第四章二元合金相圖

第四章二元合金相圖本章重點(diǎn)：1、勻晶與共晶相圖分析。2、相圖與性能的關(guān)系。3、鐵碳合金相圖。難點(diǎn)：組織與相的關(guān)系，初生相與次生相的異同?！?-1二元相圖的建立純金屬結(jié)晶后只能得到單相固體，合金結(jié)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(jié)晶后所獲得的相的性質(zhì)、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?！?-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(jié)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(guān)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(dǎo)制定熱加工工藝。二、相律及其應(yīng)用相律是檢驗(yàn)、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(guān)系的法則。吉布斯（Gibbs）相律表達(dá)式：f=c-p+2當(dāng)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(dú)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(dāng)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(dú)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(yīng)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(dāng)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(jié)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(jié)晶的差別純金屬結(jié)晶時存在液固兩相，f=0，所以溫度不能變，是在恒溫下進(jìn)行。二元合金，在兩相平衡時，f=1，所以溫度可以變化，當(dāng)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(xué)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(yù)報(bào)反應(yīng)速度；4）自由度不得小于零。三、相圖的建立相圖用縱坐標(biāo)表示溫度變化，橫坐標(biāo)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(diǎn)（即轉(zhuǎn)折點(diǎn)和平臺）。3）將上述數(shù)據(jù)引入相應(yīng)成分的溫度-成分坐標(biāo)圖中。4）將物理意義相同的臨界點(diǎn)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(jié)晶（相變）時有結(jié)晶潛熱釋放，抵消了部分或全部熱量的散失。結(jié)晶開始結(jié)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(zhuǎn)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(diǎn)：A，B線：液相線固相線區(qū)：L

α

L+α二、合金的平衡結(jié)晶過程 以Ⅰ點(diǎn)成分的Cu-Ni合金（Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%）為例分析結(jié)晶過程。 勻晶結(jié)晶特點(diǎn)：①固溶體結(jié)晶是在一個溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，即為一個變溫結(jié)晶過程。②在兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時，兩相的成分（即Ni含量）是確定的。③先結(jié)晶出的固溶體和后結(jié)晶出的固溶體成分不同。平衡結(jié)晶條件下，可通過原子擴(kuò)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(jié)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(yīng)用勻晶相圖合金的結(jié)晶過程QLQaQL×ab=Qa×bc

杠桿定律杠桿的兩個端點(diǎn)為給定溫度時兩相的成分點(diǎn)，而支點(diǎn)為合金的成分點(diǎn)。杠桿定律與力學(xué)比喻QLQa【證明】Q合金，其中Ni含量b%；T1溫度時，L相中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%，a相中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)c%。Q0×b%=QL×a%+Qa×c%又因?yàn)镼0=QL+Qa

所以（QL+Qa）×b%=QL×a%+Qa×c%Q0合金總質(zhì)量，QL液相質(zhì)量，Qa固相質(zhì)量。由杠桿定律可算出T1時液相和固相在合金中質(zhì)量分?jǐn)?shù)：運(yùn)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(yīng)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(jié)晶時成分是變化的，如果冷卻較快，原子擴(kuò)散不能充分進(jìn)行，則形成成分不均勻的固溶體。一個晶粒中先結(jié)晶的樹枝晶晶枝含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的樹枝晶晶枝含低熔點(diǎn)組元較多，結(jié)果造成在一個晶粒內(nèi)化學(xué)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(nèi)化學(xué)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(diǎn)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(guān)。冷卻速度越大，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)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(chǎn)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?jǐn)U散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴(kuò)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(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫做共晶反應(yīng)。所生成的兩相混合物叫共晶體。水平線ced為共晶反應(yīng)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(diǎn)、線：a，b，c，d，e液相線：

aeb固相線：

acedb

共晶反應(yīng)線：ced，在共晶溫度發(fā)生共晶反應(yīng)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diǎn)）。⑤共晶體：共晶反應(yīng)產(chǎn)生共晶體（α+β）。(1)合金IV的平衡結(jié)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(jié)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(yīng)叫二次析出反應(yīng)或脫溶過程。二、典型合金的結(jié)晶過程01234勻晶不變析出富Sn的β相在冷卻過程中，當(dāng)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(jié)晶過程二次相通常沿初生相的晶界析出，也可在晶內(nèi)沿缺陷處析出。運(yùn)用杠桿定律，兩相的質(zhì)量分?jǐn)?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(jié)晶過程

共晶合金組織的形態(tài)(機(jī)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(zhuǎn)變溫度時：相組成物α，β共晶轉(zhuǎn)變溫度以下：共晶體中α和β二次結(jié)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(yīng)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(diǎn)的成分。共晶體的特點(diǎn)：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(dú)特的形貌，多樣形態(tài)（視為一種組織）。3）組織較細(xì)密。（亞共晶合金）結(jié)晶過程分三個階段，即勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次結(jié)晶反應(yīng)。

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(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)：

組織組成物質(zhì)量分?jǐn)?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(jié)構(gòu)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(diǎn)e點(diǎn)右側(cè)和d點(diǎn)以左的合金稱為過共晶合金。(4)合金III的平衡結(jié)晶過程（過共晶合金）合金III結(jié)晶過程與合金II相似，只是勻晶產(chǎn)物為初晶，二次結(jié)晶產(chǎn)物為。室溫組織為+（+）+

。組織標(biāo)注相圖三、組織組成物在相圖上的標(biāo)注組織組成物是指組成合金顯微組織的獨(dú)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(biāo)注在相圖中，可使所標(biāo)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(biāo)注§時效強(qiáng)化當(dāng)次生相以細(xì)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(yùn)動的阻礙作用，使材料的強(qiáng)度提高的現(xiàn)象稱沉淀強(qiáng)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(zhì)原子富集區(qū)，引起固溶體畸變，使位錯運(yùn)動受到阻礙，從而提高了強(qiáng)度。隨時間的延長作用強(qiáng)化效果進(jìn)一步提高，所以稱為時效強(qiáng)化。T↓→固溶體的溶解度↓→脫溶轉(zhuǎn)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(yīng)不同點(diǎn)：1）共析反應(yīng)是固態(tài)反應(yīng)，原子的擴(kuò)散困難，組織更細(xì)。2）因母相與子相的比容不同，反應(yīng)后易引起較大的內(nèi)應(yīng)力。具有共析反應(yīng)的二元合金相圖§包晶反應(yīng)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(diǎn)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(yīng)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(diǎn)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(zhì)。分析復(fù)雜相圖時，首先要弄清單相區(qū)，然后找出三相區(qū)、三相點(diǎn)，再弄清三相平衡轉(zhuǎn)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(diǎn)接觸除外）。二元合金相圖小結(jié)

§4-3相圖與性能的關(guān)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(guān)系勻晶相圖：溶質(zhì)元素→晶格畸變大→強(qiáng)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(fù)相組織區(qū)域內(nèi)（如共晶轉(zhuǎn)變范圍），合金的強(qiáng)度、硬度和物理性能隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值。

HB=HBa*a%+HBβ*β%對組織較敏感的性能—強(qiáng)度，與組成相或組織組成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度越高（共晶點(diǎn)處，共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織，強(qiáng)度可達(dá)最高值。）

二、

合金的工藝性能與相圖的關(guān)系§合金的工藝性能與相圖的關(guān)系(1)鑄造性能◆液態(tài)合金的流動性以及產(chǎn)生縮孔、縮松和偏析傾向等?！粢汗滔嗑€距離愈小，結(jié)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。◆因此鑄造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或選擇結(jié)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(cè)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(gòu)轉(zhuǎn)變

韌性、塑性好;

強(qiáng)度低、硬度低。912℃1394℃純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化(體心立方)(體心立方)(面心立方)1583℃(2)滲碳體(Fe3C)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，F(xiàn)e原子與C原子之比3：1。Fe3C熔點(diǎn)高（1227℃），不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)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?！?-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(diǎn)）。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(dá)2.11%（E點(diǎn)）。奧氏體的強(qiáng)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(diǎn)）。強(qiáng)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(jù)生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，是鋼中主要的強(qiáng)化相，對鐵碳合金的力學(xué)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(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn)

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

LC

→AE+Fe3CSPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【D點(diǎn)】D點(diǎn)溫度：1227℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：6.69%；意義：Fe3C的熔點(diǎn)。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【E點(diǎn)】E點(diǎn)溫度：1148℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn)】G點(diǎn)溫度：912℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0%；意義：γ-Fe→α-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【H點(diǎn)】H點(diǎn)溫度：1495℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn)】J點(diǎn)溫度：1495℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.17%；意義：包晶點(diǎn)，

LB+H→AJSPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【N點(diǎn)】N點(diǎn)溫度：1394℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0%；意義：-Fe→γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%【P點(diǎn)】P點(diǎn)溫度：727℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn)】S點(diǎn)溫度：727℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.77%；意義：共析點(diǎn)，

AS→FP+Fe3C SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDαFeFe3CC%Q【Q點(diǎn)】Q點(diǎn)溫度：600℃；碳質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn))§3-2-3特性線SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【線1】①包晶點(diǎn)J與包晶轉(zhuǎn)變線HJB1495℃，C%=0.17％LB+δH→AJ

即L0.53+δ0.09→A0.17包晶反應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)0.09%～0.53%的鐵碳合金在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生包晶反應(yīng)。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【線2】②共晶點(diǎn)C與共晶轉(zhuǎn)變線ECF1148℃，C%=4.3%，

LC→AE+Fe3CF（共晶滲碳體）L4.3

→A2.11+Fe3C6.69共晶反應(yīng)產(chǎn)物是奧氏體(A)與滲碳體(Fe3C)的機(jī)械混合物，稱為萊氏體組織(Ld)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11%～6.69%間的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。SPNJHGECBAγ+Fe3Cα+γL+γγ+L+γLL+Fe3Cα+Fe3CKFDFeFe3CC%Qα【線3】③共析點(diǎn)S與共析轉(zhuǎn)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(yīng)產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的機(jī)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(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3C和F之間。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0218%～6.69%的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。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(zhì)量分?jǐn)?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(jié)晶分析§3-3-1鐵碳合金的分類根據(jù)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(qiáng)度低、硬度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料。鋼的共同特點(diǎn)：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?yàn)樵诟邷貢r都有脆性的共晶萊氏體，所以不能進(jìn)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(jié)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(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)螡B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(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)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(yīng)，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(yīng)：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(yīng)：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(jié)：鐵碳合金相圖

點(diǎn)：符號、成分、溫度萊氏體Le(A+Fe3C)

Le’(P+Fe3C)珠光體P(F+Fe3C)復(fù)相組織組成物：組織組成物標(biāo)注相區(qū)標(biāo)注線：液固相線、水平線、固溶線、固溶體轉(zhuǎn)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(yīng)用§4-4-2鐵碳相圖的應(yīng)用(1)在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用

●建筑結(jié)構(gòu)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。●各種機(jī)械零件需用強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料。應(yīng)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。●純鐵磁導(dǎo)率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵心等。●白口鑄鐵硬度高、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(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等。(2)在鑄造工藝方面的應(yīng)用根據(jù)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(yīng)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(nèi)進(jìn)行。(4)在熱處理工藝方面的應(yīng)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(jù)Fe-Fe3C相圖確定的。在運(yùn)用Fe-Fe3C相圖時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：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(zhuǎn)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(guān)系