鐵碳合金相圖1

1、2021-10-262.5.1 2.5.1 二元合金相圖二元合金相圖 合金結(jié)晶過(guò)程復(fù)雜，用合金相圖來(lái)分析。合金結(jié)晶過(guò)程復(fù)雜，用合金相圖來(lái)分析。 相圖：相圖：表明合金系中各種合金相的平衡表明合金系中各種合金相的平衡 條件和相與相之間關(guān)系的一種簡(jiǎn)條件和相與相之間關(guān)系的一種簡(jiǎn) 明示圖，也稱明示圖，也稱平衡圖平衡圖或或狀態(tài)圖狀態(tài)圖。 平衡：平衡：在一定條件下合金系中參與相變?cè)谝欢l件下合金系中參與相變 的各相的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化。的各相的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化。 合金在極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過(guò)程，可以認(rèn)為合金在極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過(guò)程，可以認(rèn)為是平衡的結(jié)晶過(guò)程。是平衡的結(jié)晶過(guò)程。2.5

2、2.5 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖2021-10-26 在常壓下，二元合金的相狀態(tài)取決于在常壓下，二元合金的相狀態(tài)取決于溫度溫度和和成分成分，因此，二元合金相圖用，因此，二元合金相圖用溫度溫度成分成分坐標(biāo)坐標(biāo)系來(lái)表示。系來(lái)表示。 圖中的每一點(diǎn)表一圖中的每一點(diǎn)表一定成分的合金在一定溫定成分的合金在一定溫度時(shí)的穩(wěn)定相狀態(tài)。度時(shí)的穩(wěn)定相狀態(tài)。銅鎳二元合金相圖銅鎳二元合金相圖 常見的二元合金相常見的二元合金相圖有圖有勻晶相圖、共晶相勻晶相圖、共晶相圖、共析相圖和形成穩(wěn)圖、共析相圖和形成穩(wěn)定化合物相圖。定化合物相圖。2021-10-26一、一、 發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 1 1、結(jié)

3、晶過(guò)程、結(jié)晶過(guò)程 勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)：L L 固溶體固溶體 Cu-Ni , Fe-Cr , Au-AgCu-Ni , Fe-Cr , Au-Ag合金具有勻晶相圖。合金具有勻晶相圖。aaaa1 1c c線為線為液相線液相線，該線，該線以上合金處于液相。以上合金處于液相。acac1 1c c線為線為固相線固相線，該線，該線以上合金處于固相。以上合金處于固相。銅鎳二元合金相圖銅鎳二元合金相圖單相區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：L L相：相：液相，液相， CuCu和和NiNi形成的液溶體。形成的液溶體。相：相：CuCu和和NiNi形成的無(wú)限固溶體。形成的無(wú)限固溶體。雙相區(qū)：雙相區(qū)： L + L + 相區(qū)相區(qū)2021-10

4、-262021-10-26 2 2、勻晶結(jié)晶特點(diǎn)、勻晶結(jié)晶特點(diǎn) （1 1）形核與長(zhǎng)大）形核與長(zhǎng)大 （2 2）變溫結(jié)晶）變溫結(jié)晶2021-10-26（3 3）兩相的成分確定）兩相的成分確定（4 4）兩相的質(zhì)量比一定）兩相的質(zhì)量比一定2021-10-262021-10-26提示：提示： 杠桿的兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn)，支點(diǎn)杠桿的兩個(gè)端點(diǎn)為給定溫度時(shí)兩相的成分點(diǎn)，支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)。為合金的成分點(diǎn)。 杠桿定律只適用于相圖中的兩相區(qū)。杠桿定律只適用于相圖中的兩相區(qū)。 杠桿定律只能在平衡狀態(tài)下使用。杠桿定律只能在平衡狀態(tài)下使用。2021-10-26（5 5）容易產(chǎn)生枝晶偏析）容易產(chǎn)生枝晶偏析 慢

5、冷時(shí)原子擴(kuò)散充分進(jìn)行，固溶體成分均勻。慢冷時(shí)原子擴(kuò)散充分進(jìn)行，固溶體成分均勻。 快冷時(shí)原子擴(kuò)散不充分，固溶體成分不均勻?？炖鋾r(shí)原子擴(kuò)散不充分，固溶體成分不均勻。 枝晶偏析：枝晶偏析：在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分分布不均勻。在一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分分布不均勻。 對(duì)材料的機(jī)械性能、抗腐對(duì)材料的機(jī)械性能、抗腐蝕性能、工藝性能都不利。蝕性能、工藝性能都不利。 擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火：把合金加熱到把合金加熱到低于固相線低于固相線100100o oC C左右，長(zhǎng)時(shí)左右，長(zhǎng)時(shí)間保溫，原子充分?jǐn)U散，獲間保溫，原子充分?jǐn)U散，獲得成分均勻的固溶體。得成分均勻的固溶體。2021-10-26二、二、 發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生共晶

6、反應(yīng)的合金的結(jié)晶 Pb-Sn , Al-Si , Ag-CuPb-Sn , Al-Si , Ag-Cu合金具有共晶相圖合金具有共晶相圖 Pb-Sn Pb-Sn 合金相圖中有合金相圖中有三個(gè)單相區(qū)三個(gè)單相區(qū) L L：PbPb與與SnSn形成的液溶體形成的液溶體 ：SnSn溶于溶于PbPb中的有限固溶體中的有限固溶體 ：PbPb溶于溶于SnSn中的有限固溶體中的有限固溶體三個(gè)雙相區(qū)：三個(gè)雙相區(qū)： L+ L+， L+L+， +一條一條L+三相共存線三相共存線（水平線（水平線cdecde）這種相圖稱共晶相圖。這種相圖稱共晶相圖。2021-10-262021-10-262021-10-262021-10

7、-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-26三、三、 發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶 2021-10-26四、四、 含有穩(wěn)定化合物的合金的結(jié)晶含有穩(wěn)定化合物的合金的結(jié)晶 2021-10-262.5.1 2.5.1 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖一、一、 鐵碳相圖鐵碳相圖 是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材料的應(yīng)用以及是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材料的應(yīng)用以及熱加工和熱處理工藝的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義。熱加工和熱處理工藝的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義。 鐵和碳可以形成一系列化合物，如鐵和碳可以形成一系列化合物，如FeFe3

8、3C C、FeFe2 2C C、 FeCFeC等。等。 有實(shí)用意義的是有實(shí)用意義的是FeFeFeFe3 3C C部分，稱為部分，稱為FeFeFeFe3 3C C相圖。相圖。 此時(shí)相圖的組元為此時(shí)相圖的組元為FeFe和和FeFe3 3C C。2021-10-26LL+AAL+Fe3CF + AA+Fe3CA+ Fe3C +LdP+ Fe3C + LdP+ Fe3CF+PFe3C +LdFe3C +LdL+AH2021-10-262021-10-26鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 鐵素體（鐵素體（F F或或）（ferrite） 鐵素體是碳溶于鐵素體是碳溶于-Fe-Fe中所形成的間隙固溶體，中

9、所形成的間隙固溶體，體心體心立方晶格立方晶格。碳在。碳在-Fe-Fe中的溶解度很小，中的溶解度很小，727727時(shí)時(shí)0.0218%0.0218%；室溫時(shí)為；室溫時(shí)為0.0008%,0.0008%,幾乎為零。其幾乎為零。其強(qiáng)度和硬強(qiáng)度和硬度很低，塑性、韌性好度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。粒。2021-10-26 奧氏體（奧氏體（A A或或）（Austenite） 奧氏體是碳溶于奧氏體是碳溶于-Fe-Fe中所形成的間隙固溶體，中所形成的間隙固溶體，面心面心立方晶格立方晶格。碳在。碳在-Fe-Fe中的溶碳量較高，中的溶碳量較高，11481148時(shí)時(shí)2.1

10、1%2.11%；11481148時(shí)為時(shí)為0.77%0.77%。其。其強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性也好塑性、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。直。2021-10-26 滲碳體（滲碳體（FeFe3 3C C）（Cementite） 滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，碳含量是滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，碳含量是6.696.69，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。其力學(xué)性能特點(diǎn)是具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。其力學(xué)性能特點(diǎn)是硬度高，脆性硬度高，脆性大，塑性幾乎為零大，塑性幾乎為零。滲碳體是鋼中的強(qiáng)化相，根據(jù)生成。滲碳體是鋼中的強(qiáng)化相，根據(jù)生成條件不同滲碳體

11、有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，它條件不同滲碳體有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，它們的大小、數(shù)量、分布對(duì)鐵碳合金性能有很大影響。們的大小、數(shù)量、分布對(duì)鐵碳合金性能有很大影響。 2021-10-26 珠光體（珠光體（P P）（Pearite） 珠光體是由珠光體是由鐵素體和滲碳體鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。是奧組成的機(jī)械混合物。是奧氏體冷卻時(shí)，在氏體冷卻時(shí)，在727727恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。顯微恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。顯微組織是鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素組織是鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素體和滲碳體之間，體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性強(qiáng)度較

12、高，硬度適中，有一定的塑性。2021-10-26 萊氏體（萊氏體（LdLd或或LdLd）（Ledeburite） 萊氏體是由萊氏體是由奧氏體和滲碳體奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。是在組成的機(jī)械混合物。是在11481148恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，平均碳含量恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，平均碳含量4.3%4.3%。萊氏體的力學(xué)性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差，萊氏體的力學(xué)性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差，幾乎為零。幾乎為零。 2021-10-26Fe Fe3C TACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%C( A+Fe3C )L

13、dLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C )2021-10-26恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)析出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的固相。 + 共析反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一個(gè)新的固相。L + 包晶反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的固相。L + 共晶反應(yīng)說(shuō)明反應(yīng)式圖形特征反應(yīng)名稱常見三相等溫水平線上的反應(yīng)常見三相等溫水平線上的反應(yīng)2021-10-26二、二、 典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程2021-1

14、0-262021-10-262021-10-262021-10-261 1工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%C%0.0218%） 相組成物：相組成物：F+FeF+Fe3 3C C相相對(duì)量：相相對(duì)量： F%=F%= Fe C%=Fe C%= L-L+A-A-A+F-F+FeL-L+A-A-A+F-F+Fe3 3C CIIIIII32021-10-26Fe3CFe3C以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3CFe3C量不量不斷增加，合金的室溫下組織為斷增加，合金的室溫下組織為F+ Fe3CF+ Fe3C。室溫下室溫下Fe3CFe3C的最大量為的

15、最大量為: :%3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0QIII3CFe 純鐵的室溫平衡組織2021-10-262021-10-262021-10-263 3亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%C%0.77%0.0218%C%L+A-A-A+F-P+FL-L+A-A-A+F-P+F 組織組成物：組織組成物： P+F相組成物：相組成物：F F，F(xiàn)eFe3 3C C 4545鋼金相鋼金相 2021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-26202

16、1-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-262021-10-26作業(yè)：作業(yè)： 默畫出默畫出FeFe3CFeFe3C相圖，填出各區(qū)域的組織，并分析相圖，填出各區(qū)域的組織，并分析含含0.4%C0.4%C、1.2%C1.2%C、合金的結(jié)晶過(guò)程及室溫下的（顯、合金的結(jié)晶過(guò)程及室溫下的（顯微）組織，分別計(jì)算各組織組成物和相的相對(duì)質(zhì)量。微）組織，分別計(jì)算各組織組成物和相的相對(duì)質(zhì)量。2021-10-261 1、根據(jù)鐵碳合金相圖，計(jì)算平衡狀態(tài)下、根據(jù)鐵碳合金相圖，計(jì)算平衡狀態(tài)下A A（含碳量（含碳量0.6%0.6%）、）、B B（含碳量（含碳量1.2%1.2%）兩種鋼室溫下組成