二元合金相图

1、1南京航空航天大学Nanjing University of Aeronautics and Astronautics24.1 二元合金相图的建立二元合金相图的建立4.2 二元合金相图的基本类型二元合金相图的基本类型 4.2.1 匀晶相图匀晶相图 4.2.2 共晶相图共晶相图 4.2.3 包晶相图及其它类型相图包晶相图及其它类型相图4.3 相图与合金性能之间的关系相图与合金性能之间的关系4.4 铁碳合金相图铁碳合金相图 4.4.1 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 4.4.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 4.4.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系铁碳合金成分、组织与性能的关系 4.4.4 F

2、e-Fe3C相图的应用相图的应用教学内容教学内容3组元组元：组成合金的独立的最基本的单元。一般是组成合金的独立的最基本的单元。一般是一种元素一种元素（如（如Pb-Sn合金中的合金中的Pb和和Sn） 或一种稳或一种稳定的化合物定的化合物（如（如Fe3C） 。合金系合金系： 由两个或两个以上组元按不同比例配制由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金成的一系列不同成分的合金（如（如Pb-Sn系，系，Fe-Fe3C 系）系） 。相图相图：用来表示合金系中各个合金的用来表示合金系中各个合金的结晶过程结晶过程的的简明图。简明图。4.1.1 名词涵义名词涵义4 相图上所表示的组织都相图上所

3、表示的组织都是在是在非常缓慢冷却的条非常缓慢冷却的条件件下获得的，都是接近下获得的，都是接近平衡状态的组织，也称平衡状态的组织，也称为为状态图状态图或或平衡图平衡图。 相图相图是表示在是表示在平衡状态平衡状态下下合金的合金的相或组织相或组织与与温温度度、成分成分的的关系图。关系图。Cu-Ni相图相图相图的意义：相图的意义：分析合金组分析合金组织的重要参考资料；制定织的重要参考资料；制定热加工工艺的重要依据。热加工工艺的重要依据。Cu-Sn相图相图5u相图用相图用纵坐标表示温度变化，横坐标表示成分变化纵坐标表示温度变化，横坐标表示成分变化。一般采用一般采用热分析法热分析法。原理是凝固时释放凝固潜

4、热。原理是凝固时释放凝固潜热。4.1.2 相图的建立相图的建立6名称名称A金属金属B金属金属晶格类型晶格类型bccbcc熔点熔点高高低低合金合金1100%0%合金合金290%10%合金合金380%20%.合金合金920%80%合金合金1010%90%合金合金110%100%7时间时间温度温度90 705030AB温度温度AB温度温度8u以以Cu-Ni合金为例，说明热分析法建立相图的步骤：合金为例，说明热分析法建立相图的步骤：u1）配制）配制不同成分不同成分的的Cu-Ni合金。合金。u2）将合金熔化后，测定它们的）将合金熔化后，测定它们的冷却曲线冷却曲线，并找出，并找出曲线上曲线上临界点临界点（

5、即（即转折点转折点和和停歇点停歇点）。）。u3）将上述数据引入相应成分的温度）将上述数据引入相应成分的温度-成分坐标图中。成分坐标图中。u4）将物理意义相同的临界点连成曲线，即得）将物理意义相同的临界点连成曲线，即得Cu-Ni合金相图。合金相图。9：纯铜纯铜 ：75%Cu+25%Ni：50%Cu+50%Ni：25%Cu+75%Ni ：纯纯Ni金属和合金在冷却到该温度时发生了金属和合金在冷却到该温度时发生了冷却速度的突然改变。冷却速度的突然改变。【原因原因】金属金属和合金在结晶（相变）时有结晶潜热和合金在结晶（相变）时有结晶潜热释放，抵消了部分或全部热量的散失。释放，抵消了部分或全部热量的散失。

6、结晶开始结晶开始结晶终了结晶终了101. 相图分析相图分析Cu-Ni合金匀晶相图合金匀晶相图点：点：A，B线：线： 液相线液相线 固相线固相线区区：L L+4.2.1 匀晶相图匀晶相图定义：两组元在液、固两相下均能定义：两组元在液、固两相下均能无限互溶无限互溶，结晶时只结，结晶时只结 晶出晶出单相固溶体单相固溶体组织的合金相图组织的合金相图。112. 合金的结晶过程合金的结晶过程 以以点成分的点成分的Cu-Ni合金合金（Ni的质量分数为的质量分数为40%）为例分析结晶过程。为例分析结晶过程。 在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是不相同的，在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是不相同的

7、，其变化规律是其变化规律是沿着固相线变化沿着固相线变化。与此同时剩余液相的化学成分也相。与此同时剩余液相的化学成分也相应地应地沿着液相线变化沿着液相线变化。 匀晶转变的平衡结匀晶转变的平衡结晶过程：晶过程： LL+ 12匀晶结晶特点：匀晶结晶特点：固溶体结晶是在固溶体结晶是在一个温度区间一个温度区间内进行，即为一个变内进行，即为一个变温结晶过程。温结晶过程。在两相区内，温度一定时，两相的成分（即在两相区内，温度一定时，两相的成分（即Ni含量）含量）是确定的。是确定的。先结晶出的固溶体和后结晶出的固溶体成分不同。先结晶出的固溶体和后结晶出的固溶体成分不同。平衡结晶平衡结晶条件下，可通过条件下，可

8、通过原子扩散原子扩散使成分均匀化，使成分均匀化，最终获得与原合金成分相同的单相最终获得与原合金成分相同的单相固溶体。固溶体。与纯金属一样，与纯金属一样，固溶体从液相中结晶出来的过程固溶体从液相中结晶出来的过程中，包括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向中，包括有生核与长大两个过程，但固溶体更趋向于于树枝状长大树枝状长大。133. 杠杆定律杠杆定律 在两相区结晶过程中，两相的成分和相对在两相区结晶过程中，两相的成分和相对量都在不断变化。杠杆定律就是量都在不断变化。杠杆定律就是确定确定两相区两相区内内平衡相的成分和平衡相的成分和相对重量相对重量的重要工具的重要工具。 杠杆定律可以计算匀晶相图中两相

9、区中两杠杆定律可以计算匀晶相图中两相区中两平衡相的相对质量，也可以计算平衡相的相对质量，也可以计算其它类型二元其它类型二元合金相图合金相图两相区中两平衡相的相对质量。两相区中两平衡相的相对质量。14匀晶相图合金的结晶过程匀晶相图合金的结晶过程QLQa15QLab= Qa bc 杠杆定律杠杆定律 杠杆的两个杠杆的两个端点端点为给定温度时两相的成分点，为给定温度时两相的成分点，而而支点支点为合金的成分点。为合金的成分点。杠杆定律与力学比喻杠杆定律与力学比喻QLQabcabQQ%L%aLa16【证明证明】Q合金，其中合金，其中Ni含量含量b%；T1温度时，温度时，L相中相中Ni质量分数质量分数a%，

10、a相中相中Ni质量分数质量分数c%。Q0 b%=QL a% + Qa c%又因为又因为 Q0=QL+Qa 所以所以 （QL+Qa ） b% = QL a% + Qa c%bcabbcabQQLaQ0合金总质量，合金总质量，QL液相质量，液相质量，Qa固相质量。固相质量。17 由杠杆定律可算出由杠杆定律可算出T1时液相和固相在合金中质量分数：时液相和固相在合金中质量分数： 运用杠杆定律时注意，它只适用于相图中的运用杠杆定律时注意，它只适用于相图中的两相两相区区，并且只能在，并且只能在平衡状态下使用平衡状态下使用。 杠杆定律的应用：杠杆定律的应用： 确定某一温度下两平衡相的成分；确定某一温度下两平

11、衡相的成分； 确定某一温度下两平衡相的相对量。确定某一温度下两平衡相的相对量。acabaQQacbcLQQ%,%0a0L18实际金属的结晶主要以树枝状长大：实际金属的结晶主要以树枝状长大：这是由于这是由于当冷却当冷却速度较大，特别是存在有杂质时，晶体与液体界面的速度较大，特别是存在有杂质时，晶体与液体界面的温度会温度会高于高于近处液体的温度，形成近处液体的温度，形成负温度梯度负温度梯度，且且晶晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴一次轴，一，一次轴又会产生次轴又会产生二次轴二次轴，树枝间最后被填充。，树枝间最后被填充。4. 非平衡结晶与枝晶偏析非平衡结

12、晶与枝晶偏析19 固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不原子扩散不能充分进行能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。，则形成成分不均匀的固溶体。 一个晶粒中一个晶粒中先结晶先结晶的树枝晶晶枝的树枝晶晶枝含高熔点组元较多含高熔点组元较多，后结后结晶晶的树枝晶晶枝含的树枝晶晶枝含低熔点组元较多低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒结果造成在一个晶粒内化学成分的分布不均，这种现象称为内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏析枝晶偏析。 消除枝晶偏析的方法采用消除枝晶偏析的方法采用扩散退火（或均匀化退火）扩散退火（或均匀化退火）。性能不均匀性能不均匀成分不

13、均匀成分不均匀组织不均匀组织不均匀富富Ni区区富富Cu区区20PbSn合金相图合金相图一定成分的均匀液相，一定成分的均匀液相，在一定温度下，从液相在一定温度下，从液相中同时结晶出两种不同中同时结晶出两种不同固相的转变称为固相的转变称为共晶转共晶转变变。所生成的两相混合。所生成的两相混合物叫物叫共晶体共晶体。水平线。水平线ced为为共晶反应线共晶反应线。L1. 相图分析相图分析4.2.2 共晶相图共晶相图21组元组元: : Pb，Sn相相: : L，（是是Sn在在Pb中的有限固溶体；中的有限固溶体；是是Pb在在Sn中的有限固溶体）中的有限固溶体）点、线：点、线：a，b，c，d，e液相线液相线 ：

14、 aeb 固相线固相线 ： acedb 共晶反应线共晶反应线：ced，在共晶温度发生共晶反应，转变过程中，在共晶温度发生共晶反应，转变过程中 是三相（是三相（L， ， ）共存。共存。 溶解度线溶解度线：cf ， Sn在在Pb中的溶解度线，或称中的溶解度线，或称相的固溶线；相的固溶线； 固溶体中固溶体中Sn 的溶解度极限曲线的溶解度极限曲线； dg ， Pb在在Sn中溶解度线，或称中溶解度线，或称相的固溶线；相的固溶线； 固溶体中固溶体中Pb的溶解度极限曲线。的溶解度极限曲线。共晶相图：共晶相图：两组元液态时彼此两组元液态时彼此无限无限互溶互溶，固态下彼此，固态下彼此部分固溶部分固溶，并发，并发

15、生共晶转变的合金系形成的相图。生共晶转变的合金系形成的相图。22 相区：相区：三个单相区三个单相区：L、（、是有限固溶体）是有限固溶体）三个双相区三个双相区：L+、 L +、 +三相区三相区： L+ （共晶点）（共晶点） 共晶体：共晶体： 共晶反应产生共晶体（共晶反应产生共晶体（+）23(1)合金合金IV的平衡结晶过程的平衡结晶过程温度降低，固溶体溶解度下温度降低，固溶体溶解度下降。从固态降。从固态相中析出相中析出富富Sn的的相称为二次相称为二次，常写作常写作。这种二次结晶可表示为这种二次结晶可表示为 。由于固溶体中溶解度的减少而析出另一固相的反应叫由于固溶体中溶解度的减少而析出另一固相的反应

16、叫二次析出反应或脱溶过程二次析出反应或脱溶过程。2. 合金的结晶过程合金的结晶过程 0 1 2 3 4匀晶匀晶 不变不变 析出析出富富Sn的的相在冷却过程中，相在冷却过程中，当超过其固溶度时，会析出当超过其固溶度时，会析出低低Sn的的相，相，。24室温组织：室温组织：+IIII合金合金IVIV冷却曲线及结晶过程冷却曲线及结晶过程二次相通常沿初生相二次相通常沿初生相的晶界析出，也可在的晶界析出，也可在晶内沿缺陷处析出。晶内沿缺陷处析出。25运用杠杆定律，两相的质量分数：运用杠杆定律，两相的质量分数： 合金合金IV室温室温组织组织由由和和两两相相组成。组成。）或%1%(%100%100%II4II

17、4fgfxfggx26（ 共晶合金）共晶合金） Le c + d合金室温组织全部为共晶体，即只含合金室温组织全部为共晶体，即只含一种组织一种组织组成物组成物（即（即共晶体共晶体）；而其组成相仍为）；而其组成相仍为和和两相两相。(2)合金合金I的平衡结晶过程的平衡结晶过程27 共晶合金组织的形态共晶合金组织的形态( 机械混合物，两相机械混合物，两相交替分布，黑色片层交替分布，黑色片层为富为富Pb的的相，白色相，白色基体为富基体为富Sn的的相）相）室温时：室温时：合金的室温组织为共晶体合金的室温组织为共晶体, 即只含即只含一种组织一种组织组成物组成物; 其组成其组成相相仍为仍为 和和 相。相。共晶

18、转变温度时：共晶转变温度时：相组成物相组成物， cdcecded,共晶转变温度以下：共晶转变温度以下：共晶体中共晶体中和和二次结晶二次结晶, 从从 中析出中析出II, 从从 中析出中析出II。成分由成分由 cf, 成分由成分由 d g。两种相的相对重量依杠杆定律变化两种相的相对重量依杠杆定律变化。II和和II 同同和和相连在一起相连在一起, 共晶体形共晶体形态和成分不发生变化态和成分不发生变化。28（亚共晶合金）亚共晶合金）结晶过程分三个阶段，即结晶过程分三个阶段，即相析出相析出 +共晶反应共晶反应+二次结晶反应。二次结晶反应。 L初初+L 初初+（c+d) 初初+II+（+）【共晶组织中二次

19、相的析出忽略共晶组织中二次相的析出忽略】合金室温组织：合金室温组织：初生初生+(+)，合金组成相：合金组成相：和和。(3)合金合金II的平衡结晶过程的平衡结晶过程29PbSn亚共晶组织亚共晶组织黑色斑状组织（三维形态黑色斑状组织（三维形态为粗大树枝晶）为初生相为粗大树枝晶）为初生相共晶组织共晶组织(+)二次相二次相30室温下，室温下，组成相组成相(，)质量分数：质量分数： %100%3fggx%100%3fgfx31组织组成物组织组成物质量分数质量分数： 在共晶温度时在共晶温度时%1002%L%1002ceccee初32室温下室温下初生初生+(+)，次生相次生相 与初生相与初生相 成分和成分和

20、结构完全相同，是结构完全相同，是同一种同一种相相；但形貌特征、分布完；但形貌特征、分布完全不同，属于全不同，属于两种组织两种组织。%1002%cec%1002%IIceefgfcfgfc初%1002%ceefggcfggc初初33位于共晶点位于共晶点e点右侧和点右侧和d点以左的合金称为点以左的合金称为过共过共晶合金晶合金。(4) 合金合金III的平衡结晶过程的平衡结晶过程（过共晶合金）过共晶合金）合金合金III结晶过程与合金结晶过程与合金II相似，只是匀晶产物相似，只是匀晶产物为初晶为初晶 ，二次结晶产，二次结晶产物为物为 。室温组织为室温组织为 +（ + ）+ 。34组织标注相图组织标注相图

21、 填写组织组成物的填写组织组成物的PbSn相图相图35 PtAg合金相图合金相图 包晶包晶 L+1. 包晶相图包晶相图4.2.3 包晶相图及其它类型相图包晶相图及其它类型相图 包晶转变包晶转变是指是指一定成分的一定成分的固相固相与与一定成分的一定成分的液相液相相相互作用，在一定温互作用，在一定温度下转变为度下转变为另一个另一个新固相新固相。362. 具有稳定化合物的二元相图具有稳定化合物的二元相图37在二元合金中，若合金冷却到固态时，还能发生由在二元合金中，若合金冷却到固态时，还能发生由一一个固相同时分解形成两个新的固相个固相同时分解形成两个新的固相，这种相图叫，这种相图叫共析共析相图相图。此

22、两相混合物称为。此两相混合物称为共析体共析体。与共晶反应不同点：与共晶反应不同点：1）共析反应是固态反应，原子的扩散困难，组织更）共析反应是固态反应，原子的扩散困难，组织更细。细。2）因母相与子相的比容不同，反应后易引起较大的）因母相与子相的比容不同，反应后易引起较大的内应力。内应力。3. 共析相图共析相图38具有共析反应的二元合金相图具有共析反应的二元合金相图39匀晶匀晶L 共晶共晶L+ 共析共析 + 包晶包晶L+40二元合金两相平衡时，两相成分均随温度而变化。其具体二元合金两相平衡时，两相成分均随温度而变化。其具体数值可由恒温水平线与两相区相界线的交点来确定。温度数值可由恒温水平线与两相区

23、相界线的交点来确定。温度变化时，两平衡相成分也分别沿两条相界线相应变化。变化时，两平衡相成分也分别沿两条相界线相应变化。二元相图的二元相图的三相平衡区三相平衡区是一条水平线。它与三个单相区均是一条水平线。它与三个单相区均以以点接触点接触。从三个单相区的相互位置，可以判断三相平衡。从三个单相区的相互位置，可以判断三相平衡的性质。的性质。分析复杂相图时，首先要弄清单相区，然后找出三相区、分析复杂相图时，首先要弄清单相区，然后找出三相区、三相点，再弄清三相平衡转变类型。三相点，再弄清三相平衡转变类型。牢记：牢记：两个单相区之间必有一个由这两相组成的两个单相区之间必有一个由这两相组成的两相区隔两相区隔

24、开开，而不能以一条直线接界；两个两相区之间必须以一个，而不能以一条直线接界；两个两相区之间必须以一个单相区单相区或或三相区三相区隔开。隔开。相区接触法则相区接触法则：相图中相邻相区相相图中相邻相区相数之差均为数之差均为1（点接触除外）（点接触除外）。二元合金相图小结二元合金相图小结41 合金性能取决于其成分和组织，而相图表明不同成分合金在合金性能取决于其成分和组织，而相图表明不同成分合金在不同温度下的平衡组织，可见合金性能与相图之间存在联系。不同温度下的平衡组织，可见合金性能与相图之间存在联系。4.3.1 相图与合金力学性能、物理性能的关系相图与合金力学性能、物理性能的关系匀晶相图：匀晶相图：

25、 溶质元素溶质元素晶格畸变大晶格畸变大强度、硬度强度、硬度，电阻率，电阻率共晶相图：共晶相图： 在单相区与匀晶相图相同。在单相区与匀晶相图相同。复相组织区复相组织区（如共晶转变范围），（如共晶转变范围），合金的强度、硬度和物理性能随成分的变化呈直线关系，大致合金的强度、硬度和物理性能随成分的变化呈直线关系，大致是两相性能的算术平均值。是两相性能的算术平均值。HB=HB % + HB % 对组织较敏感的性能对组织较敏感的性能（强度（强度），与组成相或组织组成物的形态与组成相或组织组成物的形态关系密切。组成相或组织组成物关系密切。组成相或组织组成物越细密越细密，强度越高强度越高。 共晶点处共晶点处

26、，共晶组织呈细小、均匀细密的复相组织，强度达最共晶组织呈细小、均匀细密的复相组织，强度达最高值。高值。424.3.2 相图与合金铸造性能的关系相图与合金铸造性能的关系铸造性能铸造性能 液态合金的液态合金的流动性流动性以及产生以及产生缩孔、缩松缩孔、缩松和和偏析倾向偏析倾向等。等。液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小合金的流动性好合金的流动性好有有 利于浇注。利于浇注。液固相线距离大液固相线距离大枝晶偏析倾向愈大，合金流动性愈差，形成枝晶偏析倾向愈大，合金流动性愈差，形成 分散缩孔的倾向也愈大，使铸造性能恶化。分散缩孔的倾向也愈大，使铸造性能恶化。因此铸造合金的成

27、分常取因此铸造合金的成分常取共晶成分共晶成分和和接近共晶成分接近共晶成分或选择或选择结晶结晶 温度间隙最小温度间隙最小的成分。这种成分合金流动性好，易形成集中缩的成分。这种成分合金流动性好，易形成集中缩 孔孔 ，铸件致密，铸造性能最好。，铸件致密，铸造性能最好。434.4.1 铁碳合金的组元分析铁碳合金的组元分析 (1) 纯纯Fe组元组元 -Fe (bcc) -Fe (fcc) -Fe (bcc) 同素异构转变同素异构转变 韧性、塑性好韧性、塑性好; 强度低、硬度低。强度低、硬度低。9121394纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的冷却曲线及晶体结构变化( (体心立方体心立方) )( (体心立方

28、体心立方) )( (面心立方面心立方) )158344(2) 渗碳体渗碳体( Fe3C)l具有复杂结构的间隙化合物，具有复杂结构的间隙化合物，Fe原子与原子与C原子原子之比之比3：1。lFe3C熔点高（熔点高（1227），），不发生不发生同素异构转变。同素异构转变。lFe3C硬而脆硬而脆，塑性、韧性几乎为零。，塑性、韧性几乎为零。l室温平衡状态下，铁碳合金中的碳大多以室温平衡状态下，铁碳合金中的碳大多以Fe3C形式存在。形式存在。454.4.2 Fe-Fe3C相图分析相图分析 1. 五个基本相五个基本相SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeF

29、e3CC%46Fe-Fe3C五个基本相之一(1) 液相液相L液相液相L是铁与碳的液溶体。是铁与碳的液溶体。47(2) 相相l碳在碳在-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方中的间隙固溶体，呈体心立方晶格，在晶格，在1394以上存在。以上存在。l称为称为固溶体，又称固溶体，又称高温铁素体高温铁素体。l碳在碳在-Fe中的最大溶解度为中的最大溶解度为1495时的时的0.09%（H点点）。）。Fe-Fe3C五个基本相之二48Fe-Fe3C五个基本相之三(3) 相相 l碳在碳在-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。晶格。l常称常称奥氏体奥氏体，用符号，用符号A表示表示.l奥氏体中碳的固

30、溶度较大，在奥氏体中碳的固溶度较大，在1148时时碳溶量最大达碳溶量最大达2.11%（E点点）。）。l奥氏体的强度较低，硬度不高，易于塑奥氏体的强度较低，硬度不高，易于塑性变形。性变形。49(4) 相相l碳在碳在-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。晶格。l也称也称铁素体铁素体，用符号，用符号F 或或表示。表示。l碳在碳在-Fe中的最大溶解度为中的最大溶解度为727时的时的0.0218%（P点点）。）。l 强度、硬度低；塑性好。强度、硬度低；塑性好。Fe-Fe3C五个基本相之四50(5) Fe3C相相l 是一个是一个化合物相化合物相，渗碳体根据生成条件，渗碳体根据生成

31、条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态，不同有条状、网状、片状、粒状等形态，是钢中主要的强化相，对铁碳合金的力是钢中主要的强化相，对铁碳合金的力学性能有很大影响。学性能有很大影响。l由于由于Fe3C是是稳定化合物稳定化合物， Fe3C相区在碳相区在碳的质量分数为的质量分数为6.69%的成分垂线上的成分垂线上（DFK）。）。Fe-Fe3C五个基本相之五51SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%2. 特性点特性点【A点点】52l温度温度：1538；l碳质量分数碳质量分数：0%；l意义意义：纯铁的熔点。：纯铁的熔点。53SPNJHGEC

32、BA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【B点点】54l温度温度：1495；l碳质量分数碳质量分数：0.53%；l意义意义：包晶转变时：包晶转变时（LB + H AJ）液液相合金的成分。相合金的成分。55SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【C点点】56l温度温度：1148；l碳质量分数碳质量分数：4.30%；l意义意义：共晶点，：共晶点，LC AE+Fe3C57SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【D点点】58l温度

33、温度：1227；l碳质量分数碳质量分数：6.69%；l意义意义：Fe3C的熔点。的熔点。59SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【E点点】60l温度温度：1148；l碳质量分数碳质量分数：2.11%；l意义意义：碳在：碳在-Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。61SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【G点点】62l温度温度：912；l碳质量分数碳质量分数：0%；l意义意义：-Fe -Fe同素异构转变。同素异构转变。63SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L

34、+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【H点点】64l温度温度：1495；l碳质量分数碳质量分数：0.09%；l意义意义：碳在：碳在 -Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。65SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【J点点】66l温度温度：1495；l碳质量分数碳质量分数：0.17%；l意义意义：包晶点，：包晶点， LB + HAJ67SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【N点点】68l温度温度：1394；l碳质量分数碳质量分数：0%；l意义意义：

35、 -Fe -Fe同素异构转变点。同素异构转变点。69SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【P点点】70l温度温度：727；l碳质量分数碳质量分数：0.0218%；l意义意义： 碳在碳在-Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。71SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【S点点】72l温度温度：727；l碳质量分数碳质量分数：0.77%；l意义意义： 共析点，共析点，ASFP+Fe3C73SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD

36、 FeFe3CC%Q【Q点点】74l温度温度：600；l碳质量分数碳质量分数：0.0057%；l意义意义：600时碳在时碳在-Fe中的溶解度。中的溶解度。l（室温，（室温， 0.0008%，室温时碳在，室温时碳在-Fe中的溶解度）中的溶解度）75(1) 三条水平线三条水平线(三个重要点三个重要点)3. 特性线特性线SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【线线1】76 包晶点包晶点J与包晶转变线与包晶转变线HJBl1495 ，C%=0.17 LB+HAJ l即即 L0.53+ 0.09 A0.17l包晶反应生成碳在包晶反应生成碳在

37、-Fe中的间隙固溶体，即中的间隙固溶体，即奥氏体组织，用奥氏体组织，用A表示。表示。l碳的质量分数碳的质量分数0.09%0.53%的铁碳合金在平的铁碳合金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。衡结晶过程中均发生包晶反应。77SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【线线2】78 共晶点共晶点C与共晶转变线与共晶转变线ECFl1148 ，C%=4.3%，LC AE + Fe3CF （共晶渗碳体）（共晶渗碳体）lL4.3 A2.11+Fe3C6.69l共晶反应产物是奥氏体共晶反应产物是奥氏体(A)与与渗碳体渗碳体(Fe3C)的的机械混合物，

38、称为机械混合物，称为莱氏体莱氏体组织组织(Ld)。l碳的质量分数在碳的质量分数在2.11%6.69%间的铁碳合间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反应。金，在平衡结晶过程中均发生共晶反应。79SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【线线3】80 共析点共析点S与共析转变线与共析转变线PSKA1线线727 ，C%=0.77% AS FP+Fe3C（共析渗碳体）共析渗碳体）A0.77 F0.0218+Fe3C共析反应产物是共析反应产物是铁素体铁素体与与渗碳体渗碳体的机械混合物，称的机械混合物，称珠光珠光体体，以，以P表示。表示。

39、在显微镜下珠光体形态呈片状。在放大倍数很高时，可在显微镜下珠光体形态呈片状。在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）（窄条）与铁素体与铁素体（宽（宽条）条）。珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于。珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和和F之间。之间。碳的质量分数碳的质量分数0.0218%6.69%的铁碳合金，在平衡结的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反应。晶过程中均发生共析反应。PSK线亦称线亦称A1线。线。81(2) 液固相线固相线固相线AHJECFSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD F

40、eFe3CC%Q液相线液相线ABCD82(3) 溶解度线溶解度线SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【ES线线】83l ES线线：碳在奥氏体：碳在奥氏体A中的固溶线中的固溶线Acml1148 ，2.11%（E）；l727 ，0.77% （S）l碳的质量分数大于碳的质量分数大于0.77%的铁碳合金自的铁碳合金自1148冷至冷至727的过程中，将从的过程中，将从A中析出中析出Fe3C，称为，称为二次渗碳体二次渗碳体（Fe3C）。）。84SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3

41、CC%Q【PQ线线】85l PQ线线：碳在铁素体：碳在铁素体F中的固溶线中的固溶线l727 ，0.0218%l室温，室温，0.0008%。l铁碳合金自铁碳合金自727冷至室温的过程中，将从冷至室温的过程中，将从F中析出中析出Fe3C，称为，称为三次渗碳体三次渗碳体（Fe3C）。）。Fe3C数量极少，往往予以忽略。数量极少，往往予以忽略。 86(4) GS线线A3线线合金冷却时自奥氏体合金冷却时自奥氏体A中开始析出铁中开始析出铁素体素体F的开始线；的开始线；或者或者，加热时，加热时F溶溶入入A的终了线。的终了线。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD

42、 FeFe3CC%Q871. 铁碳合金的分类铁碳合金的分类 根据根据Fe-Fe3C相图，铁碳合金可分为相图，铁碳合金可分为三类三类： (1) 工业纯铁工业纯铁wc 0.0218% (2) 钢钢0.0218% wc 2.11% (3) 白口铸铁白口铸铁2.11% wc 6.69% 4.4.3 铁碳合金平衡结晶分析铁碳合金平衡结晶分析88工业纯铁室温平衡组织为工业纯铁室温平衡组织为铁素体铁素体（F），），呈白色呈白色状。强度低、硬度低，不宜用作结构材料。状。强度低、硬度低，不宜用作结构材料。钢的共同特点：高温下都有塑性良好的钢的共同特点：高温下都有塑性良好的奥氏体奥氏体（A）组织，适合于压力加工。

43、组织，适合于压力加工。白口白口铸铸铁因为在高温时都有脆性的铁因为在高温时都有脆性的共晶莱氏体共晶莱氏体，所以不能进行锻压；但共晶成分合金的流动性好，所以不能进行锻压；但共晶成分合金的流动性好，适合于铸造。适合于铸造。892. 典型合金的结晶典型合金的结晶(1) 工业纯铁工业纯铁工业纯铁工业纯铁 wc 0.0218%90SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3CKFD FeFe3CQ wc=0.01%1234567匀晶转变匀晶转变同素异构转变同素异构转变同素异构转变同素异构转变三次渗碳体三次渗碳体Fe3CIIFe3CIII91相组成物：相组成物： Fe3C ；F 相相对量

44、：相相对量： 组织组成物：组织组成物：F（等轴晶）等轴晶）和和Fe3CIII（小片状）小片状）%1000008. 069. 669. 6%Fx%1000008. 069. 60008. 0%CFe3x92工业纯铁组织金相图工业纯铁组织金相图93(2) 共析钢共析钢 wc=0.77%123匀晶转变匀晶转变共析转变共析转变94相组成物：相组成物：F和和Fe3C 组织组成物组织组成物 ： P (层片状层片状) 100%88%10069. 677. 069. 6%F%12%88%100%CFe3共析钢金相共析钢金相组织组织图图95(3)亚亚共析钢共析钢(0.0218%C%0.77%) wc=0.45%

45、【简化处理简化处理】不考虑包晶反应，不考虑包晶反应，即忽略即忽略P40，图，图3-3中合金中合金(3)中的中的12部分。部分。1以上以上12233444相中析相中析出出相相共析反应：共析反应：铁素体铁素体Fe3C先共析铁素体先共析铁素体先共析先共析FP96亚共析钢组织金相图亚共析钢组织金相图先共析铁素体先共析铁素体珠光体珠光体97相组成物相组成物：F，Fe3C相相对量：相相对量：组织组成物：组织组成物：F、P%10069. 669. 6%F1x%10069. 60%CFe13x%1000218. 077. 00218. 0%P1x%P1%F98(4) 过共析钢过共析钢(0.77%C%2.11%

46、) wc=1.2%沿沿A晶界析晶界析出出Fe3CII共析反应：共析反应：铁素体铁素体Fe3C (P)99Fe3CIIP过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图100相组成物：相组成物：F，Fe3C 组织组成物：组织组成物：P，Fe3CII组织相对量：组织相对量： %10069. 60%CFe23x%10069. 669. 6%F2x%10077. 069. 677. 0%CFe2II3x%10077. 069. 669. 6%P2x101(5) 共晶白口铸铁共晶白口铸铁(C%=4.3%)12LLd(A+Fe3C共晶共晶) A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII 变态莱氏体变态莱氏体Ld (P+Fe3C

47、共晶共晶+Fe3CII) 102共晶白口铁组织金相图共晶白口铁组织金相图103相组成物：相组成物：F，Fe3C 组织组成物：组织组成物：Ld%10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx104(6) 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.11%C%4.3%) wc=3.0%123105亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织金相图PLd沿边界分布沿边界分布的的Fe3CII106室温相组成物：室温相组成物：F，Fe3C相相对量：相相对量： %10069. 6%CFe3x%10069. 669. 6%Fx107室温组织组成物：室温组织组成物：P，Ld，Fe3CII初晶初晶 ：Ld：%10011. 23 . 43 . 4%x%10011. 23 . 411. 2%Ldx第第1步：步：108第第2步：步：从初晶从初晶相中析出相中析出的的Fe3CII和和P:%)(77. 0)(69. 6)(77. 0)(1