3CII+Le'1～2點(diǎn)

L+A2～2'點(diǎn)

L→Le

共晶反應(yīng)結(jié)束:A+Le亞共晶白口鑄鐵平衡結(jié)晶2章金屬材料組織和性能的控制網(wǎng)狀Fe3CII分布在粗大塊狀P的周圍,Le‘由條狀或粒狀P和Fe3C基體組成。亞共晶白口鑄鐵的組成相為F和Fe3C

。

組織組成物:P、Fe3CII、Le'。

亞共晶白口鑄鐵的室溫平衡組織室溫平衡組織:

P+Fe3CII+Le'2章金屬材料組織和性能的控制含3%C的亞共晶白口鑄鐵的組成相為F和Fe3C：

2章金屬材料組織和性能的控制含3%C的亞共晶白口鑄鐵組織組成物:

P、Fe3CII、Le'

組織組成物質(zhì)量分?jǐn)?shù):

(1)先求共晶反應(yīng)結(jié)束后初生A2.11和高溫萊氏體（Le）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：冷卻過程中，Le全部轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體（Le’），所以Le’的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是41%。2章金屬材料組織和性能的控制

(2)再求共析反應(yīng)前由初生A2.11析出的Fe3CII和轉(zhuǎn)變的A0.77的質(zhì)量分?jǐn)?shù):(3)共析反應(yīng)完成后，A0.77

轉(zhuǎn)變?yōu)镻。所以P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是46%。

Fe3CII沒有變化，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%。2章金屬材料組織和性能的控制含3%C的亞共晶白口鑄鐵組織組成物質(zhì)量分?jǐn)?shù):

w(Le’)=41%W(P)=46%W(Fe3CⅡ)=13%2章金屬材料組織和性能的控制7.過共晶白口鑄鐵平衡結(jié)晶過程

w（C）5%2章金屬材料組織和性能的控制過共晶白口鑄鐵平衡結(jié)晶

共析溫度時(shí)高溫萊氏體Le轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厝R氏體Le'。

Fe3CI+Le'

先從L結(jié)晶出Fe3CI。

L發(fā)生共晶反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。2章金屬材料組織和性能的控制

Fe3CI呈長(zhǎng)條狀。

Le'由黑色條狀或粒狀P和白色Fe3C基體組成。過共晶白口鑄鐵的室溫平衡組織室溫平衡組織：

Fe3CI+Le'2章金屬材料組織和性能的控制三、鐵碳合金的成分—組織—性能關(guān)系

1、碳含量與組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系鐵碳合金（除純鐵）在室溫下的組織都由F和Fe3C兩相組成,兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由杠桿定律確定。隨碳含量的增加,F的量逐漸變少,Fe3C的量則逐漸增多。

2、碳含量與組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系

室溫下,隨碳含量增大,組織按下列順序變化：

F、F+P、P、P+Fe3CII、

P+Fe3CII+Le'、Le'、

Le'+Fe3CI、Fe3C

組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用杠桿定律求出。

3.鐵碳合金的性能與碳含量之間關(guān)系

（1）硬度碳含量增加,Fe3C增多,F減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大,由全部為F的硬度約80HB增大到全部為Fe3C時(shí)的約800HB。

（2）強(qiáng)度

碳含量增加,亞共析鋼強(qiáng)度增加。超過共析成分后,Fe3CII沿晶界出現(xiàn),強(qiáng)度增高變慢。到約0.9%C時(shí),Fe3CII沿晶界形成完整的網(wǎng),強(qiáng)度降低。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)到2.11%后出現(xiàn)Le',強(qiáng)度降到很低。（3）塑性

鐵碳合金中Fe3C是極脆的相。隨碳含量的增大,合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時(shí),塑性近于零值。2章金屬材料組織和性能的控制亞共析鋼的性能估算硬度≈80×w（F）+180×w（P）

(HB)

或硬度≈80×w（F）+800×w（Fe3C）(HB)

強(qiáng)度(σb)≈230×w（F）+770×w（P）(MPa)

延伸率(δ

)≈50×w（F）+20×w（P）(%)

式中的數(shù)字相應(yīng)為F、P或Fe3C的大概硬度、強(qiáng)度和延伸率;

w（F）、w（P）、w（Fe3C）為組織中F、P或Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2章金屬材料組織和性能的控制四、Fe-Fe3C相圖的工程應(yīng)用

在生產(chǎn)中具有巨大的實(shí)際意義,主要應(yīng)用:

鋼鐵材料的選用加工工藝的制訂