《金属材料工程概论（第2版）》13-6两大图形和临界点课件

13.6两大图形和临界点学习金属材料科学与工程，掌握并应用钢的物理参数十分重要，其中经常应用的两大图形，即相图和动力学曲线（C－曲线），在两大图形中还有一个重要参数，即临界点。它们具有重大的理论意义和工程应用价值。13.6.1

相图相图是描绘合金体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间变化规律的图形，是研究三者之间关系的有力工具。已在金属、陶瓷、高分子材料中得到广泛的应用。相图有一元相图，二元相图，三元相图等，是金相学、金属学中的重要图形之一。合金相和组织均反映在相图上。Fe－Fe3C平衡相图最常用的Fe－Fe3C平衡相图如图13－11所示[15]。是Fe和Fe3C两个组元组成的合金相图。它是钢铁材料科学研究和热加工技术中的重要依据。图中，包括液相(L)、奥氏体（A）、铁素体（F）等单相区，还有一些双相区，如（F+A）,(F+Fe3C),(A+Fe3C)等。根据铁碳合金相图，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢、白口铸铁三大类。工业纯铁含碳量小于0．0218％的铁碳合金。组织为铁素体晶粒组成，如图13－12所示。是含碳量在0．0218％～2．11％之间的铁碳合金。根据室温组织不同，钢又可分为三类：亚共析钢(0．0218％<C<0．77％)组织是铁素体和珠光体。共析钢(C＝0.77％)组织是珠光体。图13－13为珠光体的组织照片白口铸铁白口铸铁含碳量在2.11％一6.69％之间的铁碳合金。根据室温组织不同，白口铸铁又可分为三类：亚共晶白口铸铁(2．11％<C<4．3％)组织是珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。如图13－14所示。黑色团状物是珠光体，细小鱼骨状组织为莱氏体。13.6.2

动力学图——C－曲线相变动力学是相变时的形核率Ns，核长大速度u，转变时间t和转变量之间的关系的科学。钢从高温冷却时发生的固态相变，其形核率和长大速率与转变量之间的关系曲线都有一个极大值，通常呈C—曲线的形状。图13-16为共析钢的等温转变C－曲线，也称TTT图13.6.3

临界点临界点是钢的热加工、铸造、锻压、焊接、热处理等工艺中的重要物理参量。临界点温度主要应用热膨胀法测定。Fe-C相图上表明的平衡状态下钢的临界点有：（1）A1是在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度，Fe-C相图上A1为727℃。A1温度受合金元素的影响。（2）A2是铁素体的磁性转变点，在Fe-C相图上A1为770℃。（3）A3，在Fe-C相图上为溶解度GS线。（4）)A4，在Fe-C相图上为1394℃。（5）Acm，在Fe-C相图上为溶解度ES线。在非平衡加热时，临界点数值随着加热速度的升高而增大，为了便于各钢种的比较，测定临界点时采用一致的加热速度。其值在下角标标注c，如：（6）Ac1，钢加热时，开始形成奥氏体的温度。（7）Ac3，亚共析钢加热时，所有铁素体都转变为奥氏体的温度。(8)Ac4，低碳亚共析钢加热时，奥氏体开始转变为δ相的温度。(9)Accm，过共析钢加热时，所有渗碳体和碳化物完全溶入奥氏体的温度。在非平衡冷却时，临界点数值随着冷却速度的加快而变低，为了便于各钢种的比较，测定临界点时采用一致的冷却速度。其值在下角标标注r，如：(10)Arl，钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度。(11)Ar3，亚共析钢高温奥氏体化后冷却时，铁素体开始析出的温度。