二元相圖的分析和使用

1、1,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,一、 二元相圖中的幾何規(guī)律 相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點(diǎn)接觸除外）相區(qū)接觸法則； 三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)； 若兩個(gè)三相區(qū)中有2個(gè)相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)； 單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū),2,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,二、 相圖分析步驟 以穩(wěn)定的化合物分割相圖； 確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義； 分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化。 注：虛線、點(diǎn)劃線的意義尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn) 變線、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變線,3,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,三、相圖與合金性能的關(guān)系 根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能,4,第五節(jié) 二

2、元相圖的分析和使用,三、相圖與合金性能的關(guān)系 根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能 鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離X X越大，成分偏析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大）； X越大，流動(dòng)性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）； X越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大,5,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,三、 相圖與合金性能的關(guān)系 塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。 熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金,8h,6,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,7,第六節(jié) 鐵

3、碳合金相圖,1 組元和相 （1）組元： 鐵石墨相圖：Fe,C; 鐵滲碳體相圖：Fe-Fe3C。 （2）相：L, , A(), F(), Fe3C(K)。 （其定義,8,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,2 相圖分析 點(diǎn)：14個(gè)。 線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線： GS,ES,PQ。 區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。 相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖; 組織組成物標(biāo)注的相圖,9,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,2 相圖分析 點(diǎn)：14個(gè),10,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,2 相圖分析 線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線： GS, ES, PQ。 區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。 相圖標(biāo)

4、注：相組成物標(biāo)注的相圖。 組織組成物標(biāo)注的相圖,11,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,3 合金分類 工業(yè)純鈦（C%2.11,12,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,第 四 章 相 圖 第 五 節(jié) 相圖 分析,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算,2h-10h,由學(xué)生分析七種合金的結(jié)晶過(guò)程，下次課重點(diǎn)分析。布置課下列表計(jì)算相組成物和組織組成物的相對(duì)含量,13,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。 工業(yè)純鐵結(jié)晶過(guò)程（+Fe3C，三次滲碳體最大量計(jì)算,14,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,

5、4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。 共析鋼結(jié)晶過(guò)程 P（+Fe3C,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,15,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程 （+P）(Fe3C,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,16,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 亞共析鋼結(jié)晶過(guò)

6、程 （+P,17,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程（P+Fe3C，二次滲碳體最大量計(jì)算,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,18,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程 Ld（P+ Fe3C+ Fe3C共晶） （Ld-Ld轉(zhuǎn)變） Ld（+ Fe3C共晶,19,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程 （ P+ Fe3C+ Ld,20,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 過(guò)共晶白口

7、鐵結(jié)晶過(guò)程 （ Fe3C+ Ld,21,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,第 四 章 相 圖 第 五 節(jié) 相圖 分析,4 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 （2）重要問(wèn)題 Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意義 及其最大含量計(jì)算。 Ld-Ld轉(zhuǎn)變。 二次杠桿的應(yīng)用,2h-12h,由學(xué)生寫出7種合金室溫組織組成物和相組成物含量表；分析亞共析鋼、亞共晶鐵的凝固過(guò)程、滲碳體的最大含量計(jì)算、默寫與修改相圖,22,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,5 含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響 （1）對(duì)平衡組織的影響（隨C%提高） 組織：Fe3C LdFe3C； 相：減少，F(xiàn)e3C增多； Fe3C形態(tài)：Fe3C（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀） 共析Fe3C（層片狀）

8、 Fe3C（網(wǎng)狀） 共晶Fe3C（基體） Fe3C（粗大片狀,23,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,5 含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響 （2）對(duì)力學(xué)性能的影響 隨C%提高, 強(qiáng)度、硬度升高， 塑韌性下降,24,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,5 含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響 （3）對(duì)工藝性能的影響 適合鍛造：C%2.11%，可得到單相組織。 適合鑄造：C%4.3%，流動(dòng)性好。 適合冷塑變：C%0.25%，變形阻力小。 適合熱處理：0.0218-2.11，有固態(tài)相變,25,第七節(jié) 相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ),1 固溶體的自由能成分曲線 G=xAA+ xBB +xAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）=f（xA，xB） G0

9、 Hm -T Sm (式5-20) 其中： =NZVAB-（VAA+VBB）/2 （為A，B原子間相互作用參數(shù)，與原子間結(jié)合能有 關(guān);V 原子間的結(jié)合能。,26,第七節(jié) 相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ),2 化學(xué)位與相平衡條件 （1）化學(xué)位：偏摩爾吉布斯自由能。用 表示。 化學(xué)位的確定：在自由能成分曲線上，過(guò)成分點(diǎn)的切線與兩縱 軸的交點(diǎn)。 （2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學(xué)位分別相等。 A= A= 在自由能成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線,27,第七節(jié) 相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ),3 二元系自由能曲線與相圖的關(guān)系,28,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,1 鑄錠組織 （1）鑄錠三區(qū) 表層細(xì)晶區(qū)(強(qiáng)過(guò)冷,非均勻形核) 柱

10、狀晶區(qū)(純金屬:過(guò)冷度減小,形核困難,沿散熱方向生長(zhǎng); 合金:成分過(guò)冷,一次軸發(fā)達(dá),沿散熱方向生長(zhǎng). ) 中心等軸晶區(qū)(均勻散熱、液相區(qū)成 分過(guò)冷、熔體對(duì)流導(dǎo) 致細(xì)晶漂移或枝晶破 碎。,29,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,1 鑄錠組織 （2）組織控制 受澆鑄溫度、冷卻速度、 化學(xué)成分、變質(zhì)處理、 機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素 影響,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,30,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,2 鑄錠缺陷 （1）微觀偏析 （2）宏觀偏析:整個(gè)鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象. 正偏析: k

11、01的合金鑄錠中心溶質(zhì)含量較高的現(xiàn)象. 反偏析: . 密度偏析:由于初生相與剩余液體密度差異而導(dǎo)致鑄錠上下部分成分 不均勻的現(xiàn)象,31,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,2 鑄錠缺陷 （3）夾雜與氣孔 夾雜：外來(lái)夾雜和內(nèi)生夾雜。 氣孔：析出型和反應(yīng)型。 （4）縮孔和疏松 形成：凝固時(shí)體積縮小補(bǔ)縮不足形成縮孔。 分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散縮孔（疏松，枝晶骨架相 遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。,32,本章小結(jié)與習(xí)題討論課,1 分析下列說(shuō)法是否正確及其原因。 (1) 鐵素體與奧氏體的主要區(qū)別是含碳量不同。 (2) 正溫度梯度下，純金屬與固溶體合金凝固時(shí)都以平面狀生長(zhǎng)。 (3) 在二元相圖中，杠桿定律不