第四章二元相图及应用.

第四章二元相图及应用phasediagram合金：由两种或两种以上的金属，或金属与非金属经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的、独立的物质。具有两个组元的合金称为二元合金。第一节二元相图的建立1.二元相图的概念：相图的重要性：2.二元相图的测绘：方法：热分析法3.二元相图的基本规律结晶过程分析：两相区平衡结晶过程的基本规律：4.杠杆定律：01XXQXQQQLLLLLXXXXQ0LLXXXXQ0；%1000XXXXQLL%1000XXXXQLL；00XXXXQQLLXXQXXQLL00；或：5.晶内偏析：实际结晶过程中，由于冷速较快使晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析。固溶体按树枝状方式生长，使得先结晶的枝干与后结晶的分枝成分不同的晶内偏析现象称为枝晶偏析。消除方法：扩散退火或均匀化。Cu-Ni、Mg－Al合金的枝晶偏析：第二节二元相图的基本类型及应用一、二元匀晶相图：概念：从液相中直接结晶出固溶体的反应称为匀晶反应，只发生匀晶反应的相图称为匀晶相图。特点：匀晶相图中两组元在液态、固态下都能无限互溶。典型合金系：Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Ni、W-Mo、Cr-Mo等。相图分析：略。二、二元共晶相图（图4-3）：概念：两组元在液态无限互溶，固态有限互溶、或完全不互溶，且冷却过程中发生共晶反应的相图，称为共晶相图。特点：两组元在液态无限互溶，固态有限互溶、或完全不互溶。典型合金系：Pb-Sn、Cu-Ag、Al-Ag、Al-Si、Pb-Bi。共晶反应：在一定条件（温度、成分）下，由均匀液相同时结晶出两种不同固相的转变。1、相图分析：基本相：L、α、β；两个不完整的匀晶两相区：L+α、L+β；共晶点、共晶温度及共晶反应：)dceL（一个完整的两相区：α+β；对Pb-Sn合金相图的构成作归纳：特殊点：熔点、共晶点、最大溶解度点；线：液相线、固相线、共晶线（三相区）、溶解度曲线（析出线）；相区：三个单相区、三个两相区、一个三相区。合金按相图分类：固溶体合金、共晶合金、亚共晶合金和过共晶合金1）合金Ⅰ的平衡结晶过程：2.典型合金的结晶过程：1234LLαααβⅡ123温度时间图4-4合金Ⅰ的冷却曲线及组织变化示意图结晶过程：匀晶反应+二次析出。室温组织：α+βⅡ2）合金Ⅱ的平衡结晶过程：1L相L相(α+β)(α+β)温度时间图4-5合金Ⅱ的冷却曲线及组织变化示意图1结晶过程：共晶反应+二次析出。室温组织：共晶组织（α+β）。3）合金Ⅲ平衡结晶过程：12L相L相α相α相（α+β）βⅡ相（α+β）α相12温度时间图4-6合金Ⅲ的冷却曲线及组织变化示意图结晶过程：匀晶反应+共晶反应+二次析出。室温组织：α+（α+β）+βⅡ。4）合金Ⅳ平衡结晶过程：123、二元共晶相图的其它形式在固态下组元之间不溶解的共晶相图：三二元共析相图：共析反应：一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相，这个转变过程。αC→β1d＋β2e特点：转变在固态下进行，原子扩散慢，组织细小。L＋ααLα＋β2α＋β1β1β2β1＋β2dceb1b2a1a2温度AB%B图4-11具有共析反应的二元相图四、其它相图1.包晶相图：Fe-C合金相图包晶转变：2.具有稳定化合物的二元相图：Mg102030405060708090SiSi%图4-10Mg-Si合金相图16001200800400温度/℃Mg2Si1087℃56.5L＋Mg2SiL＋Si946.7℃L＋Mg2Si638.8℃1.38L＋MgMg2Si＋SiMg＋Mg2Si1414℃L注意：合金的相组成、组织组成决定于其成分、温度；室温相组成与组织组成的差别。第三节相图与性能的关系ABABAB%B（a）温度强度硬度电阻AB温度强度硬度电阻ABAB%B（b）图4-12相图与合金强度、硬度、电阻之间关系ABABABAB%B（a）温度流动性缩孔形式温度流动性缩孔形式ABAB%B（b）图4-13相图与合金铸造性能之间关系分散分散集中集中第四节铁碳合金相图ABCDEFNGSPKQJH温度（℃）wc（%）Fe6.69简化的Fe-C相图：一、Fe-C合金中的基本相1.铁素体（Ferrite)：α或F表示；2.奥氏体(Austenite)：γ或A表示；3.渗碳体（Cementite):Fe3C或Cm表示；二、Fe-Fe3C合金相图分析1.特性点（表4-1）：A、C、D、E、S、P；2.特性线：ES线（Acm）、PQ线、GS线（A3）、ECF线（1148℃）、PSK线（727℃）；3.共晶转变：形成莱氏体（Ledeburite)4.共析转变：形成珠光体（Pearite)）（共晶转变CFeALLEeCC31148)(3727CFeFPAPCS共析转变Fe-Fe3C相图的二元共晶转变：Fe-Fe3C相图的二元共析转变：Fe-Fe3C相图的二元共晶转变的典型合金：Fe-Fe3C相图二元共晶转变的组织：Fe-Fe3C相图二元共析转变的组织：三、铁碳合金的结晶过程：铁碳合金的分类：（1）工业纯铁（wC0.0218%）；（2）钢（wC=0.0218%~2.11%）；（3）白口铸铁（wC=2.11%~6.69%）。1.共析钢：共析钢珠光体组织的金相照片：共析钢珠光体组织的TEM照片：共析钢珠光体组织的TEM照片：珠光体内F和Fe3C相对量计算：%8.88%1000218.069.677.069.6%100%PKSKF%2.11%1000218.069.60218.077.0%100%3PKPSCFe2.亚共析钢：亚共析钢金相组织：亚共析钢组织组成物相对量计算：%3.77%1000218.077.00218.06.0%100%%7.22%1000218.077.06.077.0%100%44PSPjPPSSjF亚共析钢相组成物相对量计算：%7.8%1000218.069.60218.06.0%100%%3.91%1000218.069.66.069.6%100%434PKPjCFePKKjF亚共析钢P中的F、Fe3C相相对量计算：%66.8%2.11%3.77%%64.68%8.88%3.77%3共析共析CFeF思考题:如何计算亚共析钢中的三次渗碳体?工业纯铁中的三次渗碳体计算：%31.0%1000008.069.60008.00218.0%)(%1000008.069.60008.0%max33CFewCFeC3.过共析钢：过共析钢结晶过程图:TT1T1~T2T2~T3T3~T4TT4过共析钢的平衡组织：过共析钢组织组成物相对量计算：%3.7%10077.069.677.02.1%100%%7.92%10077.069.62.169.6%100%34KSjSCFeKSKjP%6.22%10077.069.677.011.2%)(max3CFe过共析钢相组成物相对量计算：%7.17%1000218.069.60218.02.1%100%%3.82%1000218.069.62.169.6%100%434PKPjCFePKKjF思考题：在室温的含碳量为wC=1.2%铁-碳二元合金中Fe3CⅡ、Fe3CⅢ和Fe3C共析、各为多少？4.共晶白口铸铁：共晶白口铸铁平衡组织：Le′(P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶)组织组成物计算：%18.52%10011.269.63.469.6%100%%82.47%10011.269.611.23.4%100%113EFFjAEFEjCFe共晶共晶%81.11%37.40%18.52%%37.40%10077.069.63.469.6%100%32CFeKSKjP思考题：如何利用Fe3CⅡ最大量计算共晶白口铸铁中的二次渗碳体相对量？5.亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁平衡组织：亚共晶白口铸铁组织计算：%2.11%99.50%19.62%%99.50%10077.03.45.23.4%%19.62%10011.23.45.23.4%100%32ⅡCFePCECjA先析思考题：1.如何计算莱氏体中的共晶渗碳体相对含量？2.如何计算全部二次渗碳体相对含量？6.过共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁平衡组织：过共晶白口铸铁组织计算：%29.29%1003.469.63.45%100%23FCCjCFe*思考题：如何计算过共晶白口铸铁中五种渗碳体的相对含量？四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响（表4-2）：碳钢的力学性能与含碳量的关系：Fe-Fe3C相图的应用及局限性：1.在选择钢铁材料方面的应用：建筑材料；一般机械零件；各种工具；耐磨材料。2.在制定热加工工艺方面的应用：铸造；锻造；焊接；热处理3.铁碳相图的局限性：实际钢中含有杂质和合金元素；Fe-Fe3C相图反映的是平衡组织；本章要求：1.默画Fe-Fe3C相图。2.熟练应用杠杆原理计算Fe-Fe3C相图中组织组成物或相组成物的相对含量。