工程材料-第1.2次课

机械制造基础郭庆军

沈阳航空航天大学工程训练中心第1章材料的种类与性能

教学提示：工程上所用的各种金属材料、非金属材料和复合材料统称为工程材料。迄今为止，人类发现和使用的材料种类繁多。为了便于材料的生产、应用与管理，也为了便于材料的研究与开发，有必要对材料进行分类并研究其性能。教学要求：本章让学生了解工程材料的分类、性能及测试方法。重点让学生了解工程材料的力学性能指标和测试方法，以及各个指标的物理意义。设计零件和材料选择时要考虑零件的工作环境，根据承受的载荷情况重点考虑某些力学性能指标。本章知识结构1.1材料的种类

1.1.1金属材料

1.1.2高分子材料

1.1.3陶瓷材料

1.1.4复合材料1.2材料的性能

1.2.1力学性能

1.2.2物理、化学性能

1.2.3工艺性能重点1.1材料的种类在工程上通常按材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料等几大类。1.1.1金属材料

金属材料是以过渡族金属为基础的纯金属及其含有金属、半金属或非金属的合金。由于金属材料具有良好的力学性能、物理性能、化学性能及工艺性能，能采用比较简便和经济的加工方法制成零件，因此金属材料是目前应用最广泛的材料。

图1.1不同系列的金属材料1.1.2高分子材料高分子材料是指分子量很大的化合物，它们的分子量可达几千甚至几百万以上。图1.2不同系列的高分子材料特点：密度小，电绝缘性好，有很好的耐腐蚀性和一定的弹性，但大多易燃、易老化和耐热性差。1.1.3陶瓷材料

所谓陶瓷是指以天然硅酸盐(黏土、石英、长石等)或人工合成化合物(氮化物、氧化物、碳化物等)为原料，经粉碎、配制、成形和高温烧结而成的无机非金属材料。1)按原料来源分类普通陶瓷、特种陶瓷

2)按化学成分分类如氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷及几种元素化合物复合的陶瓷(如氧氮化硅铝陶瓷等)。3)按性能分类高强度陶瓷、耐磨陶瓷、高温陶瓷等4)按用途分类日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷等。图1.2不同系列的高分子材料特点：陶瓷材料的硬度高、耐磨性、耐热性和抗氧化性好，但是脆性大，不易于切削加工。

1）定义：采用两种或多种物理和化学性能不同的材料，制成一种多相固体材料，称之为复合材料。

2）目前已经能够应用的复合材料有纤维增强材料、树脂基复合材料、碳硅复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、夹层结构复合材料等。这些材料的特性可以预先进行设计．满足不同的性能要求。3）应用：聚合板、胶木等1.1.4复合材料

特点：比强度高，抗疲劳性好，减振性好等。但制作成本高，应用受限。新型材料1、形状记忆合金：有形状记忆效应的特殊功能材料。它经热处理记忆某种形状后，在低温下不管将其如何形变，一旦加热到某一特定温度时便又能恢复到记忆的高温形状。应用：管接头、紧固件、火警报警器、人工关节、人工心脏等。2、纳米材料：结构尺寸在1-100nm（1nm=10-9m）范围内的材料。应用：磁流体、磁记录材料，医学上进行细胞分离。

1.2材料的性能性能的分类：1、使用性能：良好的机械性能；较好的化学稳定性；一定的物理性能2、工艺性能：可铸性；可锻性；可焊性；可切削性；热处理性1.2.1力学性能·力学性能定义：材料在外力（载荷）作用下所表现出的抵抗变形和破坏的能力。·力学性能分类：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。

1.2.1力学性能一、强度（strength）1、定义：工程材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。2、分类：抗弯强度抗压强度抗拉强度强度√1.2.1力学性能3、抗拉强度通过拉伸试验测定：

1）标准拉伸试样：

a圆形l0/do=10;l0/do=5b板形图1-1拉伸试样

2）应力应变的概念应力σ：材料单位面积上承受的负荷σ=F/S应变ε：材料单位长度上的伸长量ε=(l-l0)/l01.2.1力学性能4、低碳钢的应力应变曲线：在拉力作用下，先引起弹性变形，接着产生塑性变形，最后则被拉断。特殊点:E、S、B、K（1）弹性极限σe（2）屈服强度σs

（3）抗拉强度σb（4）断裂强度σk弹性变形阶段屈服阶段均匀塑性变形阶段缩颈阶段金属材料中只有低碳钢和中碳钢等少数金属有屈服现象，大多数金属没用明显的屈服点，因此对这些材料，规定已产生0.2%残余伸长的应力称为条件屈服强度σ0.21.2.1力学性能二、塑性(plasticity)1、定义：金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能。2、伸长率l0试棒的原始长度l试棒被拉断后的长度3、断面收缩率A0试棒的原始截面积

A试棒被拉断后的断口截面积

δ或ψ值愈大，材料的塑性愈好。两者比较，用ψ表示塑性更接近材料的真实应变。注意：长试样（）的伸长率写成δ或δ10；短试样（）的伸长率须写成δ5。同一种材料δ5>δ，所以，对不同材料，δ值和δ5值不能直接比较。一般把δ>5%的材料称为塑性材料，δ<5%的材料称为脆性材料。铸铁是典型的脆性材料，而低碳钢是黑色金属中塑性最好的材料。1.2.1力学性能三、硬度(hardness)1、定义：金属材料抵抗更硬物体压入的能力。2、布氏硬度特点:适用于测量退火钢、正火钢及常见的铸铁和有色金属等较软材料。有效值小于450HB。压痕面积较大。测试结果的重复性较好，但操作较繁琐。淬火钢球或硬质合金球图1-3布氏硬度测试原理

1.2.1力学性能3、洛氏硬度由压痕深度计算硬度，直接从刻度盘上读值。因压头和载荷的不同，分别有HRA、HRB、HRC三种。特点:测试方便，操作简捷；压痕较小；测试范围宽。但重复性差。多点测试，取平均值洛氏硬度压头总载荷/N（kgf）测量范围适用材料HRA120°金刚石圆锥体588.4（60）60～85硬质合金材料、表面淬火钢等HRBΦ1.588淬火钢球980.7（100）25～100软钢、退火钢、铜合金等HRC120°金刚石圆锥体1471.1（150）20～67淬火钢、调质钢等1.2.1力学性能四、冲击韧度(impacttoughness)1、定义：材料抵抗冲击的性能。2、测定：摆锤冲击试验。现在常用摆锤进行一次冲击试验来测定金属材料的韧性。标准试样断口处单位横截面所消耗的冲击能量，即代表材料的冲击韧性的指标，用ak表示。

(a)试样安装

(b)冲击试验机

图1-4冲击韧度试验原理1.2.1力学性能五、疲劳强度(fatiguestrength)

零件在交变应力作用下，当交变应力值远低于材料的屈服强度时，经长时间运行后也会发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。1、定义：材料能够承受无数次应力循环的最大应力称为疲劳强度。2、疲劳试验N的规定：钢铁材料107有色金属1083、疲劳曲线：被测材料承受交变应力与材料断裂前的应力循环次数的关系曲线。疲劳强度σr,r表示交变应力循环系数,对称应力循环时的用σ-1表示。4、疲劳破坏的原因：材料的缺陷应力集中

5、防止或减少的方法：合理设计结构防止应力集中，减小表面粗糙度，采取表面硬化处理图1-5钢铁材料的疲劳曲线

实验设备1.2.1力学性能疲劳强度σr冲击韧度

ak硬度HBHR塑性δψ强度σbσsσ0.2工程材料的力学性能

1.物理性能

(1)密度

(2)熔点

(3)导热性(4)导电性(5)热膨胀性

2.化学性能

(1)耐腐蚀性

(2)抗氧化性

(3)化学稳定性

材料的工艺性能是物理、化学和力学性能的综合，指的是材料对各种加工工艺的适应能力，它包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。工艺性能的好坏直接影响零件的加工质量和生产成本，所以它也是选材和制定零件加工工艺必须考虑的因素之一。有关工艺性能的内容在后续章节会专门讨论。

1.2.2物理、化学性能

1.2.3工艺性能小结在工程上通常按材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料等几大类。材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的抵抗能力。由于载荷的形式不同，材料可表现出不同的力学性能，如强度、硬度、塑性、韧度、疲劳强度等。通过静拉伸试验可测得强度和塑性。硬度也是在静载荷作用下测试的，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。冲击韧度在一次冲击载荷下测试。疲劳强度是在交变应力作用下测试的。注意：金属材料的各力学性能之间有一定的联系。一般提高金属的强度、硬度往往会降低其塑性、韧性。反之提高塑性、韧性，则会削弱其强度。另外，本章还简要介绍了材料的物理和化学性能等。第2章

金属的晶体结构与结晶

教学提示：金属的内部结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。金属在固态下通常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点是零件设计时合理选材的根本依据。教学要求：本章让学生了解金属的晶体结构、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭及合金的相结构。本章知识结构2.1金属的晶体结构2.2金属的实际晶体结构2.3纯金属的结晶与铸锭2.4合金的相结构

2.1金属的晶体结构2.1.1晶体基础

(a)原子排列

(b)晶格

(c)晶胞图2.1晶体的结构1）晶格：金属结晶后原子的排列是有规律的，为了便于描述晶体中原子的排列规律，把每一个原子的核心视为一个几何点，用直线按一定的规律把这些几何点连接起来，形成空间格子，把这种假想的格子称为晶格。2）晶胞：晶格所包含的原子数且相当多，为便于研究分析，将能够代表原子排列规律的最小单元体划分出来，这种最小的单元体称为晶胞。如图2.1所示。通过分析晶胞的结构可以了解金属的原子排列规律、判断金属的某些性能。2.1.2

常见的金属晶体结构

金属的晶格类型有很多，纯金属常见的晶体结构主要为体心立方、面心立方及密排六方三种类型。属于这种类型的金属有Cr、Mo、W、V(钒)、α-Fe它们大多具有较高的强度和韧性a.体心立方晶胞：晶胞是正立方体，原子位于立方体的中心和八个顶点上，共有九个原子组成一个体心立方晶胞，顶点上的每个原子为相邻的八个晶胞所共有。2.1.2

常见的金属晶体结构

b.面心立方晶胞：晶胞是正立方体，原子位于立方体六个面的中心和八个顶点上。顶点上的每个原子为相邻的八个晶胞所共有，面心的每个原子为其相邻晶胞所共有。属于这种类型的金属有Al、Cu、Ni、γ-Fe它们大多具有较高的塑性c.密排六方晶胞：晶胞是正六方柱体，原子位于两个底面的中心处和十二个顶点上，柱体内部还包含着三个原子，共有十七个原子组成一个晶胞。顶点的原子同时为相邻的六个晶胞所共有，面中心的原子同时属于相邻的两个晶胞，而体中心的三个原子为该晶胞所独有。

属于这种类型的金属有Mg、Zn、Ti，另外，石墨它们大多具有较大的脆性，塑性较差2.1.2

常见的金属晶体结构

2.2金属的实际晶体结构2.2.1多晶体结构

图2.5金属的多晶体结构示意图

图2.6工业纯铁的显微组织2.2.2实际金属晶体缺陷

我们将实际晶体中偏离理想结构的区域称为晶体缺陷。根据几何形状特征，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。

1.点缺陷

(a)空位

(b)置换原子

(c)间隙原子图2.7点缺陷2.线缺陷

线缺陷是指晶体内沿某一条线，附近原子的排列偏离了完整晶格所形成的线形缺陷区。

图2.8刃型位错示意图3.面缺陷

面缺陷是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷，亦称二维缺陷，例如，晶界、亚晶界、相界、堆垛层错等，都是因晶体中不同区域之间的晶格位向过渡所造成的，但在小角度位向差的亚晶界情况下，则可把它看成是一种位错线的堆积或称“位错壁”。面缺陷是晶体中不稳定区域，原子处于较高能量状态，它能提高材料的强度和塑性。细化晶粒，增大晶界总面积是强化晶体材料力学性能的有效手段。同时，它对晶体的性能及许多过程均有极重要的作用。晶体缺陷在晶体的塑性、强度、扩散以及其他的结构敏感性问题中起着主要的作用。2.3纯金属的结晶与铸锭2.3.1纯金属的结晶

1.金属结晶的基本概念

广义地讲，金属从一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态的转变都属于结晶过程。金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶，而金属从一种固态过渡为另一种固态的转变称为二次结晶。

2.纯金属的冷却曲线和过冷现象1、金属结晶温度：纯金属的结晶是在一定温度下进行的。如果液态金属冷却的极其缓慢，当达到达理论结晶温度之后，稍有温度降低便会开始结晶，结晶过程中有结晶潜热放出、补偿了温度的下降。过冷：在一般冷却条件下，液态金属总是具有一定冷却速度，致使实际结晶温度低于理论结晶温度。即T1＜T0，这种现象叫过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。冷却速度愈快，过冷度愈大。(a)极其缓慢冷却时；(b)实际冷却速度时图2.9纯金属的冷却曲线3.纯金属的结晶过程

冷却速度愈快，过冷度愈大，晶核的数量愈多，晶粒愈细小，金属的机械强度愈高。2.3.2金属的铸锭组织图2.11金属铸锭的组织示意图1—表面细晶粒区2—柱状晶粒区

3—中心等轴晶粒区表面细晶粒区

较大的过冷

2.柱状晶粒区

铸锭垂直于其模壁散热的影响

3.中心等轴晶粒区

散热的方向性不明显，而趋于均匀冷却的状态

2.3.3金属的同素异构转变

同素异构性及同素异构转变：多数固态纯金属的晶格类型不会改变。但有些金属(如铁、锰、锡等)的晶格会因温度的改变而发生变化，固态金属在不同温度区间具有不同晶格类型的性质，称为同素异构性。

一些材料在不同的温度范围有不同的晶胞类型，材料在固态下改变晶胞类型的过程称为同素异构转变。图2.12纯铁的冷却曲线图2.4合金的相结构

2.4.1基本概念

1.合金由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为“合金”。

2.组元

3.合金系

4.相材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为“相”。“相结构”指的是相中原子的具体排列规律。

5.组织通常人眼看到或借助于显微镜观察到的材料内部的微观形貌(图像)称为组织。

2.4.2固态合金的相结构

合金在熔点以上，通常各组元相互溶解成为均匀的熔液，称为液相。当合金熔液凝固后，由于各组元之间的相互作用不同，可能出现两种基本相：固溶体和金属化合物。

1）固溶体一些合金的组元在固态有相互溶解的能力，例如碳原子可以溶解到铁的晶格中，溶质原子溶入溶剂中而保持溶剂晶格类型的晶体称为固溶体。固溶体中保持原有晶格的组元(该组元含量较大)称为溶剂，而以原子形态存在于固溶体中的组元(含量较小)称为溶质。置换固溶体间隙固溶体根据溶质原子所占据的位置固态合金金属化合物固溶体单存固态合金共存置换固溶体：形成条件是溶质原子直径与溶剂原于直径相差较小。如果溶质与溶剂的晶格类型又相同时，溶解度可以很大。间隙固溶体：通常条件下，溶质原子直径与溶剂原子直径相差较大，两直径之比小于0.59时易形成此类固溶体。其溶解度是有限的。固溶强化：无论哪种固溶体，由于溶质原子的渗入，固溶体的晶格都存在畸变现象，从而改变了合金性能，表现为强度指标升高。因而可利用此现象获取高强度合金材料，称为固溶强化。碳与α-Fe形成的固溶体为铁素体（F）（间隙固熔体）置换固溶体间隙固溶体2）金属化合物：当溶质的含量超过溶剂的溶解度时，溶质元素与溶剂元素相互作用形成一种不同于任一组元晶格的新物质，即金属化合物。一般可用分子式来表示组成，如Fe3C（渗碳体）金属化合物的晶格类型完全不同于组元的晶格类型，一般都属于复杂晶格结构。因此，金属化合物都表现出熔点高、硬度大、比较脆等特点。当金属化合物细小而均匀地分布在合金中时，可以提高合金的强度、硬度和耐磨性，但塑性和韧性会明显下降。但金属化合物过多，脆性会很大。小结纯金属常见的晶格结构主要为体心立方、面心立方及密排六方3种类型。实际金属的晶体结构都存在着一些缺陷，按晶格缺陷的几何特征可将其分为3类：点缺陷、线缺陷和面缺陷。过冷是金属结晶的必要条件，金属的结晶过程包括形核和长大两个阶段。冷却速度越快，过冷度越大，晶核的数量越多，晶粒越细小，金属的力学性能越高。当合金溶液凝固后，由于各组元之间的相互作用不同，可能出现3种基本情况：合金呈单相的固溶体；合金呈单相的金属化合物；合金由两相(固溶体相和化合物相)组成机械混合物。它们既可以单独存在于固态合金中，也可共同存在于固态合金中。另外还介绍了金属铸锭的组织结构和同素异构转变。第3章二元合金相图及应用教学提示：工业生产中广泛应用合金材料。合金优异的性能与合金的成分、晶体结构、组织形态密切相关。我们需要了解合金性能与这些因素之间的变化规律，相图是研究这些规律的重要工具。工业生产中研究元素对某种金属材料的影响，确定熔炼、铸造、锻造、热处理工艺参数，往往都是以相应的合金相图为依据的。相图中，有二元合金相图、三元合金相图和多元相图，作为相图基础和应用最广的是二元合金相图。教学要求：本章让学生了解具有匀晶、共晶、包晶等相图的二元合金的平衡结晶过程和形成合金的显微组织，并且运用杠杆定律，对平衡组织中各种相与组织组成物的相对量进行计算。重点掌握铁碳合金相图，包括相图中主要的点、线、区，典型铁碳合金的结晶过程，了解铁碳合金的成分、组织和性能的变化规律及铁碳合金相图的应用。

本章知识结构3.1相图的建立3.2匀

晶

相

图3.3共

晶

相

图3.4其

他

相

图3.5相图与性能的关系3.6铁碳合金相图2.4合金的相结构

3.1相图的建立有多种建立相图的方法，例如：热分析法，膨胀法，磁性法等。这里仅采用热分析实验法建立相图，具体步骤如下：首先将各种成分的熔融态合金，以极缓慢的冷却速度冷却，测定它们的冷却曲线(温度—时间曲线)：然后找出各冷却曲线上的临界点(即转折点和平台)的温度值。在温度—成分坐标系中，标注各临界点，连接各个相同意义的临界点，即得出该合金的相图。

图3.1Cu-Ni相图的测定图中A、B分别为Cu和Ni的熔点

1线是起始凝固点的轨迹线，称为液相线2线是终止凝固点的轨迹线，称为固相线3.2匀

晶

相

图

图3.2匀晶相图1相图分析

2合金的结晶过程

3杠杆定律

(a)(b)图3.3杠杆定律证明及力学比例由图3.3(a)可知，合金x在Tx温度时，由L+α两个平衡相组成。求L相和α相的成分时可通过x点(即Tx温度)做水平线，此水平线与液相线的交点X’即为L相的成分(含镍x’％)；与固相线的交点X’’即为α相的成分(含镍x’’％)。设合金的总重量为Q0，Tx温度时，液相的质量为QL，固相的质量为Qα，液、固两相的质量和应等于合金的总质量Q0，即：

（3.1）液相中镍的质量应为，固相中镍的质量为，合金中镍的质量为，由此而得

（3.2）联立式（3.1）、（3.2），解方程得：

（3.3）将分子与分母都换成相图中的线段，并将QL和Qα的相对质量用百分数表示时，则

（3.4）两相质量比为（3.5）对比图3.3(b)可以看出，上式的形式与力学中的杠杆原理相似，所以称之为杠杆定律，也称线段法则。综上所述，杠杆定律说明QL与Qα之比，等于与各自相区距离较远的线段(即反线段)与之比。应当指出的是，杠杆定律只适用于平衡状态两相共存时的计算，三相共存时不适用。4枝晶偏析

图3.4Cu-Ni合金的枝晶偏析图（100X）固溶体合金在结晶过程中，只有在极其缓慢冷却，使原子能进行充分扩散的条件下，固相的成分才能沿着固相线均匀地变化，最终获得与原合金成分相同的均匀α固溶体。但实际结晶过程不可能是无限缓慢，而且固态下原子扩散又很困难，致使固溶体内部原子扩散来不及充分进行，结果先结晶的固溶体含高熔点组元（如Cu-Ni合金中的Ni）较多，后结晶的固溶体含低熔点组元（如Cu-Ni合金中的Cu）较多。这种在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析。

这就使先结晶的枝干成分与后结晶的枝间成分不同，由于这种晶内偏析成树枝分布，故又称枝晶偏析。图3.4为Cu-Ni合金的枝晶偏析的显微组织。从图中可见，固溶体呈树枝状，它的先结晶的枝干中因镍含量高，不易浸蚀，而呈白色。后结晶的枝间部分因含铜量高，容易被浸浊而呈黑色。枝晶偏析的大小与冷却速度有关,，还与给定成分合金的液相线与固相线的垂直距离有关，距离越大，枝晶偏析相对越严重。3.3共

晶

相

图

图3.5Pb-Sn共晶相图相图分析C点共晶点共晶反应

ECF为共晶线或共晶反应线

ACD线是液相线

AECFD线是固相线

ES线和FG线称为溶解度曲线又称为析出线

2合金的结晶过程

（1）共晶合金

当合金成分为C点成分的合金（图3.6中合金Ⅰ）冷却到液相线C点时发生共晶反应，即同时结晶出αE和βF两相的共晶体。从183℃至室温，共晶体中两个固溶体分别析出βⅡ和αⅡ，并与共晶体中原来的β和α相混合在一起，仍保持一个有C点成分的共晶体整体，只是共晶体内的α相和β相的化学成分降到室温时的溶解度成分，所以室温时固溶体可不用下角标来表明成分含量，共晶合金的组织可写成（α+β）。图3.6Pb-Sn合金系的典型合金2合金的结晶过程

（2）亚共晶合金

在E点与C点之间成分的合金称为亚共晶合金。这类合金如图中合金Ⅱ。当合金Ⅱ冷却到液相线上1点时从液相中结晶出α固溶体，随着温度下降，α固溶体量不断增加，液相量不断减少，液相成分沿液相线AC变化，固相α的成分沿固相线AE变化。当温度降到2点（共晶温度）时，α固溶体的成分为E点成分，剩余液相的成分达到C点成分（共晶成分），发生共晶反应生成共晶体。当温度降到183℃以下直至室温时，α相中的溶Sn量沿ES线变化，析出βⅡ。最终的组织为α+βⅡ+（α+β）。即：LL+αα+（α+β）α+βⅡ+（α+β）图3.6Pb-Sn合金系的典型合金2合金的结晶过程

（3）过共晶合金在图3.6中C点与F点之间成分的合金称为过共晶合金。这类合金如图中合金Ⅲ。其详细结晶过程与亚共晶合金相似。即合金Ⅲ冷却到液相线上1点时从液相中结晶出β固溶体，随着温度下降，β固溶体量不断增加，液相量不断减少。当温度降到2点（共晶温度）时，β固溶体的成分为F点成分，剩余液相的成分达到C点成分（共晶成分），发生共晶反应生成共晶体。当温度降到183℃以下直至室温时，β相中的溶Pb量沿FG线变化，析出αⅡ。室温组织为β+αⅡ+（α+β）。即：LL+ββ+（α+β）β+αⅡ+（α+β）图3.6Pb-Sn合金系的典型合金2合金的结晶过程

（4）固溶体合金在图3.6中E点左侧和F点右侧的合金在冷却过程中不会发生共晶反应。如图中合金Ⅳ。合金冷却至1点时结晶出α相，随着温度下降，α固溶体量不断增加，液相量不断减少，液相成分沿液相线AC变化，固相α的成分沿固相线AE变化。当温度降到2点时，液相全部结晶成α固溶体，其成分为原合金成分。在2～3点温度范围内，α固溶体不发生变化。当合金冷却到3点（即溶解度曲线）时开始析出βⅡ相，直到室温，合金组织为α+βⅡ。即：LL+ααα+βⅡ图3.6Pb-Sn合金系的典型合金同理，F点右侧的合金在冷却过程中会结晶出β相，并从β相中析出αⅡ，最终组织为β+αⅡ。1.二元共析相图

共析反应

2.在固态下组元之间不溶解的共晶相图3.4其

他

相

图

3.形成稳定化合物的相图

4.二元包晶相图

包晶反应

3.5相图与性能的关系

图3.12合金的物理及3.13合金的铸造性能与相图的关系力学性能与相图的关系3.6.1铁碳合金的基本相及组织

名称定义符号含碳量强度σb/Mpa硬度HB塑性δ(%)冲击韧度Ak/J.cm-2加工方法铁素体(ferrite)碳溶于α-Fe形成的固溶体（间隙）F727ºC时溶碳能力最大，达到0.0218％2008050200冲压等奥氏体(austenite)碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体（间隙）A1148ºC时其溶碳能力最大，达到2.11％锻造渗碳体(cementite)铁和碳形成的金属化合物Fe3CFe3C6.69％30800≈0≈

0珠光体(pearlite)铁素体和渗碳体两相组织的机械混合物P0.77％75018020-5030-40莱氏体(ledeburite)奥氏体(或珠光体)和渗