1、学习要求和难点相图：相图：表示合金系中合金的状态与温度、成表示合金系中合金的状态与温度、成分之间关系的图解。我们经常见到的相图分之间关系的图解。我们经常见到的相图是平衡相图。是平衡相图。建立相图最常用方法是建立相图最常用方法是。它是通过测量相变时的热。它是通过测量相变时的热效应（即相变时放出热量或吸收热量）来确定相变时的临界度效应（即相变时放出热量或吸收热量）来确定相变时的临界度。TemperatureTimeLiquidTwo PhaseSolid二元合金相图的绘制步骤二元合金相图的绘制步骤150014001300120011001000CuNi80%Ni60%Ni40%Ni20%Ni温度温
2、度/温度温度/时间时间Ni%Cu 20 40 60 80 NiLL+两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的相图称为相图称为匀晶相图匀晶相图。TemperatureXY%Y addedLiquidSolidTwo PhaseEquilibrium Phase Diagram-Mg0-Fe010001200140016001800200022002400260028003000020406080100Wt%FeOTemperature(C)Equilibrium Phase Diagram-Nb-W24002500260027002800290030003
3、100320033003400020406080100Weight%WTemperature(C)温度温度/ABB%LL+液相线液相线固相线固相线B熔点熔点A熔点熔点 与纯金属的结与纯金属的结晶过程不同，固晶过程不同，固溶体合金的结晶溶体合金的结晶是在一定的是在一定的温度温度范围范围内完成的。内完成的。以以Cu-NiCu-Ni合金合金为例进行分析。为例进行分析。L L+l这种从液相中结晶出单一固相的转变称为这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变匀晶转变或或匀晶反应匀晶反应。液固相线不仅是相区分界液固相线不仅是相区分界线线,也是结晶时两相的也是结晶时两相的成分变化线；匀晶转变成分变化线；匀
4、晶转变是是。生产上常将铸件加热到生产上常将铸件加热到固相线以下固相线以下100-200100-200长时长时间保温，以使原子充分扩散、间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作这种热处理工艺称作扩散退扩散退火。火。消除枝晶偏析的办法消除枝晶偏析的办法 大型铝合金铸造板材的扩散大型铝合金铸造板材的扩散退火退火 12 t121122LxxxxQxxxxQ abaoxxxxQabobxxxxQ211212L 21L12LxxQxxQ)aoob(xxxxQQ 或或杠杆定律只适用于两相区。杠杆定律只适用于两相区。%5.61%10045.058.045.0
5、53.0 Q%5.38%10045.058.053.058.0 LQ 温度（温度（）PbSn成分（成分（wt%Sn）ABAB ABPb-Sn共晶组织共晶组织共晶体长大示意图共晶体长大示意图 Sn原子原子扩散扩散Pb原子原子扩散扩散 晶点以右的合金晶点以右的合金称称过共晶合金过共晶合金。l凡具有共晶线成凡具有共晶线成分的合金液体冷分的合金液体冷却到共晶温度时却到共晶温度时都将发生共晶反都将发生共晶反应。应。L+CDAB.2Q QABCDEFG19.2wt%Sn温度温度 1层片状层片状(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)Pb-Sn共晶组织共晶组织条棒状条棒状(Sb-MnSb横截面横截面)螺旋状（螺
6、旋状（Zn-Mg）%6.54%100%4.45%1002.195.979.615.97%100 QQCDEDQE(61.9)D(97.5)C(19.2)Pb-Sn共晶合金组织共晶合金组织室温下两相的相对重量百分比是多少？室温下两相的相对重量百分比是多少？FGFEQFGGEQ,%1002%,1002)(CEEQCECQQEL%1002%,1002 CDCQCDDQ 亚共晶合金亚共晶合金的结晶过程的结晶过程 如何求室如何求室温下三种组织温下三种组织组成物的相对组成物的相对重量？重量？2点温度(结束时)点以下LL12之间L接近2点+11Pb-Sn亚共晶组织亚共晶组织 l共析反应共析反应(共析转变共析
7、转变)是指在一定温度下，由一定成分的是指在一定温度下，由一定成分的固相固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。(奥氏体，奥氏体，铁素体，铁素体，FeFe3 3CC渗碳体渗碳体)PS铁碳合金相图铁碳合金相图金金)、亚共析合金亚共析合金(共共析线上共析点以左的析线上共析点以左的合金合金)、过共析合金过共析合金(共析线上共析点以共析线上共析点以右的合金右的合金)。珠光体珠光体l与共晶反应不同的是与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，共析反应的母相是固相，而不是液相。而不是液相。l另外，由于固态转变过另外，由于固态转变过冷度大，因而冷度大，因
8、而共析组织共析组织比共晶组织细比共晶组织细。液固相线液固相线间距越大、偏析倾向大间距越大、偏析倾向大,树枝晶发达树枝晶发达,流动性降流动性降低低,补缩能力下降补缩能力下降,分散分散缩孔增加缩孔增加.结晶温度低，结晶温度低，流动性好，缩孔集中，流动性好，缩孔集中，偏析小，偏析小，铸造性能好。铸造性能好。合金的流动性、缩孔性质与相图之间的关系合金的流动性、缩孔性质与相图之间的关系4.6.1.4.6.1.组元与基本相组元与基本相4.6.2.4.6.2.平衡结晶过程平衡结晶过程4.6.3.4.6.3.成分成分-组织组织-性能关系性能关系 4.6.4.Fe-Fe3 C4.6.4.Fe-Fe3 C相图的应
9、用相图的应用 Fe Fe FeFe、-Fe-Fe(bcc)(bcc)和和-Fe-Fe(fcc)(fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。强度、硬度低，韧性、塑性好。FeFe3 3 C C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2)Fe-Fe(2)Fe-Fe3 3 C C相图的相相图的相 FeFe3 3 C C （CemCem，CmCm，渗碳体），渗碳体）复杂晶体结构复杂晶体结构 液相液相 L L 相相 （高温铁素体（高温铁素体 ）Fe Fe（C C）固溶体）固溶体 相相（A A，奥氏体），奥氏体）-Fe-Fe（C C）固溶体）固溶体 相相 （F F，铁素体），铁
10、素体）-Fe-Fe（C C）固溶体）固溶体液相线液相线:ABCDABCD固相线固相线:AHJECFAHJECF包晶线包晶线 HJBHJB，包晶点，包晶点 J J 共晶线共晶线 ECFECF，共晶点共晶点C C L L4.3 4.3 (A A2.11 2.11+Fe+Fe3 3C)C)反应物反应物:高温莱氏体高温莱氏体,Ld,Ld共析线共析线 PSKPSK，共析点，共析点S SA A0.77 0.77 (F F0.020.02+Fe+Fe3 3C)C)反应物反应物:珠光体珠光体,P,PESES线：线：C C在在A A中的固溶线中的固溶线PQPQ线：线：C C在在F F中的固溶线中的固溶线4001
11、400 1200 1000 800 6001600 Fe1%C2%C3%C4%C5%C6%C6.70%CLdSteelCast IronPure Iron工业纯铁工业纯铁 C%0.0218%C%0.0218%钢钢 0.0218%0.0218%C%2.11%C%2.11%亚共析钢：亚共析钢：C%C%0.77%0.77%共析钢：共析钢：C%C%0.77%0.77%过共析钢：过共析钢：C%C%0.77%0.77%白口铸铁白口铸铁 2.11%2.11%C%C%6.69%6.69%亚共晶白口铁：亚共晶白口铁：C%C%4.3%4.3%共晶白口铁：共晶白口铁：C%C%4.3%4.3%过共晶白口铁过共晶白口铁
12、 ：C%C%4.3%4.3%室温组织，室温组织，F+FeF+Fe3 3CC(微量)500500 室温组织室温组织:层片状层片状 P(F+P(F+共析共析 FeFe3 3C)C)500500 Fe3C%=(0.77 xF)/(6.69 xF)0.77 /6.69=12%F%1 12%=88%珠光体珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于强度较高，塑性、韧性和硬度介于FeFe3 3C C 和和 F F 之间。之间。室温组织室温组织:F+PF+P，500500 各组织组成物的相对量：各组织组成物的相对量：P%=(0.4 0.0218)/(0.77 0.0218)51%F%1 51%=49%各相的相对量：
13、各相的相对量：Fe3C%0.4 /6.69=6%F%1 6%=94%室温组织室温组织:P+FeP+Fe3 3C CII II 400 400 各组织组成物的相对量：各组织组成物的相对量：Fe3CII%=(1.2 0.77)/(6.69 0.77)7%P%1 7%=93%各相的相对量：各相的相对量：Fe3CII%1.2/6.69=18%F%1 18%=82%室温组织室温组织:（低温）莱氏体（低温）莱氏体 Le Le（P+FeP+Fe3 3C CII II+共晶共晶 FeFe3 3C C ）,500,500 莱氏体莱氏体 LeLe的性能：的性能：硬而脆硬而脆室温组织室温组织:LeLe+P P +F
14、eFe3 3C CII II 200200 室温组织室温组织:LeLe+FeFe3 3C CI I 500500 含碳量与相的相对量关系：含碳量与相的相对量关系：C%F%C%F%，FeFe3 3C%C%含碳量与组织关系：含碳量与组织关系：图（图（a a）和（）和（b b）含碳量与性能关系含碳量与性能关系HBHB：取决于相及相对量：取决于相及相对量强度：强度：C%=0.9%C%=0.9%时最大时最大塑性、韧性：随塑性、韧性：随C%C%而而例例1 1、一退火碳钢的硬度为一退火碳钢的硬度为150HBS150HBS（已知珠光体的（已知珠光体的硬度为硬度为 200HBS200HBS，铁素体的硬度为，铁素
15、体的硬度为80HBS80HBS）。）。计算该钢组织中各组织组分的相对百分含量；计算该钢组织中各组织组分的相对百分含量；求该钢的含碳量；求该钢的含碳量；画出其组织示意图，并于图中标出各组织组分画出其组织示意图，并于图中标出各组织组分的名称。的名称。例例2 2、根据简化的、根据简化的Fe-Fe3CFe-Fe3C相图回答下列问题：相图回答下列问题：(1)(1)在相图上填出空白区存在的组织组成物。在相图上填出空白区存在的组织组成物。(2)(2)写出共晶转变和共析转变的表达式。写出共晶转变和共析转变的表达式。(3)(3)画出含碳量为画出含碳量为0.6%0.6%碳钢从液态冷却到室温的冷却曲线，在碳钢从液态冷却到室温的冷却曲线，在曲线上注明各阶段的组织变化。曲线上注明各阶段的组织变化。(4)(4)计算含碳量为计算含碳量为0.6%0.6%碳钢在室温下相成物的相对百分含量。碳钢在室温下相成物的相对百分含量。钢铁选材钢铁选材：相图相图性能性能用途用途局限性局限性 相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。铸件选材铸件选材和确定和确定浇注温度浇注温度确定确定锻造温度锻造温度(在在 A A 区）区）制定热处理工艺制定热处理工艺
