机械工程材料与热加工工艺第3章 合金相结构

1、第第 3 章合金的相结构及二元合金相图章合金的相结构及二元合金相图3.1 3.1 合金的相结构合金的相结构3.2 3.2 二元合金相图二元合金相图铁碳合金中的相和组织组成物铁碳合金中的相和组织组成物合金合金:通过熔炼、烧结或者其它方法将一种金属元素或者通过熔炼、烧结或者其它方法将一种金属元素或者几种其它元素结合在一起形成具有金属特性的新物质几种其它元素结合在一起形成具有金属特性的新物质。碳钢：碳钢：就是铁和碳为主形成的合金，其中碳元素的就是铁和碳为主形成的合金，其中碳元素的含量对组织和性能有很大的影响。含量对组织和性能有很大的影响。Fe C3.1 3.1 合金的相结构合金的相结构碳钢中的主要组

2、成碳钢中的主要组成固溶体固溶体 （碳或者其它合金元素在纯铁晶体结构中形成的溶体）（碳或者其它合金元素在纯铁晶体结构中形成的溶体） 固溶体保持纯铁的晶体结构固溶体保持纯铁的晶体结构化合物化合物 （碳或者其它合金元素与铁形成的新的一种晶体结构的（碳或者其它合金元素与铁形成的新的一种晶体结构的化合物）化合物） 化合物是一种不同与铁的一种新的晶体结构化合物是一种不同与铁的一种新的晶体结构铁碳固溶体铁碳固溶体铁素体铁素体(Ferrite)：碳在：碳在-Fe中的间隙固溶体中的间隙固溶体 或者或者F表示表示-Fe的八面体间隙和四面体间隙奥氏体（奥氏体（AusteniteAustenite）：碳在：碳在铁中形

3、成的间隙固溶体，用铁中形成的间隙固溶体，用或者或者A表示。表示。铁的八面体间隙比-Fe的八面体间隙大，所以碳在奥氏体中的最大溶解度是2.11%，而在铁素体中的最大溶解度只有0.0218%。钢的热处理钢力学性能渗碳体（渗碳体（Cementite ） ：铁和碳形：铁和碳形成的化合物成的化合物它的晶体结构和性能都不同于其组成它的晶体结构和性能都不同于其组成元素，一般都具有复杂的晶体结构，元素，一般都具有复杂的晶体结构，熔点高，硬而脆。熔点高，硬而脆。碳的质量分数超过在碳的质量分数超过在-Fe和和铁中的铁中的溶解度极限时就会形成渗碳体，溶解度极限时就会形成渗碳体，Fe3C。其碳含量为。其碳含量为6.6

4、9%。在铁碳合金中以网状、粗大片状存在在铁碳合金中以网状、粗大片状存在时，将导致材料脆性增加，以细小片时，将导致材料脆性增加，以细小片状或者球状存在时可以起强化作用。状或者球状存在时可以起强化作用。铁碳合金中的相和组织组成物铁碳合金中的相和组织组成物相（相（PhasePhase）：系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。铁素体、奥氏体、渗碳体都是铁碳合金的基本相。铁素体、奥氏体、渗碳体都是铁碳合金的基本相。组织组成物组织组成物（Microstructure）：）：构成构成显微组织

5、的独立部显微组织的独立部分分，可以是单相，也可以是两相混合物或者三相混合物。，可以是单相，也可以是两相混合物或者三相混合物。组织组成物的类型、数量、大小、形态、分布不同就构成组织组成物的类型、数量、大小、形态、分布不同就构成了不同的了不同的显微组织显微组织。珠光体珠光体=铁素体铁素体+渗碳体渗碳体 莱氏体莱氏体=奥氏体奥氏体+渗碳体渗碳体 (组织组织) （相）（相）（相）（相） (组织组织) （相）（相）（相）（相）3.2 二元相图的建立1，配制不同成分的合金2，不同成分合金熔化后，缓慢冷却，测量临界点。3，将各临界点标在以温度为纵坐标，成分为横坐标的图中。4，将各点连接成曲线。相图解释二元相

6、图的杠杆定律推导：b成分合金冷却到成分合金冷却到T1时，时， 液相的成分为液相的成分为a， 固相成分为固相成分为c合金总重量为合金总重量为W=1Wa+ Wc=1 也就是也就是 液相液相+固相固相=1液相合金中的液相合金中的Ni与固相合金中的与固相合金中的Ni的总量的总量=b成分合金成分合金Ni含量含量=XbWa Xa+ Wc Xc=XbMa Wa+(1- Wa)Xc=Xb, Wa=(Xc-Xb)/(Xc-Xa) =bc/ac同理，同理，Wc=ab/ac所以所以 Wa/Wc=bc/ab杠杆定律：用于计算二元相图在两相区内，某一温度下，某一成分下，杠杆定律：用于计算二元相图在两相区内，某一温度下，某一成分下，两相的百分含量。两相的百分含量。杠杆定律的应用：计算任一温度下两相区平衡相的相对量。例如：含Ni 为60%的Cu-Ni合金，冷却至t温度时，由相图投影知Xa=20%；Xc80%；那么：Wa(XcX)/(Xc-Xa)（80-60)/(80-20）100%33.3%；Wc (X-Xa)/(Xc-Xa)（60-20/80-20）100%66.7%；运用杠杆定律时要注意运用杠杆定律时要注意, , 它只适用于相图中的两相区