材料科学基础第8章 铁碳相图

§7.5二元包晶相图包晶转变：一定温度下，由特定成分的固相与确定成分的液相发生反应生成另一种特定成分的固相的转变。包晶相图：两组元液态无限互溶，固态有限互溶并具有包晶转变的相图。图形特点：LαβLp+αc=βD§7.5二元包晶相图三种类型包晶相图§7.5二元包晶相图7.5.1相图分析

点：线：区：§7.5.2包晶合金的平衡凝固和组织7.5.2.1ωAg=0.424的Pt-Ag合金（包晶合金）结晶过程：包晶转变机理：§7.5.2包晶合金的平衡凝固和组织7.5.2.1ωAg=0.424的Pt-Ag合金（包晶合金）结晶过程：包晶转变机理：包晶反应时原子迁移示意图§7.5.2包晶合金的平衡凝固和组织7.5.2.2其他包晶合金的平衡凝固§7.5.2包晶合金的平衡凝固和组织7.5.2.2其他包晶合金的平衡凝固§7.6其他二元相图7.6.1形成化合物的二元相图稳定化合物：有固定的熔点，熔点以下保持固有的结构而不发生分解。在相图上，可将其看作一个独立组元不稳定化合物：加热至一定温度时发生分解。分解为液相及另一个固相，而液相成分不同于化合物的成分。K-Na

二

元

相

图§7.6其他二元相图§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图恒温反应类型：分解型，合成型7.6.2.1分解型恒温转变相图(1)具有共析转变的相图共析转变：由一个固相在恒温下转变为另外两个固相。反应式：γα+β图形特点：共析组织：共析转变产物，为两相交替排列的混合物，比共晶组织细密。相图实例：铁碳相图βαγ§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图7.6.2.1分解型恒温转变相图(2)偏晶相图偏晶转变：一定温度下从一定成分的一种液相中分解出一个固相与另一种成份的液相，且固相的相对量总是偏多的转变。反应式：L1L2+α

图形特点：相图实例：Cu-Pb，Cu-O，Mn-Pb，Cu-SL2αL1§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图Cu-Pb二元相图§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图7.6.2.1分解型恒温转变相图(3)熔晶相图熔晶转变：一定温度时，从一个固相分解成一个液相和另一个固相的反应。反应式：δγ+L图形特点：相图实例；Fe-B，Fe-S，Cu-SbLγδ§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图Fe-B二元相图§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图7.6.2.2合成型恒温转变相图(1)具有包析转变的相图包析转变：一定温度时，有两个一定成份的固相生成另一个一定成分的固相的转变。反应式：β+αγ图形特点：相图实例：Fe-B，Fe-Sn，U-Si，Al-Cuβαγ§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图Fe-B二元相图§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图7.6.2.2合成型恒温转变相图(2)合晶相图合晶转变：一定温度下，两个液相相互作用形成一个固相的转变。反应式：L1+L2β图形特点：相图实例：Na-ZnL1L2β§7.6.2具有三相平衡恒温转变的其他二元相图§7.6.3具有无序-有序转变相图有些二元系合金在一定成分和一定温度范围会发生有序化转变，形成有序固溶体。§7.5.4具有同素异晶转变的相图当组元具有同素异构转变时，形成的固溶体也常有异晶转变。Fe和Ti在固态均发生同素异构转变，故形成相图时，在近铁一边有转变;在近钛一边有转变。§7.7.1复杂二元相图的分析方法相图分析步骤①以稳定的化合物分割相图；②确定各点、线、区的意义；③分析具体合金的结晶过程及其组织变化。注：虚线、点划线的意义－尚未准确确定的数据、磁学转变线、有序－无序转变线。第8章铁碳合金相图

1组元和相（1）组元：铁－石墨相图：Fe,C;铁－渗碳体相图：Fe-Fe3C。（2）相：L,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定义）第六节

铁碳合金相图

2相图分析点：14个。线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：GS,ES,PQ。区：5个单相区，7个两相区，3个三相区。相图标注：相组成物标注的相图;组织组成物标注的相图。

2相图分析

点：14个。

3合金分类工业纯铁（C%<0.0218%）碳钢（0.0218<C%<2.11%）铸铁（C%>2.11%）

纯铁的结晶过程

Crystallizationofpureironδ-Fe→γ-Fe→α-Fe固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象——同素异构转变

Fe3C的结构胞§7.7.2二元相图分析实例（铁碳相图）7.7.2.1相图中的相铁素体：α或F奥氏体：γ或A渗碳体：Fe3C7.7.2.2相图中的点和线

点：16个。线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：GS,ES,PQ。

区：5个单相区，7个两相区，3个三相区。α＋＋Ｆｅ３ＣLL+L+Fe3C+Fe3C+Fe3CＬ＋δδ＋α＋Ｆｅ３ＣL+＋Ｆｅ３ＣL++δδα1.5.1铁碳合金的基本组织铁素体：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶(F）。塑性（δ=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。奥氏体：碳溶解在γ—Fe中的间隙固溶体（A）。塑性好。渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很高（HBW=800），塑性、韧性几乎为零。珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体（P）。莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性差。

4平衡结晶过程及其组织（1）典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温组织及其相对量计算。

2h-10h,由学生分析七种合金的结晶过程，下次课重点分析。布置课下列表计算相组成物和组织组成物的相对含量。Fe-Fe3C相图（局部）ANG纯铁的冷却曲线§8.1Fe-Fe3C合金相图工业纯铁的室温组织

4平衡结晶过程及其组织

（1）典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温组织及其相对量计算。

工业纯铁结晶过程（+Fe3CⅢ，三次渗碳体最大量计算）

4平衡结晶过程及其组织

（1）典型合金（7种）的平衡结晶过程、组织变化、室温组织及其相对量计算。

共析钢结晶过程P（+Fe3C）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E1234共析钢的室温组织

4平衡结晶过程及其组织

亚共析钢结晶过程（+P）(Fe3C?)SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E123456Wc=0.20%Wc=0.40%亚共析钢的室温组织

4平衡结晶过程及其组织

亚共析钢结晶过程（+P）

4平衡结晶过程及其组织

过共析钢结晶过程（P+Fe3CⅡ，二次渗碳体最大量计算）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E12345硝酸酒精浸蚀苦味酸浸蚀过共析钢的室温组织

4平衡结晶过程及其组织

共晶白口铁结晶过程

Ld`（P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）（Ld-Ld`转变）Ld（+Fe3C共晶）

123L+Fe3C共晶白口铁的室温组织

4平衡结晶过程及其组织

亚共晶白口铁结晶过程

（P+Fe3CⅡ+Ld`）1234L+Fe3C

4平衡结晶过程及其组织

过共晶白口铁结晶过程（Fe3CⅠ+Ld`）过共晶白口铁的室温组织1234L+Fe3C

4平衡结晶过程及其组织（2）重要问题Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ的意义及其最大含量计算。Ld-Ld`转变。二次杠杆的应用。2h-12h,由学生写出7种合金室温组织组成物和相组成物含量表；分析亚共析钢、亚共晶铁的凝固过程、渗碳体的最大含量计算、默写与修改相图。

5含碳量对平衡组织和性能的影响（1）对平衡组织的影响（随C%提高）组织：α＋Fe3CⅢLd`＋Fe3CⅠ；相：α减少，Fe3C增多；Fe3C形态：Fe3CⅢ（薄网状、点状）共析Fe3C（层片状）Fe3CⅡ（网状）共晶Fe3C（基体）Fe3CⅠ（粗大片状）。

5含碳量对平衡组织和性能的影响

（2）对力学性能的影响随C%提高,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

（3）对工艺性能的影响适合锻造：C%<2.11%，可得到单相组织。适合铸造：C%～4.3%，流动性好。适合冷塑变：C%<0.25%，变形阻力小。适合热处理：0.0218-2.11，有固态相变。

两种反应：1148℃1、共晶反应

一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即莱氏体Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2、共析反应一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。A2.11%c

727℃F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c1.5.2铁碳合金状态图分析渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD线—液相线AECF线—固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm

铁碳合金相图中主要特性点的含义

特性点的符号温度t/℃含碳量wc%含义ACDEGPSQ

1538114812271148912727727室温04.36.692.1100.020.770.0008纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度α-Teγ-Te同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度相图中主要线的含义ACD线—液相线是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线—固相线各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。ECF水平线—共晶线含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。PSK水平线—共析线（A1线）含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。GS线—（A3线）是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。ES线—称Acm线是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。典型合金结晶过程分析铁碳合金含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。共晶生铁：

含碳量为4.3%;亚共晶生铁：含碳量在2.11%—4.3%之间；过共晶生铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁钢生铁

含碳量为0.02%—2.11%的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。共析钢：含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间；1.5.3铁碳合金状态图分析

LL+AAA+Fe3CⅡF+AA+Fe3CⅡ+LdP+Fe3CⅡ+L'dP+Fe3CⅡPP+FLdL'dL+Fe3CL