二元相圖的分析和使用

節(jié)二元相圖的分析和使用

一、二元相圖中的幾何規(guī)律①相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點接觸除外）－相區(qū)接觸法則；②三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點；③若兩個三相區(qū)中有2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)；④單相區(qū)邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區(qū)。2021/5/91第五節(jié)二元相圖的分析和使用

二、相圖分析步驟①以穩(wěn)定的化合物分割相圖；②確定各點、線、區(qū)的意義；③分析具體合金的結晶過程及其組織變化。注：虛線、點劃線的意義－尚未準確確定的數(shù)據(jù)、磁學轉變線、有序－無序轉變線。2021/5/92第五節(jié)二元相圖的分析和使用

三、相圖與合金性能的關系①根據(jù)相圖判斷材料的力學和物理性能

2021/5/93第五節(jié)二元相圖的分析和使用

三、相圖與合金性能的關系②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XX越大，成分偏析越嚴重（因為液固相成分差別大）；

X越大，流動性越差（因為枝晶發(fā)達）；

X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區(qū)大）。

2021/5/94第五節(jié)二元相圖的分析和使用

三、相圖與合金性能的關系塑性加工性能：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。8h2021/5/95第六節(jié)鐵碳合金相圖

SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/96第六節(jié)鐵碳合金相圖

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,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定義）2021/5/97第六節(jié)

鐵碳合金相圖

2相圖分析點：14個。線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其余三條線：

GS,ES,PQ。區(qū)：5個單相區(qū)，7個兩相區(qū)，3個三相區(qū)。相圖標注：相組成物標注的相圖;組織組成物標注的相圖。2021/5/98第六節(jié)

鐵碳合金相圖

2相圖分析

點：14個。

2021/5/99第六節(jié)

鐵碳合金相圖

2相圖分析

線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其余三條線：

GS,ES,PQ。

區(qū)：5個單相區(qū)，7個兩相區(qū)，3個三相區(qū)。相圖標注：相組成物標注的相圖。組織組成物標注的相圖。2021/5/910第六節(jié)

鐵碳合金相圖

3合金分類工業(yè)純鈦（C%<0.0218%）碳鋼（0.0218<C%<2.11%）鑄鐵（C%>2.11%）2021/5/911第六節(jié)

鐵碳合金相圖

第四章相圖第五節(jié)相圖分析

4平衡結晶過程及其組織（1）典型合金（7種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。

2h-10h,由學生分析七種合金的結晶過程，下次課重點分析。布置課下列表計算相組成物和組織組成物的相對含量。2021/5/912第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織

（1）典型合金（7種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。

工業(yè)純鐵結晶過程（+Fe3CⅢ，三次滲碳體最大量計算）2021/5/913第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織

（1）典型合金（7種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。

共析鋼結晶過程P（+Fe3C）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/914第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織亞共析鋼結晶過程（+P）(Fe3C?)SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/915第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織亞共析鋼結晶過程（+P）2021/5/916第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織過共析鋼結晶過程（P+Fe3CⅡ，二次滲碳體最大量計算）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/917第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織共晶白口鐵結晶過程Ld`（P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）（Ld-Ld`轉變）Ld（+Fe3C共晶）

2021/5/918第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織亞共晶白口鐵結晶過程（P+Fe3CⅡ+Ld`

）2021/5/919第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結晶過程及其組織過共晶白口鐵結晶過程（Fe3CⅠ+Ld`

）2021/5/920第六節(jié)

鐵碳合金相圖

第四章相圖第五節(jié)相圖分析

4平衡結晶過程及其組織（2）重要問題

Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ的意義及其最大含量計算。

Ld-Ld`轉變。二次杠桿的應用。2h-12h,由學生寫出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、亞共晶鐵的凝固過程、滲碳體的最大含量計算、默寫與修改相圖。2021/5/921第六節(jié)

鐵碳合金相圖

5含碳量對平衡組織和性能的影響（1）對平衡組織的影響（隨C%提高）組織：α＋Fe3CⅢLd`＋Fe3CⅠ；相：α減少，F(xiàn)e3C增多；

Fe3C形態(tài)：Fe3CⅢ（薄網狀、點狀）共析Fe3C（層片狀）

Fe3CⅡ（網狀）共晶Fe3C（基體）Fe3CⅠ（粗大片狀）。2021/5/922第六節(jié)

鐵碳合金相圖

5含碳量對平衡組織和性能的影響

（2）對力學性能的影響隨C%提高,

強度、硬度升高，塑韌性下降。2021/5/923第六節(jié)

鐵碳合金相圖

5含碳量對平衡組織和性能的影響

（3）對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。

2021/5/924第七節(jié)相圖的熱力學基礎

1固溶體的自由能——成分曲線

G=xAA+

xBB+xAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）=f（xA，xB）

G0

ΔHm-TΔSm(式5-20)

其中：=NZ[VAB-（VAA+VBB）/2]

（為A，B原子間相互作用參數(shù)，與原子間結合能有關;V–原子間的結合能。)2021/5/925第七節(jié)

相圖的熱力學基礎

2化學位與相平衡條件（1）化學位：偏摩爾吉布斯自由能。用表示。化學位的確定：在自由能—成分曲線上，過成分點的切線與兩縱軸的交點。（2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學位分別相等。

A=A=……

在自由能—成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線。2021/5/926第七節(jié)

相圖的熱力學基礎

3二元系自由能曲線與相圖的關系

2021/5/927第八節(jié)

鑄錠組織及其控制

1鑄錠組織（1）鑄錠三區(qū)

表層細晶區(qū)(強過冷,非均勻形核)

柱狀晶區(qū)(純金屬:過冷度減小,形核困難,沿散熱方向生長;

合金:成分過冷,一次軸發(fā)達,沿散熱方向生長.)

中心等軸晶區(qū)(均勻散熱、液相區(qū)成分過冷、熔體對流導致細晶漂移或枝晶破碎。）

2021/5/928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、化學成分、變質處理、機械振動與攪拌等因素影響。

SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/929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:整個鑄錠范圍內的成分不均勻現(xiàn)象.

正偏析:k0<1的合金鑄錠中心溶質含量較高的現(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致鑄錠上下部分成分不均勻的現(xiàn)象.

2021/5/930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：外來夾雜和內生夾雜。氣孔：析出型和反應型。（4）縮孔和疏松形成：凝固時體積縮?。a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，造成補縮困難形成。）

2021/5/931本章小結與習題討論課1分析下列說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