第四章二元合金相圖

第四章二元合金相圖本章重點：1、勻晶與共晶相圖分析。2、相圖與性能的關系。3、鐵碳合金相圖。難點：組織與相的關系，初生相與次生相的異同?！?-1二元相圖的建立純金屬結晶后只能得到單相固體，合金結晶后既可得到固溶體組織，也可獲得單向的化合物組織，最常見的是得到由固溶體和化合物組成的多相組織。組元不同，獲得固溶體和化合物的類型不同。即使組元確定后，結晶后所獲得的相的性質、數(shù)目及其相對含量也會隨著溫度和合金成分改變而變化。為了研究不同合金中相的存在狀態(tài)和合金成分與溫度直接的變化規(guī)律，就要利用相圖這一工具。§4-1二元相圖的建立合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系。相圖：相圖是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖（不同成分、溫度下合金中相的平衡關系。)一、研究相圖的意義1、研究合金在緩慢冷卻條件下的相變化。2、判斷合金在快速冷卻條件下相的變化。3、指導制定熱加工工藝。二、相律及其應用相律是檢驗、分析和使用相圖的工具.是描述系統(tǒng)的組元數(shù)C、相數(shù)P與自由度數(shù)f之間關系的法則。吉布斯（Gibbs）相律表達式：f=c-p+2當壓力為常數(shù)時：f=c-p+1自由度是在平衡相數(shù)不變的前提下，給定系統(tǒng)中可以獨立變化的、決定體系狀態(tài)因素的數(shù)目。f0決定合金狀態(tài)的因素有成分、溫度和壓力，當壓力不變時，合金狀態(tài)有溫度和成分兩個因素確定，對于純金屬，成分固定不變，只有溫度可以獨立改變，所以純金屬的自由度最多是一個。同理，二元合金的自由度最多是兩個；三元合金的自由度最多是三個……。相律的應用1）確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)因：f=c-p+1則：p=c-f+1當f=0時，平衡相數(shù)p最多。對單元系c=1，則p=2，所以純金屬結晶時，溫度不變，共存的平衡相為液、固兩相。二元系c=2，則p=3，說明二元系共存的平衡相最多為三相。2）解釋純金屬和二元合金結晶的差別純金屬結晶時存在液固兩相，f=0，所以溫度不能變，是在恒溫下進行。二元合金，在兩相平衡時，f=1，所以溫度可以變化，當出現(xiàn)三相平衡時，f=0，此時溫度與成分都不能變。注意：1）相律只適合于熱力學平衡狀態(tài)；2）相律只能表示系統(tǒng)中組元和相的數(shù)目，不能指明其含量和類型；3）相律不能預報反應速度；4）自由度不得小于零。三、相圖的建立相圖用縱坐標表示溫度變化，橫坐標表示成分變化。一般采用熱分析法。原理是凝固時釋放凝固潛熱。下面以Cu-Ni合金為例，說明用熱分析法建立相圖的步驟：1）首先，配制不同成分的Cu-Ni合金。2）將合金熔化后，測定它們的冷卻曲線，并找出曲線上臨界點（即轉折點和平臺）。3）將上述數(shù)據引入相應成分的溫度-成分坐標圖中。4）將物理意義相同的臨界點連成曲線，即得Cu-Ni合金相圖。四、相圖的測定熱分析法測定簡單相圖的步驟（以Cu-Ni合金為例）：Ⅰ：純銅Ⅱ：75%Cu+25%NiⅢ：50%Cu+50%NiⅣ：25%Cu+75%NiⅤ：純Ni金屬和合金在冷卻到該溫度時發(fā)生了冷卻速度的突然改變?！驹颉拷饘俸秃辖鹪诮Y晶（相變）時有結晶潛熱釋放，抵消了部分或全部熱量的散失。結晶開始結晶終了一、勻晶相圖分析

兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均能以任何比例相互溶解，冷卻時發(fā)生勻晶轉變的合金系的相圖是勻晶相圖?！?-1勻晶相圖Cu-Ni合金勻晶相圖點：A，B線：液相線固相線區(qū)：L

α

L+α二、合金的平衡結晶過程 以Ⅰ點成分的Cu-Ni合金（Ni的質量分數(shù)為40%）為例分析結晶過程。 勻晶結晶特點：①固溶體結晶是在一個溫度區(qū)間內進行，即為一個變溫結晶過程。②在兩相區(qū)內，溫度一定時，兩相的成分（即Ni含量）是確定的。③先結晶出的固溶體和后結晶出的固溶體成分不同。平衡結晶條件下，可通過原子擴散使成分均勻化，最終獲得與原合金成分相同的單相α固溶體。④與純金屬一樣，α固溶體從液相中結晶出來的過程中，包括有生核與長大兩個過程，但固溶體更趨向于樹枝狀長大。三、杠桿定律及應用勻晶相圖合金的結晶過程QLQaQL×ab=Qa×bc

杠桿定律杠桿的兩個端點為給定溫度時兩相的成分點，而支點為合金的成分點。杠桿定律與力學比喻QLQa【證明】Q合金，其中Ni含量b%；T1溫度時，L相中Ni質量分數(shù)a%，a相中Ni質量分數(shù)c%。Q0×b%=QL×a%+Qa×c%又因為Q0=QL+Qa

所以（QL+Qa）×b%=QL×a%+Qa×c%Q0合金總質量，QL液相質量，Qa固相質量。由杠桿定律可算出T1時液相和固相在合金中質量分數(shù)：運用杠桿定律時注意，它只適用于相圖中的兩相區(qū)，并且只能在平衡狀態(tài)下使用。杠桿定律的應用：①確定某一溫度下兩平衡相的成分；②確定某一溫度下兩平衡相的相對量。四、固溶體合金中的枝晶偏析固溶體結晶時成分是變化的，如果冷卻較快，原子擴散不能充分進行，則形成成分不均勻的固溶體。一個晶粒中先結晶的樹枝晶晶枝含高熔點組元較多，后結晶的樹枝晶晶枝含低熔點組元較多，結果造成在一個晶粒內化學成分的分布不均，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析。性能就不均勻成分不均勻組織不均勻枝晶偏析一個晶粒內化學成分不均勻的現(xiàn)象叫枝晶偏析。固溶體晶粒成分不均勻性示意圖，顏色深淺代表高熔點組元的濃度大小。Cu-Ni合金枝晶偏析示意圖枝晶偏析與冷卻速度和液固相線的間距有關。冷卻速度越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴重。枝晶偏析使合金的塑性、韌性顯著下降，給壓力加工帶來不利影響。生產上常將鑄件加熱到固相線以下100-200℃長時間保溫，以使原子充分擴散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴散退火。Cu-Ni合金的平衡組織與枝晶偏析組織平衡組織枝晶偏析組織§4-2二元共晶相圖一、相圖分析Pb－Sn合金相圖這種由一種液相在恒溫下同時結晶出兩種固相的反應叫做共晶反應。所生成的兩相混合物叫共晶體。水平線ced為共晶反應線。①組元:Pb，Sn②相:

L，α，β（α是Sn在Pb中的有限固溶體；β是Pb在Sn中的有限固溶體）③點、線：a，b，c，d，e液相線：

aeb固相線：

acedb

共晶反應線：ced，在共晶溫度發(fā)生共晶反應，轉變過程中是三相（L，，）共存。溶解度線：cf

，Sn在Pb中的溶解度線，或稱α相的固溶線；

α固溶體中Sn的溶解度極限曲線；

dg

，

Pb在Sn中溶解度線，或稱β相的固溶線；

β固溶體中Pb的溶解度極限曲線。共晶相圖：兩組元液態(tài)時彼此無限互溶，固態(tài)下彼此部分固溶，并發(fā)生共晶轉變的合金系形成的相圖。

④相區(qū)：三個單相區(qū)：L、α、β（α、β是有限固溶體）三個雙相區(qū)：L+α、L+β、α+β三相區(qū)：L+α+β（共晶點）。⑤共晶體：共晶反應產生共晶體（α+β）。(1)合金IV的平衡結晶過程溫度降低，固溶體溶解度下降。從固態(tài)α相中析出富Sn的β相稱為二次β，常寫作βⅡ。這種二次結晶可表示為α→βⅡ

。由于固溶體中溶解度的減少而析出另一固相的反應叫二次析出反應或脫溶過程。二、典型合金的結晶過程01234勻晶不變析出富Sn的β相在冷卻過程中，當超過其固溶度時，會析出低Sn的αⅡ相，β→αⅡ。室溫組織：α+βII合金IV冷卻曲線及結晶過程二次相通常沿初生相的晶界析出，也可在晶內沿缺陷處析出。運用杠桿定律，兩相的質量分數(shù)：合金IV室溫組織由α和βⅡ兩相組成。（共晶合金）

Le

→αc

+βd合金室溫組織全部為共晶體，即只含一種組織組成物（即共晶體）；而其組成相仍為α和β兩相。(2)合金I的平衡結晶過程

共晶合金組織的形態(tài)(機械混合物，兩相交替分布，黑色片層為富Pb的α相，白色基體為富Sn的β相）室溫時：合金的室溫組織為共晶體,即只含一種組織組成物;其組成相仍為α和β相。共晶轉變溫度時：相組成物α，β共晶轉變溫度以下：共晶體中α和β二次結晶,從α中析出βII,從β中析出αII。α成分由c→f,β成分由d→g。兩種相的相對重量依杠桿定律變化。βII和αII

同β和α相連在一起,共晶體形態(tài)和成分不發(fā)生變化。共晶體長大示意圖共晶組織形態(tài)

層片狀(Al-CuAl2定向凝固)Pb-Sn共晶組織條棒狀(Sb-MnSb橫截面)螺旋狀（Zn-Mg）針狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶共晶反應的條件：1）溫度是確定的，即水平線的溫度。2）成分是確定的，即共晶點的成分。共晶體的特點：1）組成共晶體的兩個固相的相對量是一定的。2）在顯微鏡下具有獨特的形貌，多樣形態(tài)（視為一種組織）。3）組織較細密。（亞共晶合金）結晶過程分三個階段，即勻晶反應+共晶反應+二次結晶反應。

L→α初+L→

α初+（αc+βd)→

α初+βII+（α+β）【共晶組織中二次相的析出忽略】合金室溫組織：初生α+βⅡ+(α+β)，合金組成相：α和β。(3)合金II的平衡結晶過程Pb－Sn亞共晶組織黑色斑狀組織（三維形態(tài)為粗大樹枝晶）為初生相α共晶組織(α+β)二次相βⅡ室溫下，組成相(α，β)質量分數(shù)：

組織組成物質量分數(shù)：

①在共晶溫度時②室溫下初生α+βⅡ+(α+β)，次生相與初生相成分和結構完全相同，是同一種相；但形貌特征、分布完全不同，屬于兩種組織。位于共晶點e點右側和d點以左的合金稱為過共晶合金。(4)合金III的平衡結晶過程（過共晶合金）合金III結晶過程與合金II相似，只是勻晶產物為初晶，二次結晶產物為。室溫組織為+（+）+

。組織標注相圖三、組織組成物在相圖上的標注組織組成物是指組成合金顯微組織的獨立部分。Ⅰ和Ⅰ,

Ⅱ和Ⅱ,共晶體(+)都是組織組成物。相與相之間的差別主要在結構和成分上。組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。如Ⅰ

、Ⅱ和共晶

的結構成分相同，屬同一個相，但它們的形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。將組織組成物標注在相圖中，可使所標注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致。Pb-Sn亞共晶組織組織組成物在相圖上的標注§時效強化當次生相以細小粒狀形式分布在較軟的固溶體基體上時，由于次生相對位錯運動的阻礙作用，使材料的強度提高的現(xiàn)象稱沉淀強化。由于固溶處理時抑制了過飽和固溶體的析出過程，形成溶質原子富集區(qū)，引起固溶體畸變，使位錯運動受到阻礙，從而提高了強度。隨時間的延長作用強化效果進一步提高，所以稱為時效強化。T↓→固溶體的溶解度↓→脫溶轉變→析出沉淀相T↓→固溶體的溶解度↓→次生相來不及析出→過飽和固溶體冷卻速率足夠緩慢快冷固溶處理§其他二元相圖§二元共析相圖在二元合金中，若合金冷卻到固態(tài)時，還能發(fā)生由一個固相同時分解形成兩個新的固相，這種相圖叫共析相圖。此兩相混合物稱為共析體。與共晶反應不同點：1）共析反應是固態(tài)反應，原子的擴散困難，組織更細。2）因母相與子相的比容不同，反應后易引起較大的內應力。具有共析反應的二元合金相圖§包晶反應的合金相圖Pt－Ag合金相圖包晶L+勻晶L

共晶L+

共析+

包晶L+二元合金兩相平衡時，兩相成分均隨溫度而變化。其具體數(shù)值可由恒溫水平線與兩相區(qū)相界線的交點來確定。溫度變化時，兩平衡相成分也分別沿兩條相界線相應變化。二元相圖的三相平衡區(qū)是一條水平線。它與三個單相區(qū)均以點接觸。從三個單相區(qū)的相互位置，可以判斷三相平衡的性質。分析復雜相圖時，首先要弄清單相區(qū)，然后找出三相區(qū)、三相點，再弄清三相平衡轉變類型。牢記：兩個單相區(qū)之間必有一個由這兩相組成的兩相區(qū)隔開，而不能以一條直線接界；兩個兩相區(qū)之間必須以一個單相區(qū)或三相區(qū)隔開。相區(qū)接觸法則：相圖中相鄰相區(qū)相數(shù)之差均為1（點接觸除外）。二元合金相圖小結

§4-3相圖與性能的關系合金的性能取決于它的成分和組織，而相圖則表明不同成分合金在室溫下的平衡組織，可見，合金的性能與相圖之間存在著一定的聯(lián)系。一、合金的使用性能與相圖的關系勻晶相圖：溶質元素→晶格畸變大→強度、硬度↑，電阻率↑（50%↑最大）共晶相圖：在單相區(qū)與勻晶相圖相同。復相組織區(qū)域內（如共晶轉變范圍），合金的強度、硬度和物理性能隨成分的變化呈直線關系，大致是兩相性能的算術平均值。

HB=HBa*a%+HBβ*β%對組織較敏感的性能—強度，與組成相或組織組成物的形態(tài)有很大關系。組成相或組織組成物越細密，強度越高（共晶點處，共晶組織呈細小、均勻細密的復相組織，強度可達最高值。）

二、

合金的工藝性能與相圖的關系§合金的工藝性能與相圖的關系(1)鑄造性能◆液態(tài)合金的流動性以及產生縮孔、縮松和偏析傾向等。◆液固相線距離愈小，結晶溫度范圍愈小→合金的流動性好→有利于澆注。◆液固相線距離大→枝晶偏析傾向愈大，合金流動性愈差，形成分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化?！粢虼髓T造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或選擇結晶溫度間隙最小的成分。這種成分合金流動性好，易形成集中縮孔，鑄件致密，鑄造性能最好。(2)鍛造、軋制性能單相固溶體合金變形抗力小，變形均勻，不易開裂，塑性、韌性好，所以共晶線兩側的合金適合于鍛壓。單相固溶體的硬度較低，切削加工性較差?！?-4鐵碳合金的組元分析(1)純Fe組元

δ-Fe(bcc)γ-Fe(fcc)α-Fe(bcc)

同素異構轉變

韌性、塑性好;

強度低、硬度低。912℃1394℃純鐵的冷卻曲線及晶體結構變化(體心立方)(體心立方)(面心立方)1583℃(2)滲碳體(Fe3C)具有復雜結構的間隙化合物，F(xiàn)e原子與C原子之比3：1。Fe3C熔點高（1227℃），不發(fā)生同素異晶轉變。Fe3C硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。室溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金中的碳大多以Fe3C形式存在。§3-2Fe-Fe3C相圖分析§3-2-1五個基本相SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%Fe-Fe3C五個基本相之一(1)液相L液相L是鐵與碳的液溶體。(2)δ相碳在δ-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶格，在1394℃以上存在。稱為δ固溶體，又稱高溫鐵素體。碳在δ-Fe中的最大溶解度為1495℃時的0.09%（H點）。Fe-Fe3C五個基本相之二Fe-Fe3C五個基本相之三(3)γ相

碳在γ-Fe中的間隙固溶體，呈面心立方晶格。常稱奧氏體，用符號A表示.奧氏體中碳的固溶度較大，在1148℃時碳溶量最大達2.11%（E點）。奧氏體的強度較低，硬度不高，易于塑性變形。(4)α相碳在α-Fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶格。也稱鐵素體，用符號F或α表示。碳在α-Fe中的最大溶解度為727℃時的0.0218%（P點）。強度、硬度低；塑性好。Fe-Fe3C五個基本相之四(5)Fe3C相是一個化合物相，滲碳體根據生成條件不同有條狀、網狀、片狀、粒狀等形態(tài)，是鋼中主要的強化相，對鐵碳合金的力學性能有很大影響。由于Fe3C是穩(wěn)定化合物，F(xiàn)e3C相區(qū)在碳的質量分數(shù)為6.69%的成分垂線上（DFK）。Fe-Fe3C五個基本相之五SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%§3-2-2特性點

【A點】A點溫度：1538℃；碳質量分數(shù)：0%；意義：純鐵的熔點。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【B點】B點溫度：1495℃；碳質量分數(shù)：0.53%；意義：包晶轉變時（LB+H→AJ）液相合金的成分。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【C點】C點溫度：1148℃；碳質量分數(shù)：4.30%；意義：共晶點，

LC

→AE+Fe3CSPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【D點】D點溫度：1227℃；碳質量分數(shù)：6.69%；意義：Fe3C的熔點。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【E點】E點溫度：1148℃；碳質量分數(shù)：2.11%；意義：碳在γ-Fe中的最大溶解度。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【G點】G點溫度：912℃；碳質量分數(shù)：0%；意義：γ-Fe→α-Fe同素異構轉變。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【H點】H點溫度：1495℃；碳質量分數(shù)：0.09%；意義：碳在

-Fe中的最大溶解度。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【J點】J點溫度：1495℃；碳質量分數(shù)：0.17%；意義：包晶點，

LB+H→AJSPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【N點】N點溫度：1394℃；碳質量分數(shù)：0%；意義：-Fe→γ-Fe同素異構轉變點。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【P點】P點溫度：727℃；碳質量分數(shù)：0.0218%；意義：碳在α-Fe中的最大溶解度。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【S點】S點溫度：727℃；碳質量分數(shù)：0.77%；意義：共析點，

AS→FP+Fe3C SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%Q【Q點】Q點溫度：600℃；碳質量分數(shù)：0.0057%；意義：600℃時碳在α-Fe中的溶解度。（室溫，0.0008%，室溫時碳在

α-Fe中的溶解度）(1)三條水平線(三個重要點)§3-2-3特性線SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【線1】①包晶點J與包晶轉變線HJB1495℃，C%=0.17％LB+δH→AJ

即L0.53+δ0.09→A0.17包晶反應生成碳在γ-Fe中的間隙固溶體，即奧氏體組織，用A表示。碳的質量分數(shù)0.09%～0.53%的鐵碳合金在平衡結晶過程中均發(fā)生包晶反應。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【線2】②共晶點C與共晶轉變線ECF1148℃，C%=4.3%，

LC→AE+Fe3CF（共晶滲碳體）L4.3

→A2.11+Fe3C6.69共晶反應產物是奧氏體(A)與滲碳體(Fe3C)的機械混合物，稱為萊氏體組織(Ld)。碳的質量分數(shù)在2.11%～6.69%間的鐵碳合金，在平衡結晶過程中均發(fā)生共晶反應。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【線3】③共析點S與共析轉變線PSK——A1線727℃，C%=0.77%AS→FP+Fe3C（共析滲碳體）A0.77→F0.0218+Fe3C共析反應產物是鐵素體與滲碳體的機械混合物，稱珠光體，以P表示。在顯微鏡下珠光體形態(tài)呈片狀。在放大倍數(shù)很高時，可清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）與鐵素體（寬條）。珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3C和F之間。碳的質量分數(shù)0.0218%～6.69%的鐵碳合金，在平衡結晶過程中均發(fā)生共析反應。PSK線亦稱A1線。(2)液固相線固相線AHJECFSPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα液相線ABCD(3)溶解度線SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【ES線】

ES線：碳在奧氏體A中的固溶線——Acm1148℃，2.11%（E）；727℃，0.77%（S）碳的質量分數(shù)大于0.77%的鐵碳合金自1148℃冷至727℃的過程中，將從A中析出Fe3C，稱為二次滲碳體（Fe3CⅡ）。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【PQ線】

PQ線：碳在鐵素體F中的固溶線727℃，0.0218%室溫，0.0008%。鐵碳合金自727℃冷至室溫的過程中，將從F中析出Fe3C，稱為三次滲碳體（Fe3CⅢ）。Fe3CⅢ數(shù)量極少，往往予以忽略。

(4)GS線——A3線

合金冷卻時自奧氏體A中開始析出鐵素體F的開始線；或者，加熱時F溶入A的終了線。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα§3-3鐵碳合金平衡結晶分析§3-3-1鐵碳合金的分類根據Fe-Fe3C相圖，鐵碳合金可分為三類：

(1)工業(yè)純鐵[wc≤0.0218%]

(2)鋼[0.0218%<wc

≤2.11%(3)白口鑄鐵[2.11%<wc<6.69%]

工業(yè)純鐵室溫平衡組織為鐵素體（F），呈白色狀。強度低、硬度低，不宜用作結構材料。鋼的共同特點：高溫下都有塑性良好的奧氏體（A）組織，適合于壓力加工。白口鑄鐵因為在高溫時都有脆性的共晶萊氏體，所以不能進行鍛壓；但共晶成分合金的流動性好，適合于鑄造?！?-4-1典型合金的結晶(1)工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵wc≤0.0218%①SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3CKFDFeFe3CQα①

wc=0.01%1234567勻晶轉變同素異構轉變同素異構轉變三次滲碳體Fe3CIIFe3CIII

相組成物：

Fe3C；F

相相對量：

組織組成物：F（等軸晶）和Fe3CIII（小片狀）工業(yè)純鐵組織金相圖(2)共析鋼②

wc=0.77%123勻晶轉變共析轉變相組成物：F和Fe3C

組織組成物：

P(層片狀)100%共析鋼金相組織圖(3)亞共析鋼(0.0218%<C%<0.77%)③wc=0.45%【簡化處理】不考慮包晶反應，即忽略P40，圖3-3中合金(3)中的1－2部分。1以上1－22－33－44－4’γ相中析出α相共析反應：鐵素體＋Fe3C先共析鐵素體先共析F＋P亞共析鋼組織金相圖先共析鐵素體珠光體相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：組織組成物：F、P(4)過共析鋼(0.77%<C%<2.11%)④wc=1.2%沿A晶界析出Fe3CII共析反應：鐵素體＋Fe3C

(P)Fe3CIIP過共析鋼組織金相圖相組成物：F，F(xiàn)e3C

組織組成物：P，F(xiàn)e3CII組織相對量：

(5)共晶白口鑄鐵(C%=4.3%)⑤12L→Ld(A+Fe3C共晶)→A+Fe3C共晶+Fe3CII

→變態(tài)萊氏體Ld’

(P+Fe3C共晶+Fe3CII)共晶白口鐵組織金相圖相組成物：F，F(xiàn)e3C

組織組成物：Ld'(6)亞共晶白口鑄鐵(2.11%<C%<4.3%)

⑥wc=3.0%123亞共晶白口鐵組織金相圖PLd’沿邊界分布的Fe3CII室溫相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：

室溫組織組成物：P，Ld’，F(xiàn)e3CII初晶γ：Ld：第1步：第2步：從初晶γ相中析出的Fe3CII和P:第3步：室溫下，Ld’%=Ld%Fe3CII和P不變(7)過共晶白口鑄鐵(4.3%<C%<6.69%)

⑦

wc=5.0%123過共晶白口鐵組織金相圖Fe3CILd’相組成物：

組織組成物：Ld’，F(xiàn)e3C

總結：鐵碳合金相圖

點：符號、成分、溫度萊氏體Le(A+Fe3C)

Le’(P+Fe3C)珠光體P(F+Fe3C)復相組織組成物：組織組成物標注相區(qū)標注線：液固相線、水平線、固溶線、固溶體轉變線A1538℃D1227℃N1394℃G912℃PSK727℃ECF1148℃HJB1495℃FeFe3CSQPNJHGECBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLdLd+Fe3CⅠLd’+Fe3CⅠLd’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢ溫度KFDC%FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLdLd+Fe3CⅠLd’+Fe3CⅠLd’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%溫度合金相的相對重量百分比組織組成物的相對重量百分比45鋼T10鋼含碳3.0%亞共晶白口鐵杠桿定律的應用§4-4-2鐵碳相圖的應用(1)在鋼鐵材料選用方面的應用

●建筑結構和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料，因此選用碳含量較低的鋼材?！窀鞣N機械零件需用強度、塑性及韌性都較好的材料。應選用碳含量適中的中碳鋼。各種工具需用硬度高和耐磨性好的材料，則選碳含量高的鋼種?！窦冭F磁導率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵心等?！癜卓阼T鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機的磨球等。(2)在鑄造工藝方面的應用根據Fe-Fe3C相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上50～100℃。(3)在熱緞、熱軋工藝方面的應用鍛造或軋制要求好的塑性、變形抗力，選在單相奧氏體區(qū)內進行。(4)在熱處理工藝方面的應用Fe-Fe3C相圖對制定熱處理工藝具有重要意義。一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據Fe-Fe3C相圖確定的。在運用Fe-Fe3C相圖時應注意以下兩點：①Fe-Fe3C相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)，如含有其它元素，相圖將發(fā)生變化。②Fe-Fe3C相圖反映的是平衡條件下鐵碳合金中相的狀態(tài)，若冷卻或加熱速度較快時，其組織轉變就不能只用相圖來分析?！霧e—Fe3C相圖的分析SQPNJHGECBAA+Fe3CA+FL+AA+L+ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢKFDFFeFe3CC%含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織L→L+A→A→A+F→A+P+F→P+F相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：F%=Fe3C%=組織組成物：F、PP%=F%=45鋼金相FP3、鐵碳合金的成分-組織-性能關系