第4章 相图-2

1、 1 组元和相组元和相 （1）组元：铁石墨相图：）组元：铁石墨相图：Fe,C; 铁渗碳体相图：铁渗碳体相图：Fe-Fe3C。 （2）相：）相：L, , A(), F(), Fe3C(K)。 2 相图分析相图分析 点：点：16个。个。 线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线： GS,ES,PQ。 区：区：5个单相区，个单相区，7个两相区，个两相区，3个三相区。个三相区。 相图标注：相组成物标注的相图。相图标注：相组成物标注的相图。 组织组织组成物标注的相图。组成物标注的相图。 2 相图分析相图分析 点：点：16个。个。 2 相图分析相图分析

2、 线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线： GS, ES, PQ。 区：区：5个单相区，个单相区，7个两相区，个两相区，3个三相区。个三相区。 相图标注：相组成物标注的相图。相图标注：相组成物标注的相图。 组织组成物标注的相图。组织组成物标注的相图。 3 合金分类：合金分类： 工业纯铁（工业纯铁（C%0.0218%）、）、 碳钢（碳钢（0.0218C%2.11%） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 （1）典型合金（）典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温种）的平衡结晶过程、组织变化、室温 组织及其相对量计算。组织及其相

3、对量计算。 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 （1）典型合金（）典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温种）的平衡结晶过程、组织变化、室温 组织及其相对量计算。组织及其相对量计算。 工业纯铁结晶过程工业纯铁结晶过程 （ +Fe3C，三次渗碳体最大量计算）三次渗碳体最大量计算） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 （1）典型合金（）典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温种）的平衡结晶过程、组织变化、室温 组织及其相对量计算。组织及其相对量计算。 共析钢结晶过程共析钢结晶过程 P（ +Fe3C） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 亚共析钢结晶过程亚共

4、析钢结晶过程 （ +P） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 过共析钢结晶过程（过共析钢结晶过程（P+Fe3C，二次渗碳体最大量计算），二次渗碳体最大量计算） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 共晶白口铁结晶过程共晶白口铁结晶过程 Ld（P+ Fe3C+ Fe3C共晶共晶） Ld（ + Fe3C共晶共晶） （ Ld-Ld转变）转变） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 亚共晶白口铁结晶过程亚共晶白口铁结晶过程 （ P+ Fe3C+ Ld ） 4 平衡结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 过共晶白口铁结晶过程过共晶白口铁结晶过程 （ Fe3C+ Ld ） 4 平衡

5、结晶过程及其组织平衡结晶过程及其组织 （2）重要问题：）重要问题： Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其最大含量计算。的意义及其最大含量计算。 Ld-Ld转变。转变。 二次杠杆的应用。二次杠杆的应用。见课本例题见课本例题 p1592h 5 含碳量对平衡组织和性能的影响含碳量对平衡组织和性能的影响 （1）对平衡组织的影响（随）对平衡组织的影响（随C%提高）提高） 组织：组织：Fe3C LdFe3C； 相：相：减少，减少，Fe3C增多；增多； Fe3C形态：形态：Fe3C（薄网状、点状）（薄网状、点状） 共析共析Fe3C（层片状）（层片状） Fe3C（网状）（网状） 共晶共晶Fe3C（基体

6、）（基体） Fe3C（粗大片状）。（粗大片状）。 5 含碳量对平衡组织和性能的影响含碳量对平衡组织和性能的影响 （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。 5 含碳量对平衡组织和性能的影响含碳量对平衡组织和性能的影响 （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%，变形阻力小。，变形阻力小。 适合热处理：适合热处理：0.02182.11，有固态相变。，有固态相变。 工业上应用

7、的金属材料大多数都是二元以上的合工业上应用的金属材料大多数都是二元以上的合金，即使是二元合金。由于还存在杂质，当研究杂质金，即使是二元合金。由于还存在杂质，当研究杂质的影响时，也可以当作二元合金来讨论的影响时，也可以当作二元合金来讨论(杂质作为第杂质作为第三组元三组元)。所以在研究合金的成分、组织和性质之间。所以在研究合金的成分、组织和性质之间的关系，以及制订合金的生产工艺时，除了参考二元的关系，以及制订合金的生产工艺时，除了参考二元相图外，还需要参考三元相图。相图外，还需要参考三元相图。 很多陶瓷材料也是多元系统，必须借助于三元相很多陶瓷材料也是多元系统，必须借助于三元相图来研究温度、成分与

8、相组成之间的相互关系。图来研究温度、成分与相组成之间的相互关系。 完整的三元相图是一个立体模型，它包括表示三完整的三元相图是一个立体模型，它包括表示三个组元含量的个组元含量的浓度平面浓度平面和垂直于此平面的和垂直于此平面的温度坐标温度坐标，图形比较复杂，类型也很多。图形比较复杂，类型也很多。 要实测一个完整的三元相图，工作量很繁重，加要实测一个完整的三元相图，工作量很繁重，加之应用立体图形并不方便，也不必要，因此，在研究之应用立体图形并不方便，也不必要，因此，在研究和分析合金时，往往只需要参考那些有实用价值的截和分析合金时，往往只需要参考那些有实用价值的截面和投影图，即各种面和投影图，即各种、

9、及及。 立体的二元相图也就是由许多这样的截面和投影立体的二元相图也就是由许多这样的截面和投影图组合而成的。图组合而成的。 p 等边三角形表示法等边三角形表示法三边表示相应的二元合金。如三边表示相应的二元合金。如AB表示表示A-B二二元合金。各组元的成分沿顺时针方向增加。元合金。各组元的成分沿顺时针方向增加。p平行于三角形某一边的直线上的任平行于三角形某一边的直线上的任一点，都含有等量的对面顶点组元。一点，都含有等量的对面顶点组元。p三角形一顶点与其对边上任一点连三角形一顶点与其对边上任一点连线上的所有成分点代表的一组三元合线上的所有成分点代表的一组三元合金中，两组元含量的比值保持不变。金中，两

10、组元含量的比值保持不变。 当三元系中某一组元含量当三元系中某一组元含量较少，而另两个组元含量较多较少，而另两个组元含量较多时用成分等腰三角形表示由时用成分等腰三角形表示由于成分点于成分点O靠近底边，所以在靠近底边，所以在实际应用中只取等腰梯形部分实际应用中只取等腰梯形部分即可；即可；O点合金成分的确定与点合金成分的确定与前述等边三角形的求法相同，前述等边三角形的求法相同，即过即过O点分别作两腰的平行线，点分别作两腰的平行线，交交AC边于边于a、c两点：两点： wACa30， wCAc60 wBAb10 当某三元合金处于当某三元合金处于时，时，该合金的成分和两平衡相的成分在该合金的成分和两平衡相

11、的成分在成分三角形中一定在同一条直线上。成分三角形中一定在同一条直线上。这一规律称为这一规律称为或三点共线或三点共线法则。在三元相图中，两相区中两法则。在三元相图中，两相区中两平衡相成分的连线称为平衡相成分的连线称为。：在三元合金的两相区中，其：在三元合金的两相区中，其相率相率f=2，因此除了温度，因此除了温度T外，两相外，两相的成分中还有一个不确定因素。只的成分中还有一个不确定因素。只有通过实际检测出某个相的成分后有通过实际检测出某个相的成分后才能根据杠杆定理计算出另外一个才能根据杠杆定理计算出另外一个相的成分。相的成分。 在三元系的三相区中其相律在三元系的三相区中其相律f=1，因此只要温度

12、确定，其余，因此只要温度确定，其余的参数均可确定。也就是说三平衡相的成分及相对含量都可以的参数均可确定。也就是说三平衡相的成分及相对含量都可以确定。在成分三角形中，三相平衡区一定是一个直边三角形，确定。在成分三角形中，三相平衡区一定是一个直边三角形，三个顶点即三相平衡相成分，处于三相区的合金的成分必定在三个顶点即三相平衡相成分，处于三相区的合金的成分必定在该三角形内。该三角形内。成分为成分为P点点的合金分解的合金分解为为 、 、 相。相。：在固液两相区的：在固液两相区的f=2，即有两个独立变量。当，即有两个独立变量。当温度确定后，尚无法确定两温度确定后，尚无法确定两个平衡相的成分。个平衡相的成

13、分。p成分坐标的含义不同。成分坐标的含义不同。p两相区的形状与二元相图的两相区的形状与二元相图的不同。当纵坐标不是纯组元时，不同。当纵坐标不是纯组元时，液相线与固相线不闭合。液相线与固相线不闭合。p液相线和固相线不代表相图液相线和固相线不代表相图中的合金的液相和固相的平衡中的合金的液相和固相的平衡成分随温度变化的轨迹。成分随温度变化的轨迹。表示合金中的表示合金中的B含含量不变量不变表示合金中表示合金中A/B的的比值不变比值不变p单相区单相区p两相区两相区p三相区三相区p四相区四相区p同析三角台同析三角台p单相区单相区(3个固溶体相个固溶体相 、 、 的单相区的单相区) 相单相区为相单相区为af

14、mk与与Aa之间的区域之间的区域a1aa0a0a1为B 组元在相中的固溶度面b1bb0b0b1为A 组元在相中的固溶度面L+ 、L+ 、L+ + 、 + 、 + L+ + ： 底面为底面为mnE，上边，上边fe1g 三条棱三条棱fm、gn、e1EL+ + L+ + + + ：三棱柱体的外侧面不是垂直平面，而是倾斜面：fe1Em和ge1En为共晶反应开始面 mngf为共晶反应完成面位于位于mnp内的合金凝固到内的合金凝固到固态后，随着温度的降低固态后，随着温度的降低会发生同析反应：会发生同析反应：pE合金合金p区中的合金区中的合金p区中的合金区中的合金p区中的合金区中的合金p区中的合金区中的合金

15、p区中的合金区中的合金p区中的合金区中的合金p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面(L)，fe1Emf二元共晶开始面(L)，mnp三元共晶面(L+)，温度低于TE后发生同析反应：p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面(L)，fe1Emf二元共晶开始面(L)，fgmn二元共晶完成面。随着温度的降低，和相的成分沿固溶度面ffmm和ggnn变化()。A0e1Ee3A0面(L)，fe1Emf二元共晶开始面(L)，fgmn二元共晶完成面。随着温度的降低，和相的成分沿固溶度面ffmm和ggnn变化()，继续冷却时，发生同析反应(因为成分位于同析台mnpmnp范围内)。p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)， A0fmkA0固相面。随着温度的降低，固相面。随着温度的降低， 相的成分沿固溶度面相的成分沿固溶度面ff mm 变化变化()；继续冷却时，发生；继续冷却时，发生同析反应同析反应(成分位于同析台成分位于同析台mnp-m n p 范围