相图分析（课堂PPT）

1、1v当两组元在液态当两组元在液态下完全互溶，在下完全互溶，在固态下固态下有限有限互溶，互溶，并发生并发生共晶反应共晶反应时所构成的相图时所构成的相图称作称作共晶相图共晶相图。Pb-Sn合金相图合金相图成分（成分（wt%Sn）温度（温度（）PbSn共晶相图共晶相图2v 相图分析相图分析v相：相：相图中有相图中有L、 、 三种相。三种相。AB3v相区：相区：相图中有三个单相图中有三个单相区：相区： L、 、 ；三三个两相区：个两相区： L+ 、L+ 、 + ；一个三一个三相区：即水平线相区：即水平线CED。AB4固溶线固溶线: 溶解度点溶解度点的连线称固溶线。的连线称固溶线。液固相线液固相线：液相

2、线：液相线AEB，固相线，固相线ACEDB。A、B分分别为别为Pb、Sn的熔点。的熔点。AB相图中的相图中的CF、DG线分线分别为别为 Sn在在Pb中和中和 Pb在在 Sn中的固溶线。中的固溶线。固溶体的溶解度随温度固溶体的溶解度随温度降低而下降。降低而下降。5在一定温度下，由一在一定温度下，由一定成分的液相同时结定成分的液相同时结晶出两个成分和结构晶出两个成分和结构都不相同的新固相的都不相同的新固相的转变称作转变称作共晶转变共晶转变或或共晶反应共晶反应。 v共晶线：水平线共晶线：水平线CED。v在共晶线对应的温度下（在共晶线对应的温度下（183 ），），E点成分点成分的合金同时结晶出的合金同

3、时结晶出C点成分的点成分的 固溶体和固溶体和D点成点成分的分的 固溶体固溶体，形成这两个相的机械混合物：，形成这两个相的机械混合物：LE ( C + D)AB6v共晶反应的产物，共晶反应的产物，即两相的机械混合即两相的机械混合物称物称共晶体共晶体或或共晶共晶组织组织。v发生共晶反应的温发生共晶反应的温度称度称共晶温度共晶温度。v代表共晶温度和共代表共晶温度和共晶成分的点称晶成分的点称共晶共晶点点。7具有共晶成分的合金称具有共晶成分的合金称共晶合金共晶合金。在共晶线。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称上，凡成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合亚共晶合金金；位于共晶点以右的合金称；位于共晶点以

4、右的合金称过共晶合金过共晶合金。凡具有共晶线凡具有共晶线成分的合金液成分的合金液体冷却到共晶体冷却到共晶温度时都将发温度时都将发生共晶反应。生共晶反应。L+ CDAB8合金的结晶过程合金的结晶过程9含含Sn量小于量小于C点合金点合金(合金合金)的结晶过程在的结晶过程在3点以前为匀晶转变，结晶出单相点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种固溶体，这种直直接从液相中结晶出的固相称接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相一次相或初生相。.210v温度降到温度降到3点以下，点以下， 固溶体中的固溶体中的Sn过饱过饱和，由于晶格不稳，开始析出（相变过程和，由于晶格不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相也

5、称析出）新相 相。由已有固相析出相。由已有固相析出的新固相称的新固相称二次相或次生相二次相或次生相。v由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。11l结晶过程中，各相溶质浓度结晶过程中，各相溶质浓度(成分成分)，各相的含量，各相的含量是多少？是多少？12%1004 FGFQ 室温下室温下 的相对重量百分比为：的相对重量百分比为：l随温度下降，随温度下降， 和和 相的成分分别沿相的成分分别沿CF线和线和DG线变化，线变化， 的重量增加。的重量增加。Q Q由于二次由于二次相析出温相析出温度较低，度较低，一般十分一般十分细小。细小。13v合金室温组织合金室温组织为为 + 。成分大于成分大于 D点

6、合金结晶点合金结晶过程与过程与合金相似，室合金相似，室温组织为温组织为 + 。ABCDEFG14合金的结晶过程合金的结晶过程15v共晶合金共晶合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程液态合金冷却到液态合金冷却到E 点时，点时，Pb和和Sn同时饱和，同时饱和， 发发生共晶反应：生共晶反应：LE ( C+ D) 。19.2wt%Sn温度温度, 116析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球片、棒、点球等形等形状。状。17共晶组织形态Pb-Sn共晶组织共晶组织18在共晶转变过程中，在共晶转变过程中，L、

7、、 三相共存三相共存, 三个相三个相的量在不断变化，但各自的量在不断变化，但各自成分固定。成分固定。共晶组织中的相称共晶组织中的相称共晶相共晶相。E(61.9)D(97.5)C(19.2)共晶转变结束时，共晶转变结束时， 和和 相的相对重量百分比为：相的相对重量百分比为：%6 .54%100%4 .45%1002 .195 .979 .615 .97%100 QQCDEDQ19共晶结束后，随温度下降，共晶结束后，随温度下降， 和和 的成分分别沿的成分分别沿CF线和线和DG线变化，并从共晶线变化，并从共晶 中析出中析出 ，从共，从共晶晶 中析出中析出 ，由于共晶组织细，由于共晶组织细， 与共晶与

8、共晶 结合，结合， 与共晶与共晶 结合，共晶合金的室温组织仍结合，共晶合金的室温组织仍为为 ( + ) 共晶体。共晶体。Pb-Sn共晶合金组织共晶合金组织20室温下两相的相对重量百分比是多少？室温下两相的相对重量百分比是多少？FGFEQ,FGGEQ .2E21合金的结晶过程合金的结晶过程22v亚共晶合金亚共晶合金(合金合金)的结晶过程的结晶过程合金液体在合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到点以前为匀晶转变。冷却到2点，点，固相成分变化到固相成分变化到C点，液相成分变化到点，液相成分变化到E点。点。%1002%,1002)( CEEQCECQQEL 此时两相的相对重量为：此时两相的相对重量为：2

9、3在在2点，具有点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应：点成分的剩余液体发生共晶反应：L ( + ) ，QE =QL%1002%,1002 CDCQCDDQ 反应结束后，在共晶温度下反应结束后，在共晶温度下 、 两相的相对重两相的相对重量百分比为：量百分比为：24温度继续下降，将从一次温度继续下降，将从一次 和和共晶共晶 中析出中析出 ，从共晶，从共晶 中中析出析出 。其室温组织为。其室温组织为 + ( + ) + 。亚共晶合金亚共晶合金的结晶过程的结晶过程25v过共晶合金结晶过程过共晶合金结晶过程与亚共晶合金相似，不同与亚共晶合金相似，不同的是一次相为的是一次相为 , 二次相二次相为为 。室

10、温组织为室温组织为 +( + )+ 。26Pb-Sn合金的结晶过程合金的结晶过程27组织组成物之间的差别主要在形态上。如组织组成物之间的差别主要在形态上。如 、 和共晶和共晶 的结构成分相同，属同一个相，但的结构成分相同，属同一个相，但它们的形态不同，分属不同的组织组成物。它们的形态不同，分属不同的组织组成物。组织组成物组织组成物：组成合金显微组织的独立部分。：组成合金显微组织的独立部分。28293、二元包晶相图当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并并发生包晶反应发生包晶反应时所构成的相图称作时所构成的相图称作包晶相图包晶相图。L+L+L +

11、l单相区：单相区：L、 、l二相区：二相区：L+ 、 L+ 、 + l三相区：三相区：L+ + （水平线（水平线PDC）在一定温度下，由一个液相包着一个固相生成另在一定温度下，由一个液相包着一个固相生成另一新固相的反应称一新固相的反应称包晶转变包晶转变或或包晶反应包晶反应。30水平线水平线PDC称称包晶线包晶线。与该线成分对应的合金在该温度下发生包晶反应：与该线成分对应的合金在该温度下发生包晶反应：LC+ P D 。该反应是液相该反应是液相L包着固相包着固相 , 新相新相 在在L与与的界的界面上形核，并向面上形核，并向L和和 两个方向长大。两个方向长大。31合金的结晶过程合金的结晶过程(1)包

12、晶成分合金：匀晶包晶成分合金：匀晶包晶包晶二次析出。二次析出。室温组织为室温组织为 + II32(2)PD成分成分合金：匀晶合金：匀晶包晶包晶二次析出。二次析出。室温组织为室温组织为 +II+ + II时间温度33(3) DC成分成分合金：匀晶合金：匀晶包晶包晶匀晶匀晶二次析出。二次析出。室温组织为室温组织为 + II。时间温度34形成稳定化合物的二元相图形成稳定化合物的二元相图稳定化合物是指在熔化前不发生分解的化合物稳定化合物是指在熔化前不发生分解的化合物(如如Mg-Si系的系的Mg2Si和和Fe-C系的系的Fe3C) 。其成分固定，在相图中是一条垂线其成分固定，在相图中是一条垂线(代表一个

13、单相代表一个单相区区)。分析方法：可把稳定分析方法：可把稳定化合物当作纯组元看化合物当作纯组元看待，将相图分成几个待，将相图分成几个部分进行分析。部分进行分析。Mg2SiMg2Si+SiMg+ Mg2SiSiL+ Mg2SiL+ SiL+ Mg2SiL+ Mg35v单相固溶体的合金：单相固溶体的合金：性能随成分呈抛物线变化。性能随成分呈抛物线变化。4、根据相图判断合金性能、根据相图判断合金性能相图机械性能的关系相图机械性能的关系36v共晶合金共晶合金两相机械混合物的合金两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平系，是两相性能的算术平均值。均值。 混

14、混= Q + Q HB混混=HB Q +HBQ(Q 、Q为两相相对重量为两相相对重量)形成稳定化合物的合金：形成稳定化合物的合金：性能性能-成分曲线出现拐点。成分曲线出现拐点。37l固溶体合金固溶体合金: 液固相线间距越大、偏液固相线间距越大、偏析倾向大析倾向大, 树枝晶发达树枝晶发达, 流动性降低流动性降低, 补缩能力补缩能力下降下降, 分散缩孔增加分散缩孔增加. l共晶合金共晶合金:结晶温度低，结晶温度低，流动性好，缩孔集中，流动性好，缩孔集中， 偏析小，偏析小， 铸造性能好。铸造性能好。相图铸造性能的关系相图铸造性能的关系38相图与铸造性能的关系相图与铸造性能的关系 显微缩松缩孔39使用

15、性能与相图的关系工艺性能与相图的关系40第三节第三节 铁碳合金相图铁碳合金相图v铁碳合金铁碳合金碳钢碳钢和和铸铁铸铁，是工业应用，是工业应用最广的合金。最广的合金。v含碳量为含碳量为0.02% 2.14%的称碳的称碳钢钢v含碳量含碳量 2.14%的称铸铁。的称铸铁。41一、Fe-Fe3C相图分析l 组元：组元：Fe、 Fe3C1539139291176842当碳在铁中的含量超过溶解度时，多余碳以当碳在铁中的含量超过溶解度时，多余碳以Fe3C形式存在于铁碳合金，称为形式存在于铁碳合金，称为渗碳体渗碳体。lFe3C硬度高、强度低硬度高、强度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑塑性几乎为零。

16、性几乎为零。lFe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 该反应对铸铁有重要意义。该反应对铸铁有重要意义。43l 碳在铁中的固溶度碳在铁中的固溶度铁素体奥氏体44v碳在碳在-Fe中的固溶体称中的固溶体称-铁素体铁素体，用，用表示。表示。 v都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低很低,在在727时最大为时最大为0.02%，室温下仅为，室温下仅为0.008%。v铁素体的组织为多边形晶粒，铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似性能与纯铁相似。铁素体铁素体v(1)(1)铁素体：铁素

17、体：碳在碳在 -Fe-Fe中的固溶体称中的固溶体称铁素体铁素体, , 用用F F或或 表示。表示。 450.008%0.02%-铁素体-铁素体46v(2)奥氏体奥氏体:碳在碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用中的固溶体称奥氏体。用A或或 表示。表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。是面心立方晶格的间隙固溶体。组织为不规则多面体组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材度低、塑性好，钢材热加工都在热加工都在 区进行。区进行。碳钢室温组织中无奥碳钢室温组织中无奥氏体。氏体。奥氏体奥氏体47奥氏体奥氏体溶碳能力比铁素体大，溶碳能力比铁素体大，1147时最大为时最大为2.14%

18、。48v 特性点特性点 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 49v特征线特征线液相线液相线ABCD，固相线固相线AHJECFLJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 50v三条水平线：三条水平线：vHJB：包晶线包晶线LB+H JLJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 51vECF：共晶线共晶线LC E+Fe3C共晶产物是共晶产物是 与与Fe3C的的机械混合物，称作机械混合物，称作莱氏莱氏体体， 用用Le表示。为蜂窝表示。为蜂窝状，状， 以以Fe3C为基，性能为基，性能硬而脆。硬而脆。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 52vPSK

19、：共析线：共析线 S FP+ Fe3C共析转变的产物是共析转变的产物是 与与Fe3C的机械混合物，称作的机械混合物，称作珠光体珠光体，用，用P表示。表示。珠光体珠光体L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3Cl珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。 PSK线又称线又称A1线线。2.1453v其它相线其它相线GS,GP 固溶体固溶体转转变线，变线， GS又称又称A3 线线HN,JN 固溶体转固溶体转变线变线ES碳在碳在 -Fe中的固溶中的固溶线。线。又称又称Acm线线2.1454l 相区相区 六个单相区：六

20、个单相区： Fe、Fe3C、L、 、 、 七个两相区七个两相区: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C L L+ + +Fe3C +Fe3CL+ L+Fe3C + 55 三个三相区：三个三相区：三条水平线三条水平线 HJB (L+ + )、ECF(L+ +Fe3C)、PSK( + + Fe3C) 56v(一一)工业纯铁工业纯铁(0.02% C) 组组织为单相铁素体织为单相铁素体v(二二)钢钢(0.022.14%C)高温组高温组织为单相织为单相 亚共析钢亚共析钢 (0.020.77%C) 共析钢共析钢 (0.77%C) 过共析钢过共析钢 (0.772.14%C

21、)l铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁工业纯铁2.14二、Fe-Fe3C合金的平衡结晶过程57(三三)白口铸铁白口铸铁 (2.146.69%C)铸造性能好铸造性能好, 硬而脆硬而脆 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.144.3%C) 共晶白口铸铁共晶白口铸铁(4.3%C) 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.36.69%C)2.1458v工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 1-2点间转变为点间转变为 ，3-4点间点间 ，5-6点间点间

22、 ,7点开始，从点开始，从 中析出中析出Fe3C。NSJBH L+ + + 59602.1461铁碳合金相图铁碳合金相图62v共析反应的产物是共析反应的产物是共析体共析体v铁碳合金中的共析体称铁碳合金中的共析体称珠光体珠光体，也是两相的机械，也是两相的机械混合物混合物(铁素体铁素体+渗碳体渗碳体)。l与共晶反应不同的是，共与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而析反应的母相是固相，而不是液相。不是液相。l固态转变过冷度大，因而固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。共析组织比共晶组织细。珠光体珠光体63共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 1-2点间转变为点间转变为 。到到S点发生共析点发

23、生共析转变：转变： S （ P+Fe3C）, 全部转变为珠全部转变为珠光体光体P。6465v共析刚结束时，珠光体共析刚结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：中相的相对重量百分比为：l珠光体中的渗碳体称共析珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 中析出中析出Fe3C，与共析，与共析Fe3C结合结合不易分辨。室温组织为不易分辨。室温组织为P。%.%.%Q,%.PKSKQC Fe321188810088802180696770696 珠光体珠光体 66v室温下，珠光体中两相室温下，珠光体中两相的相对重量百分比是多的相对重量百分比是多少？少？%.%.%Q%.QLLQC Fe

24、3511588100588000806967706964 Q43219671-2：匀晶反应：匀晶反应2-3：包晶反应：包晶反应3-4：匀晶反应：匀晶反应全部转变为全部转变为 。 +Fe3CGSPABJH亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程1468 +Fe3CGSPABJH到到4点，由点，由 中析出中析出 。到到5点点, 成分沿成分沿GS线变到线变到S点，点， 发生共发生共析反应转变为珠光体。析反应转变为珠光体。温度继续下降，温度继续下降， 中析出中析出Fe3C，由于与共析，由于与共析Fe3C结合，且量少，结合，且量少， 忽略不计。忽略不计。46970利用平衡组织中珠光体所占的利用平衡组织中珠光

25、体所占的面积百分比，可以近似估算亚面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量共析钢的含碳量:C%=P面积面积%0.77% (忽略忽略 中含碳量，中含碳量，P面积面积%=QP)共析刚结束时各相的含量为：共析刚结束时各相的含量为： %PKKQ%,PKPQCFe100510053 组织组成物的相对重量为：组织组成物的相对重量为： %PSSQ%PSPQP10051005 ，S71v亚共析钢室温下的组亚共析钢室温下的组织为织为F+P。v在在0.020.77%C 范围内珠光体的量随范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。含碳量增加而增加。含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组织钢的组织含含0.6

26、0%C钢的组织钢的组织72过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程v1-2点转变为点转变为 v到到3点点, 开始析开始析出出Fe3C。从奥氏。从奥氏体中析出的体中析出的Fe3C称二次渗碳体称二次渗碳体, 用用Fe3C表示表示, 其其沿晶界呈网状分布。沿晶界呈网状分布。73温度下降温度下降, Fe3C量增加。到量增加。到4点，点， 成分沿成分沿ES线变线变化到化到S点，余下的点，余下的 转变为转变为P。7475过共析钢室温组织为过共析钢室温组织为P+ Fe3C 。含含1.4%C钢的组织钢的组织Fe3C量随含碳量而量随含碳量而增加，含碳量为增加，含碳量为2.14%时，时，Fe3C量最大。量最大。%1

27、.23%10077. 069. 677. 014. 23IICFeQ76v室温下两相的相室温下两相的相对重量百分比：对重量百分比： Q%QLQQ%.C.QLLQCFe 10051000008069669653室温下两组织组成物的室温下两组织组成物的相对重量百分比：相对重量百分比：12345SPCFePQLSSQCLSLQ%1005 %;10077. 069. 669. 65377共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程 Fe3C 合金冷却到合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体点发生共晶反应全部转变为莱氏体78共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为:%

28、.Q%.%.QCFe847252100112696346963 ， C点以下点以下, 成分沿成分沿ES线变化，共晶线变化，共晶 将析出将析出Fe3C。 Fe3C与共晶与共晶Fe3C 结合，不易分辨。结合，不易分辨。79v温度降到温度降到2点点, 成分达到成分达到0.77%, 此时此时, 相的相的相对重量相对重量: l在在2点点, 共晶共晶 发生共析反应，转变为珠光体，这种由发生共析反应，转变为珠光体，这种由%.Q%.%.QCFe659440100770696346963 ， P与与 Fe3C组成的共晶体称组成的共晶体称低温莱氏体低温莱氏体, 用用Le表示表示. 2 点以下，共晶体中点以下，共晶

29、体中P 的的变化同共析钢。变化同共析钢。S80v共晶白口铁室温共晶白口铁室温组织为组织为Le (P+ Fe3C), 它保留它保留了共晶转变产物了共晶转变产物的形态特征。的形态特征。%3 .64%7 .35%100%7 .35%1000008. 069. 63 . 469. 63 CFeQQ v室温下两相的相对重量百分比为室温下两相的相对重量百分比为： 81亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁的结晶过程合金在合金在12点间析出点间析出 。到。到2点，液相成分变到点，液相成分变到C点点,并转变为并转变为Le。23点间从点间从 中析出中析出Fe3C，一，一次次 的的Fe3C被共晶被共晶 衬托出来。到衬

30、托出来。到3点，点， 转变转变为为P。8283v亚共晶白口铁室温组织亚共晶白口铁室温组织为为P+Fe3C+Le。IIIICFeLeCFeLeLeQQQECCQECEQQ33%10077. 069. 677. 014. 222ECFD1234N室温下组织组成物相对室温下组织组成物相对重量百分比为重量百分比为 ：84v12点间从液相中析出点间从液相中析出Fe3C, 这种渗碳体称这种渗碳体称一次渗碳体，用一次渗碳体，用 Fe3C表示，呈粗条片状。表示，呈粗条片状。到到2点，余下的液相成分变到点，余下的液相成分变到C点并转变为点并转变为Le。DFK3Fe3C124过共晶白口铁的结晶过程过共晶白口铁的结晶过程85862点以下点以下, Fe3C成分重量不再发生变化成分重量不再发生变化, Le变化同共晶合金变化同共晶合金,其室温组织为其室温组织为Fe3C+Le。 87（A + Fe3C）（F + Fe3C） 88FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%温度温度89含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响0.8%C时，组织为时，组织为100% P, 钢的性能即