1、(1)2022-8-97第七章 二元相图 相图相图：表示：表示平衡条件平衡条件下材料系统中下材料系统中相的状态相的状态与与温度温度及及成分成分之间关系的一种图形。又称之间关系的一种图形。又称状态图或平衡图状态图或平衡图。相图是材料科学工作者必相图是材料科学工作者必不可少的不可少的 重要工具。重要工具。相图的用途：相图的用途：由相图可以知道材料的凝固由相图可以知道材料的凝固或熔化温度及系统中可能发生或熔化温度及系统中可能发生的固态相变或其他转变；的固态相变或其他转变；材料的性能与相图有一定关材料的性能与相图有一定关系，掌握了有关相图的知识，系，掌握了有关相图的知识，就可以通过相图预测材料的某就可
2、以通过相图预测材料的某些性能。些性能。(2)2022-8-977.1 相图的表示和测定方法7.1.1 相相 系统：所研究的原子、分子的集体。系统：所研究的原子、分子的集体。相：给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一原子相：给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一原子聚集状态和性质的聚集状态和性质的均匀连续均匀连续组成部分。组成部分。第一节 相图的表示和测定方法7.1.2 相平衡与相律相平衡与相律相平衡相平衡：某一温度下，系统中各相长时间不相互转变，处：某一温度下，系统中各相长时间不相互转变，处于平衡状态。于平衡状态。动态平衡动态平衡 热力学条件：每个组元热力学条件：每个组元在各相中的化学势相
3、等在各相中的化学势相等。相律：热力学平衡条件下，系统的相律：热力学平衡条件下，系统的组元数组元数、相数相数和和自自由度数由度数之间的关系。之间的关系。f=c-p+1（恒压恒压条件下）条件下）(3)2022-8-97相律：热力学平衡条件下，系统的相律：热力学平衡条件下，系统的组元数组元数、相数相数和和自自由度数由度数之间的关系。之间的关系。f=c-p+1（恒压恒压条件下）条件下）相律应用：确定系统中可能存在的最多平衡相数，相律应用：确定系统中可能存在的最多平衡相数，判判 断相图正误断相图正误解释：为什么纯金属温度恒定下结晶？二元合金在一温度解释：为什么纯金属温度恒定下结晶？二元合金在一温度范围内
4、结晶？范围内结晶？纯金属：纯金属：二元合金：二元合金：三元合金：三元合金：c -fmin +1第一节 相图的表示和测定方法7.1 相图的表示和测定方法(4)2022-8-97相律：热力学平衡条件下，系统的相律：热力学平衡条件下，系统的组元数组元数、相数相数和和自自由度数由度数之间的关系。之间的关系。f=c-p+1（恒压恒压条件下）条件下）相律应用：确定系统中可能存在的最多平衡相数，相律应用：确定系统中可能存在的最多平衡相数，判判 断相图正误断相图正误A BLL+T第一节 相图的表示和测定方法7.1 相图的表示和测定方法(5)2022-8-977.1.3 相图的表示与测定相图的表示与测定横坐标：
5、横坐标：成分成分纵坐标：纵坐标：温度温度图中任一点：图中任一点：状态点状态点 状态与成分表示法状态与成分表示法质量分数质量分数(w)和摩尔分和摩尔分数数(x)二元相图中的成分二元相图中的成分按现在国家标准有两种按现在国家标准有两种表示方法表示方法：质量分数和质量分数和摩尔分数。一般情况下，摩尔分数。一般情况下，如果没有特别注明，均如果没有特别注明，均指指质量分数质量分数。第一节 相图的表示和测定方法7.1 相图的表示和测定方法(6)2022-8-977.1.3 相图的表示与测定相图的表示与测定 状态与成分表示法状态与成分表示法Cu 30 50 70Ni相图的建立：相图的建立：计算法：计算法：实
6、验法：实验法：热分析法热分析法，金相组织法，金相组织法，X射线分析法，硬度法，射线分析法，硬度法，电阻法，热膨胀法，磁性法。电阻法，热膨胀法，磁性法。配制一系列成分配制一系列成分的合金的合金测冷测冷却曲线却曲线确定确定转变温度转变温度填填入坐标入坐标绘出绘出曲线。曲线。测定合金的冷却（或加热）曲线测定合金的冷却（或加热）曲线7.1 相图的表示和测定方法第一节 相图的表示和测定方法(7)2022-8-977.1.3 相图的表示与测定相图的表示与测定 由凝固开始温度连接起来的相界线称为液相线，由凝固终结温度连接起来的相界线称为固相线。相图中由相界线划分出来的区域称为相图中由相界线划分出来的区域称为
7、相区相区，表明表明在此范围内存在的平衡相类型和数目。在二元相图在此范围内存在的平衡相类型和数目。在二元相图中有单相区和两相区。中有单相区和两相区。在相图中，任意一点都叫在相图中，任意一点都叫“表象点表象点”。一个表象点的坐标值反映一个给定合一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。在相图中由表象点所在的相区可金的成分和温度。在相图中由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。以判定在该温度下合金由哪些相组成。第一节 相图的表示和测定方法7.1 相图的表示和测定方法(8)2022-8-977.2 二元相图分析 相图的基本类型相图的基本类型:匀晶匀晶相图相图共晶共晶相图相图包晶包晶
8、相图相图二二元元相相图图(9)2022-8-97 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。二元匀晶相图相律：相律：f=c-p+1 匀晶相图：完全具有匀匀晶相图：完全具有匀晶转变的相图。晶转变的相图。相图分析（以相图分析（以Cu-Ni相图相图为例）为例）两两点点：纯组元熔点：纯组元熔点两两线线：液相线液相线，固相线固相线三三区区：L,L+LL+两相区：两相区：f=2-2+1=1温度可变，两相区存在于一个温度范围内，温度可变，两相区存在于一个温度范围内，温度一定时，液、固成分一定温度一定时，液、固成分一定7.2 二元相图分析(10)2022-8-97
9、 两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的系统称为两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶的系统称为匀匀晶系晶系。在两个金属组元之间形成合金时，要能无限互溶必须服从以在两个金属组元之间形成合金时，要能无限互溶必须服从以下条件：下条件：1.1.两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于1515。2.2.两者有相同的原子价和相似的电负性。两者有相同的原子价和相似的电负性。这一适用于合金固溶体的规则，也基本适用于以离子晶体化这一适用于合金固溶体的规则，也基本适用于以离子晶体化合物为组元的固溶体形成，只是上述规则中以离子半径替合物为组元的固溶体形成，只是上述
10、规则中以离子半径替代原子半径。代原子半径。7.2 二元相图分析(11)2022-8-97 对应于极大点和极小点的合金，由于液、对应于极大点和极小点的合金，由于液、固相的成分相同，此时用来确定体系状态固相的成分相同，此时用来确定体系状态的数量应少掉一个，于是自由度的数量应少掉一个，于是自由度f=c-p+1=1-2+1=0,即恒温转变。即恒温转变。具具有极小点与极大点的相图有极小点与极大点的相图(a)具有极小点具有极小点(b)具有极大点具有极大点7.2 二元相图分析(12)2022-8-97 平衡凝固：平衡凝固：无限缓慢无限缓慢冷却时的凝固方式。冷却时的凝固方式。凝固过程中的每个阶段都能达到平衡每
11、个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分时间进行组元间的扩散有充分时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分。平衡结晶过程分析平衡结晶过程分析固溶体的平衡凝固7.2 二元相图分析(13)2022-8-97固溶体结晶特点：固溶体结晶特点：结晶出的固相与原液结晶出的固相与原液相成分相成分不同不同。在形核时不但要求溶液中有在形核时不但要求溶液中有能量起伏，还要有能量起伏，还要有浓度起伏浓度起伏。在在一定温度范围一定温度范围内结晶，凝内结晶，凝固速率较慢。固速率较慢。在每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程：液相内的扩散过程。固相的继续长大。固相内的扩散过程。7.2 二元相图分析固溶体的平衡凝固(14)2
12、022-8-977.2 二元相图分析(15)2022-8-97杠杆定律杠杆定律注意：只适用于注意：只适用于两相区两相区；三点（支点和端点）要选准。；三点（支点和端点）要选准。WL+W=W0WLXL+WX=W0XabrbXXXXWWLL0abarXXXXWWLL0arrbWWLWLW固溶体的平衡凝固7.2 二元相图分析(16)2022-8-97 杠杆定律的两端一定是单相杠杆定律的两端一定是单相 杠杆的杆是某一温度杠杆的杆是某一温度 杠杆的支点是研究合金的平均成分杠杆的支点是研究合金的平均成分 杠杆定律是计算双相的重量百分含量杠杆定律是计算双相的重量百分含量(17)2022-8-97 不平衡原因：
13、冷速快，不平衡原因：冷速快，固相不能均匀化固相不能均匀化固溶体的非平衡凝固 不平衡结晶特点：不平衡结晶特点：(1)相成分按平均成分线变化相成分按平均成分线变化(2)结晶温度范围增大结晶温度范围增大(3)成分偏析：成分偏析：晶内偏析（枝晶偏析）晶内偏析（枝晶偏析）先结晶的部分含高熔点的组分多，后结晶的部分含低熔点的组分多，熔液只能在固态表层建立平衡。217.2 二元相图分析(18)2022-8-97从上述对非平衡凝固过程的分析得到如下几点结从上述对非平衡凝固过程的分析得到如下几点结论：论：1）固相平均成分线和液相平均成分线与固相线和液相线不）固相平均成分线和液相平均成分线与固相线和液相线不同同，
14、它们和冷却速度有关。，它们和冷却速度有关。2）先结晶部分总是富高熔点组元（）先结晶部分总是富高熔点组元（Ni），后结晶的部分是），后结晶的部分是富富低熔点组元（低熔点组元（Cu）。）。3)非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温温度度。7.2 二元相图分析固溶体的非平衡凝固(19)2022-8-97消除枝晶偏析：均匀化退火消除枝晶偏析：均匀化退火晶内偏析：一个晶内偏析：一个晶粒内部晶粒内部化学成分不均匀现象。化学成分不均匀现象。枝晶偏析：树枝晶的枝晶偏析：树枝晶的枝干和枝间枝干和枝间化学成分不均匀的现象。化学成分不均匀的现象。7.2
15、 二元相图分析固溶体的非平衡凝固(20)2022-8-97 共晶转变：由共晶转变：由一定成分一定成分的液相的液相同时同时结晶出结晶出两两个个一定成一定成分分固相的转变。固相的转变。LE=M+N f=2-3+1=0共晶相图：具有共晶转变特征的相图。共晶相图：具有共晶转变特征的相图。液态无限互溶、固态液态无限互溶、固态有限有限互溶或互溶或完全不溶完全不溶，且发生共晶反，且发生共晶反应。应。二元共晶相图L共晶组织：共晶转变产物共晶组织：共晶转变产物:(M+N)（是（是两相两相混合物）混合物）7.2 二元相图分析(21)2022-8-97共晶合金具有的特殊性质：共晶合金具有的特殊性质：比纯组元熔点低，
16、简化了熔化和铸造的操作；比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作；共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之中防止共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之中防止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造性能；了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造性能；恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷，例如偏恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷，例如偏聚和缩孔；聚和缩孔；共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排列共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的原位复合材料的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的原位复合材料（ininsitu composites
17、itu composite）。）。(22)2022-8-977.2 二元相图分析二元共晶相图共晶点共晶点E，纯组元熔点；最大溶解度点；室温溶解度点，纯组元熔点；最大溶解度点；室温溶解度点(1)点：点：(2)线：线：(3)区：区：结晶开始线（液相线），结晶开始线（液相线），结晶结束线（固相线），结晶结束线（固相线），共晶共晶线，线，固溶线固溶线3个单相区：个单相区：L、f=23个两相区：个两相区：L+、L+、+f=11个三相区（线）：个三相区（线）：L+f=0L合金类型：端部固溶体合金，共晶型合金合金类型：端部固溶体合金，共晶型合金(亚共晶合金，共晶合亚共晶合金，共晶合金，过共晶合金金，过共晶合
18、金)固溶体固溶体 亚共晶亚共晶 共晶共晶 过共晶过共晶 固溶体固溶体(23)2022-8-97共晶系合金的平衡凝固和组织端部固溶体合金端部固溶体合金二元共晶相图结晶过程：结晶过程：t1-t2:L (匀晶匀晶)t2-t3:不变不变t3-t4:(脱溶脱溶)过饱和固熔体中分离过饱和固熔体中分离出另一种固相的过程出另一种固相的过程,称为称为脱溶转变。脱溶转变。室温组织：室温组织：+相组成：相组成：、(24)2022-8-97共晶系合金的平衡凝固和组织端部固溶体合金端部固溶体合金二元共晶相图10%Sn-Pb合金平衡结晶后的组织合金平衡结晶后的组织室温组织：室温组织：+相组成：相组成：、含量？含量？WW(
19、25)2022-8-97共晶系合金的平衡凝固和组织共晶合金共晶合金(Sn=0.619)二元共晶相图结晶过程：结晶过程：t1:、相对含量？相对含量？室温组织：室温组织：(+)共共 片层状片层状称为：称为：共晶体（共晶组织）共晶体（共晶组织）简写为：简写为：(+）共共相组成：相组成：、相对含量？相对含量？Pb-Sn二元相图二元相图(26)2022-8-97 共晶系合金的平衡凝固和组织亚共晶合金亚共晶合金二元共晶相图室温组织：室温组织：初初+(+)共共相组成：相组成：、结晶过程：结晶过程：t1-t2:L 初初 (+LE)t2:LE (+)t2-t3:(+F),(27)2022-8-97共晶系合金的平
20、衡凝固和组织亚共晶合金亚共晶合金二元共晶相图相对含量？相对含量？(28)2022-8-97共晶系合金的平衡凝固和组织亚共晶合金亚共晶合金二元共晶相图Pb-Sn二元相图二元相图相对含量？相对含量？Lt1-t2:初初M LEt2:(+)t3:F(+)(29)2022-8-97共晶系合金的平衡凝固和组织过共晶合金过共晶合金二元共晶相图室温组织：室温组织：初初+(+)共共+结晶过程：结晶过程：t1-t2:L 初初 (+LE)t2:LE (+)t2-t3:(+),(30)2022-8-97二元共晶相图(31)2022-8-97共晶系合金的非平衡凝固和组织伪共晶组织伪共晶组织 伪共晶：由伪共晶：由非非共晶
21、成分的合金所共晶成分的合金所得到的得到的完全共晶组织完全共晶组织。形成原因：形成原因：不平衡结晶不平衡结晶；成分位；成分位于共晶点附近。于共晶点附近。伪共晶区的位置：与共晶两相的伪共晶区的位置：与共晶两相的结晶速度结晶速度有关。偏向晶体结构复有关。偏向晶体结构复杂及具有平滑界面的相的一边。杂及具有平滑界面的相的一边。二元共晶相图(32)2022-8-97共晶系合金的非平衡凝固和组织离异共晶离异共晶 离异共晶：两相分离的共离异共晶：两相分离的共晶。晶。条件：成分远离共晶点，条件：成分远离共晶点，初晶相对量很多。初晶相对量很多。二元共晶相图可以在平衡条件下获得，也可可以在平衡条件下获得，也可以在非
22、平衡条件下获得。以在非平衡条件下获得。(33)2022-8-97二元包晶相图 包晶转变：包晶转变：一定温度一定温度下，由下，由特定成分特定成分的固相与的固相与确定成分确定成分的液相发生反应生成另一种的液相发生反应生成另一种特定成分特定成分的固相的转变。的固相的转变。包晶相图：两组元包晶相图：两组元液态无限液态无限互溶，互溶，固态有限固态有限互溶并具有互溶并具有包晶转变包晶转变的相图。的相图。图形特点：图形特点：二元包晶相图LLp+c=D(34)2022-8-97二元包晶相图三种类型包晶相图三种类型包晶相图(35)2022-8-97二元包晶相图液相线液相线：A AP PB B 固相线固相线：A
23、AC C，D DB BC CE E是是AgAg在在PtPt为基的为基的固溶体的溶解度曲线，固溶体的溶解度曲线，D DF F是是PtPt在在AgAg为基的为基的固溶体的溶解度曲线。水平线固溶体的溶解度曲线。水平线C CDPDP是包晶是包晶转变线，成分在转变线，成分在C CP P范围内的合金在该温度都将发生包范围内的合金在该温度都将发生包晶转变：晶转变：L LP P+c cD D。包晶反应是恒温转变，图中。包晶反应是恒温转变，图中D D点称为包晶点。点称为包晶点。(36)2022-8-97包晶合金的平衡凝固和组织Ag=0.424的的Pt-Ag合金（包晶合金）合金（包晶合金）结晶过程：结晶过程：L室
24、温组织：室温组织：+L与与的比例是的比例是多少时完全包多少时完全包晶转变为晶转变为？LP+CD(37)2022-8-97在开始进行包晶反应时两相的相对量分别为：在开始进行包晶反应时两相的相对量分别为：在大多数情况下，由包晶反应所形成的在大多数情况下，由包晶反应所形成的相倾向于相倾向于依附初生相依附初生相的表面形核，以降低形核功，并消耗的表面形核，以降低形核功，并消耗液相和液相和相而生长。当相而生长。当相被新生的相被新生的相包围以后相包围以后，相就不能直接与液相相就不能直接与液相L L接触。接触。相同时向液相相同时向液相和和相方向生长，直至把液相和相方向生长，直至把液相和相全部吞食为止。由于相全
25、部吞食为止。由于相是在包围初生相相是在包围初生相，并，并使之与液相隔开的形式下生长的，故称之为包晶反使之与液相隔开的形式下生长的，故称之为包晶反应。应。%3.575.103.665.105.42PCCDWL%7.421LWW(38)2022-8-97包晶合金的平衡凝固和组织Ag=0.424的的Pt-Ag合金（包晶合金）合金（包晶合金）结晶过程：结晶过程：包晶转变机理：包晶转变机理：包晶反应时原子迁移示意图(39)2022-8-97包晶合金的平衡凝固和组织其他包晶合金的平衡凝固其他包晶合金的平衡凝固合金合金：室温组织：室温组织：+(40)2022-8-97包晶合金的平衡凝固和组织其他包晶合金的平
26、衡凝固其他包晶合金的平衡凝固合金合金：室温组织：室温组织：+(41)2022-8-97包晶合金的非平衡凝固和组织 包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化与成分偏析现象。与成分偏析现象。措施：扩散退火措施：扩散退火二元包晶相图平衡组织：平衡组织：包包+初初+（+Sn）平衡结晶过程：平衡结晶过程：L+L L(+Sn)(42)2022-8-97包晶合金的非平衡凝固和组织 包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化与成分偏析现象。与成分偏析现象。措施：扩散退火措施：扩散退火二元包晶相图平衡组织：平衡
27、组织：包包+初初+（+Sn）非平衡结晶过程：非平衡结晶过程：L+进行不完全，进行不完全，L、剩余剩余L L(+Sn)非平衡组织：非平衡组织：(43)2022-8-97包晶合金的非平衡凝固和组织 包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化与成分偏析现象。与成分偏析现象。措施：扩散退火措施：扩散退火二元包晶相图平衡组织：平衡组织：包包+初初+（+Sn）非平衡组织：非平衡组织：(44)2022-8-971 1具有化合物的二元相图具有化合物的二元相图l在某些二元系中，可形成一个或几个化合物，由在某些二元系中，可形成一个或几个化合物，由于它们位于相图中间
28、，故又称中间相。于它们位于相图中间，故又称中间相。l稳定化合物是指有确定的熔点，可熔化成与固态稳定化合物是指有确定的熔点，可熔化成与固态相同成分液体的那类化合物相同成分液体的那类化合物。l不稳定化合物不能熔化成与固态相同成分的液体，不稳定化合物不能熔化成与固态相同成分的液体，当加热到一定温度时会发生分解，转变为两个相。当加热到一定温度时会发生分解，转变为两个相。其他类型的二元相图其他类型的二元相图(45)2022-8-97MgSi相图相图a.a.形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图(46)2022-8-97CdSb相图相图(47)2022-8-97b b形成不稳定化合物的相图形成不稳定化合
29、物的相图具有形成不稳定化合物（具有形成不稳定化合物（KNaKNa2 2）的）的KNaKNa合金相图，合金相图，当（当（NaNa）54.454.4的的K KNaNa合金所形成的不稳定合金所形成的不稳定化合物被加热到化合物被加热到6.96.9，便会分解为成分与之不，便会分解为成分与之不同的液相和同的液相和NaNa晶体，实际上它是由包晶转变晶体，实际上它是由包晶转变 L LNaKNaNaKNa得到的。得到的。同样，不稳定化合物也可能有一定的溶解度，同样，不稳定化合物也可能有一定的溶解度，则在相图上为一个相区。则在相图上为一个相区。(48)2022-8-97KNa相图相图(49)2022-8-97Si
30、OSiO2 2-Al-Al2 2O O3 3系和系和Fe-CFe-C系分别是陶瓷和合金中最系分别是陶瓷和合金中最重要的两个二元系，故以它们的相图作为实例重要的两个二元系，故以它们的相图作为实例进行分析。进行分析。1.SiO1.SiO2 2-Al-Al2 2O O3 3系的组织与性能系的组织与性能二元相图实例分析(50)2022-8-97 SiO2-Al2O3系相图系相图(51)2022-8-97SiOSiO2 2-Al-Al2 2O O3 3系相图中有三个化合物，均属复杂结系相图中有三个化合物，均属复杂结构。组元构。组元-Al-Al2 2O O3 3（又称刚玉）属菱方点阵；（又称刚玉）属菱方点
31、阵；组元组元SiOSiO2 2随多晶型的变化具有多种点阵类型；随多晶型的变化具有多种点阵类型；中间相莫来石为单斜点阵。中间相莫来石为单斜点阵。在相图中有两个三相恒温转变：在相图中有两个三相恒温转变：15871587共晶转变：共晶转变：L SiOL SiO2 2+莫来石莫来石18281828包晶转变：包晶转变：L+AlL+Al2 2O O3 3 莫来石莫来石(52)2022-8-97a.w(Ala.w(Al2 2O O3 3)1010的陶瓷（亚共晶）的陶瓷（亚共晶）b.w(Alb.w(Al2 2O O3 3)1010的陶瓷（共晶）的陶瓷（共晶）f.w(Alf.w(Al2 2O O3 3)7878
32、的陶瓷的陶瓷d.55d.55 w(Alw(Al2 2O O3 3)7272的陶瓷的陶瓷e.72e.72 w(Alw(Al2 2O O3 3)7878的陶瓷的陶瓷c.10c.10 w(Alw(Al2 2O O3 3)5555的陶瓷（过共晶）的陶瓷（过共晶）(53)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）相图中的相相图中的相铁素体：铁素体：或或F，高，高温铁素体温铁素体，bcc奥氏体：奥氏体：或或A，fcc渗碳体：渗碳体：Fe3C，正正交晶系交晶系(54)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）相图中的点和线相图中的点和线 特性点特性点(55)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相
33、图）相图中的点和线相图中的点和线 等温转变线等温转变线v包晶线包晶线HJB：1495 L+v共晶线共晶线ECF：1148 L +Fe3C 莱氏体莱氏体Ldv共析线共析线PSK:727 +Fe3C 珠光体珠光体P(56)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）相图中的点和线相图中的点和线 三条特性曲线三条特性曲线vGS线：线：A3线，先共析线，先共析铁素体开始析出线铁素体开始析出线 A FvES线：线：Acm线，碳在线，碳在A中的溶解度曲线中的溶解度曲线 A Fe3CvPQ线：碳在线：碳在F中的溶解中的溶解度曲线度曲线 F Fe3C(57)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）相图
34、中的点和线相图中的点和线 点：点：16个。个。线：两条磁性转变线；线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条等温转变线；其余三条线：三条线：GS,ES,PQ。区：区：5个单相区，个单相区，7个两个两相区，相区，3个三相区。个三相区。LL+L+Fe3C+Fe3C+Fe3C L+L+(58)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析 铁碳合金分类：铁碳合金分类：0.02180.0218(59)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(1)工业纯铁工业纯铁+Fe3C室温组织：室温组织：+Fe3C%326.0%
35、100069.600218.0Fe3C的最大含量：(60)2022-8-97(61)2022-8-97+Fe3C二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(2)共析钢共析钢P室温组织：室温组织：P(F+Fe3C)(62)2022-8-97(63)2022-8-97+Fe3CP二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(3)亚共析钢亚共析钢室温组织：室温组织：F+PF+P(64)2022-8-97(65)2022-8-97+Fe3CPF+P二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(4)过共析钢过共析钢室温组织：室温组
36、织：P+Fe3CP+Fe3C(66)2022-8-97(67)2022-8-97+Fe3CPF+PP+Fe3C二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(5)共晶白口铸铁共晶白口铸铁室温组织：室温组织：LdLd(A+Fe3C)Ld(P+Fe3C +Fe3C)(68)2022-8-97(69)2022-8-97+Fe3CPF+PP+Fe3CLdLd二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(6)亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁室温组织：室温组织：P+Fe3C +LdP+Fe3C +Ld(70)2022-8-97(71)2022-8-97+Fe3CP
37、F+PP+Fe3CLdLdP+Fe3C +Ld二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析(7)过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁室温组织室温组织:Ld+Fe3CLd+Fe3C(72)2022-8-97(73)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）Fe3C形态：形态：Fe3C：薄网状、点状薄网状、点状 Fe3C：网状：网状Fe3C：粗大片状：粗大片状共析共析Fe3C：层片状：层片状 共晶共晶Fe3C：基体：基体(74)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金的组织与力学性能铁碳合金的组织与力学性能（1）对平衡组织的影响（随）对平衡组织的影响（随C%提高）
38、提高）组织：组织：Fe3C LdFe3C；相：相：减少，减少，Fe3C增多；增多；(75)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金的组织与力学性能铁碳合金的组织与力学性能（2）对力学性能的影响）对力学性能的影响 强度、硬度升高，塑韧性下降。强度、硬度升高，塑韧性下降。(76)2022-8-97二元相图分析实例（铁碳相图）铁碳合金的组织与力学性能铁碳合金的组织与力学性能（3）对工艺性能的影响）对工艺性能的影响 适合锻造：适合锻造：C%2.11%，可得到单相组织。可得到单相组织。适合铸造：适合铸造：C%4.3%。，流动性好。，流动性好。适合冷塑变：适合冷塑变：C%0.25%，变形阻力
39、小。，变形阻力小。适合热处理：适合热处理：0.0218%2.11%，有固态相，有固态相变。变。(77)2022-8-97合金的性能很大程度上取决于组元的特性及合金的性能很大程度上取决于组元的特性及其所形成的合金相的性质和相对量，借助于其所形成的合金相的性质和相对量，借助于相图所反映出的这些特性和参量来判定合金相图所反映出的这些特性和参量来判定合金的使用性能和工艺性能的使用性能和工艺性能,对于对于实际生产有一定实际生产有一定的借鉴作用。的借鉴作用。1 1根据相图判断合金的根据相图判断合金的使用性能使用性能2 2根据相图判别合金的工艺性能根据相图判别合金的工艺性能 根据相图推测合金的性能(78)2
40、022-8-97相图与合金的性能 根据相图判断材料的力学和物理性能根据相图判断材料的力学和物理性能单相固溶体合金：固溶强化单相固溶体合金：固溶强化 理想的变形合金理想的变形合金(79)2022-8-97相图与合金的性能 根据相图判断材料的力学和物理性能根据相图判断材料的力学和物理性能形成两相混合物的合金，其性能与成分呈线性关系形成两相混合物的合金，其性能与成分呈线性关系(80)2022-8-97相图与合金的性能根据相图判断材料的工艺根据相图判断材料的工艺性能性能 铸造性能：根据液固相线铸造性能：根据液固相线之间的距离之间的距离X X越大越大，成分，成分偏析偏析越严重越严重（因为液固相成分差别大）；（因为液固相成分差别大）；X越大，越大，流动性流动性越差（因为越差（因为枝晶发达）；枝晶发达）；X越大，越大，热裂倾向热裂倾向越大（因越大（因为液固两相共存的温区大）。为液固两相共存的温区大）。(81)2022-8-97相图与合金的性能塑性加工性能：选择具有塑性加工性能：选择具有单相固溶体单相固溶体区的合金。区的合金。热处理性能：选择具有热处理性能：选择具有固态相变或固溶度变化固态相变或固溶度变化的合金的合金
