第7章 二元系统相图及其合金-铁碳相图

第7章二元系统相图及其合金的凝固第7章二元系统相图及其合金的凝固主要内容7.1相图的表示和测定方法7.2相图热力学的基本要点（自学为主）7.3二元相图分析匀晶、共晶、包晶相图二元相图实例分析7.4二元合金理论7.5高分子合金概述7.3.8二元相图实例分析1.SiO2-Al2O3系相图1.莫来石是一成分有固溶范围的化合物。2.相图中有共晶转变和包晶转变。3.在富Si侧出现相分离。abcdef7.3二元相图分析2.铁碳合金相图相图中的5个相:L、δ、α(F)、γ(A)、Fe3C三条恒温反应线：HJB包晶反应线，ECF共晶反应线，PSK共析反应线。三个基本相图：包晶相图，共晶相图，共析相图第7章二元系统相图及其合金的凝固铁碳合金的组元及基本相

第7章二元系统相图及其合金的凝固第7章二元系统相图及其合金的凝固第7章二元系统相图及其合金的凝固第7章二元系统相图及其合金的凝固b.典型铁碳合金的平衡组织根据Fe-Fe3C,铁碳合金分为三类第7章二元系统相图及其合金的凝固第7章二元系统相图及其合金的凝固第7章二元系统相图及其合金的凝固(1)工业纯铁，w(C)<0.0218%;(2)共析钢，w(C)=0.77%;(3)亚共析钢，0.0218%<w(C)<0.77%;(4)过共析钢，0.77%<w(C)<2.11%;(5)共晶白口铸铁，w(C)=4.3%;(6)亚共晶白口铸铁，2.11%<w(C)<4.30%;

(7)亚共晶白口铸铁，4.30%<w(C)<6.69%;

第7章二元系统相图及其合金的凝固7.3二元相图分析工业纯铁W(C)≤0.0218%7.3二元相图分析铁素体和渗碳体的层片交替重叠混合物，为珠光体（Pearlite）。共析钢[W(C)=0.77%]7.3二元相图分析第7章二元系统相图及其合金的凝固珠光体的形成P（

+Fe3C）在共析转变过程中，渗碳体优先在奥氏体的晶界形核长大，导致周围的奥氏体贫碳，使铁素体在渗碳体两侧形成。由于铁素体对碳的溶解度有限，它的形成又使奥氏体的碳被排挤到附近未转变的奥氏体和晶界上，形成第二层渗碳体。如此反复，形成层片结构。第7章二元系统相图及其合金的凝固亚共析钢[0.0218<W(C)≤0.77%]第7章二元系统相图及其合金的凝固7.3二元相图分析亚共析钢组织（+P）第7章二元系统相图及其合金的凝固过共析钢[0.77<W(C)≤2.11%]第7章二元系统相图及其合金的凝固7.3二元相图分析过共析钢组织P+Fe3C第7章二元系统相图及其合金的凝固7.3二元相图分析Wc=1.2%的过共析钢缓冷后的组织500倍A）硝酸酒精浸蚀，白色网状是二次渗碳体，黑色是珠光体；B）苦味酸浸蚀，黑色是二次渗碳体，白色是二次渗碳体AB共晶钢[W(C)=4.3%]，图中(5)第7章二元系统相图及其合金的凝固莱氏体变态莱氏体Ld`（P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）

莱氏体Ld（+Fe3C共晶）第7章二元系统相图及其合金的凝固奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。因奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在727℃以下，莱氏体由珠光体和渗碳体组成的机械混合物称为低温莱氏体，用符号Ld′表示。亚共晶钢[2.11%<W(C)<4.3%]，图中(6)其中的Ld`是由共晶反应形成的Ld转化而来的,P珠光体是由初生的奥氏体转化而来的.第7章二元系统相图及其合金的凝固W(C)=3.5%黑色粗大的树枝状的是珠光体,其余是莱氏体。第7章二元系统相图及其合金的凝固7.3二元相图分析过共晶钢[4.3%<W(C)<6.69%]，图中(7)第7章二元系统相图及其合金的凝固铁碳合金的基本组织一、铁素体(F)它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。通常用符号F表示。晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃时最大溶解度为0.0218%。铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ=50%。铁碳合金的基本组织二、奥氏体(A)

碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。晶体结构呈面心立方晶格。由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间。具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。铁碳合金的基本组织三、渗碳体(Fe3C)它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。四、珠光体(P)珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。其性能强度较高,σb=750MPa，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。铁碳合金的基本组织五、莱氏体(Ld)

奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。因奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在727℃以下，莱氏体由珠光体和渗碳体组成的机械混合物称为低温莱氏体，用符号Ld′表示。莱氏体的机械性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。c.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＋Fe3CⅢ

→Ld`＋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）第7章二元系统相图及其合金的凝固（2）对力学性能的影响随C%提高,强度、硬度升高，塑韧性下降。第7章二元系统相图及其合金的凝固（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