第二章-合金相圖及鐵碳合金課件

第二章合金相圖及鐵碳合金

純金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性，美麗的金屬光澤，但強度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能較差，且成本高，數(shù)量有限，因此工程材料除極少數(shù)特殊要求的采用純金屬外，絕大多數(shù)采用合金。第二章合金相圖及鐵碳合金純金1合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬元素熔合、燒結(jié)或其他方法結(jié)合在一起組成具有金屬特性的物質(zhì)。

合金相圖是研究合金系的溫度、成份、相變規(guī)律關(guān)系的有用工具。對于材料工作者，相圖十分重要，必須很好掌握。合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬合金2第一節(jié)固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)一、基本概念1、相

在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。在一個體系中，性質(zhì)相同的均勻部分。

相與相之間有明顯的界面，但有界面分開

的不一定是兩相。第一節(jié)固態(tài)合金中的相結(jié)構(gòu)一、基本概念1、相3

2、固溶體

固態(tài)時溶質(zhì)原子（離子或分子）溶入溶劑的晶格中所形成的相，稱為固溶體。

固溶體的晶體結(jié)構(gòu)即是溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。

2、固溶體4溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中的方式有兩種：a、溶質(zhì)原子替換溶劑原子的位置形成的固溶體→置換固溶體b、溶質(zhì)原子填入溶劑晶格間隙中形成的固溶體→間隙固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中的方式有兩種：a、溶質(zhì)原子替換溶劑原子53、化合物

合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相，稱為化合物。一般化合物—離子鍵金屬間化合物—金屬鍵3、化合物6二、固溶體的特性1、溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度

溶質(zhì)元素的質(zhì)量固溶體的濃度：C=

×100%

固溶體質(zhì)量

質(zhì)量百分比

溶質(zhì)元素的原子數(shù)或C=×100%

固溶體的總原子數(shù)原子百分比

二、固溶體的特性1、溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度7固溶體的溶解度：

在一定條件下，溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度稱為溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度。根據(jù)溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度,可把固溶體分為：有限固溶體、無限固溶體很顯然：

只有在溶質(zhì)與溶劑元素間形成置換固溶體時，才有可能形成無限固溶體；而對于間隙固溶體，則只能形成有限固溶體。固溶體的溶解度：根據(jù)溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度,可把固溶體分8在合金系統(tǒng)中，通常按順序（固溶體的濃度或固溶體穩(wěn)定存在的溫度范圍）由低到高，用α、β、γ、δ、ε、θ等表示不同類型的固溶體。在合金系統(tǒng)中，通常按順序（固92、影響固溶體結(jié)構(gòu)形式和溶解度的因素①原子大小

d溶劑-d溶質(zhì)

溶劑與溶質(zhì)的原子直徑差別：×100%

d溶劑2、影響固溶體結(jié)構(gòu)形式和溶解度的因素①原子大小10當(dāng)二者差別較小時，即溶劑與溶質(zhì)的原子直徑相近，易形成置換固溶體，且二者的尺寸差別越小，所形成的固溶體的溶解度越大，當(dāng)尺寸差別小于某一數(shù)值時，將形成無限固溶體。當(dāng)二者差別較小時，即溶劑與溶質(zhì)的11而當(dāng)原子尺寸差別大于15%時，不大可能形成置換固溶體。因為原子尺寸差別較大時，形成固溶體所造成的晶格畸變（無論是正畸變還是負(fù)畸變）較大，晶格畸變能也較大，固溶體晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。而當(dāng)原子尺寸差別大于15%時，不大12

同樣，形成間隙固溶體時，只能引起固溶體晶格產(chǎn)生正畸變，顯然，溶質(zhì)原子的尺寸越小，溶劑晶格的間隙尺寸越大，形成間隙固溶體時所造成的晶格畸變和畸變能越小，間隙固溶體越容易形成，其溶解度也就越大。

同樣，形成間隙固溶體時，只能引起13

反之，不易形成間隙固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子尺寸較大時，完全不能形成間隙固溶體。②負(fù)電性負(fù)電性是指原子從其他原子奪取電子變?yōu)樨?fù)離子的能力。反之，不易形成間隙固溶體。當(dāng)溶②負(fù)電性14當(dāng)兩種元素在周期表中的位置相距越遠(yuǎn)，其負(fù)電性相差越大，它們之間的化學(xué)親和力越強，越傾向于形成化合物，而不利于形成固溶體。所形成的固溶體的溶解度也越小。當(dāng)兩種元素在周期表中的位置相距越15⑶電子濃度(略)合金中，價電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比，稱為電子濃度e/a。當(dāng)溶質(zhì)原子對固溶體貢獻(xiàn)的價電子數(shù)與溶劑不同時，隨著溶質(zhì)原子的進(jìn)入，將使固溶體晶格中的電子濃度以及電子云結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，顯然溶質(zhì)原子所占的比率越高，固溶體晶格的電子濃度改變越大，達(dá)到一定程度時，固溶體晶格就不穩(wěn)定，易形成新的相。⑶電子濃度(略)合金中，價電子數(shù)目e與原子16因此，固溶體只能穩(wěn)定在一定的電子濃度范圍內(nèi)，如對于溶劑為1價金屬的固溶體，若固溶體具有面心立方晶格，則極限電子濃度值為1.36；若固溶體具有體心立方晶格，則極限電子濃度值為1.48。因此，固溶體只能穩(wěn)定在一定的電子濃度17④晶體結(jié)構(gòu)

一般情況下，晶格結(jié)構(gòu)相同的元素之間具有較大的溶解度，而晶格結(jié)構(gòu)不同的元素之間溶解度較小。⑤溫度固溶體的溶解度受溫度的影響較大，一般溫度越高，固溶體的溶解度越大。如奧氏體在727℃能溶解0.77%的碳，而在1148℃則能溶解2.11%的碳。④晶體結(jié)構(gòu)一般情況下，晶格結(jié)構(gòu)相同的元素之間具有較183、固溶體的性能當(dāng)溶質(zhì)元素的含量極少時，固溶體的性能與溶劑金屬基本相同。隨著溶質(zhì)元素含量的升高，固溶體的性能發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)在強度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，→固溶強化。3、固溶體的性能當(dāng)溶質(zhì)元素的含量極少時，固溶19固溶強化的機(jī)理：溶質(zhì)原子溶入后，引起溶劑金屬的晶格畸變，使位錯運動受到阻礙。淬火，就是對金屬加熱后通過快速冷卻，獲得過飽和的固溶體，從而強化金屬。固溶強化的機(jī)理：溶質(zhì)原子溶入后，20三、金屬間化合物合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相，稱為化合物。如：Fe3C,CuZn,Cu5Sn,FeS,MnS

等

金屬間化合物一般化合物金屬間化合物可以作為合金的組成相（強化相），而非金屬化合物在合金中大多屬于有害雜質(zhì)。如FeS在鋼中引起熱脆。離子鍵金屬鍵三、金屬間化合物合金組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成21第二章-合金相圖及鐵碳合金ppt課件221、金屬間化合物的組織與性能特點

金屬間化合物具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點高，硬而脆，其在合金中的分布形態(tài)對合金的性能影響很大，當(dāng)金屬間化和物以大塊狀或成片狀形態(tài)分布時，合金的強度、塑性均很差；當(dāng)金屬間化合物呈彌散狀質(zhì)點分布時，合金的強度高，塑性、韌性較好。1、金屬間化合物的組織與性能特點金屬間化合物具232、金屬間化合物的種類a、正常價化合物：服從原子價規(guī)律，負(fù)電性因素起主要作用，這類化合物成份固定，不能形成化合物基固溶體。如：Mg2Si,Mg2Sn,Mg2Pb

等。2、金屬間化合物的種類a、正常價化合物：服從原子價規(guī)律，負(fù)電24b、電子化合物：不遵守原子價規(guī)律，而服從電子濃度規(guī)律，即當(dāng)合金的電子濃度達(dá)到某一數(shù)值時，便形成具有某種結(jié)構(gòu)的化合物。一般：

電子濃度=3/2（21/14），形成體心立方晶格的β相

電子濃度=21/13，形成復(fù)雜立方晶格的γ相

電子濃度=7/4（21/12），形成密排六方晶格的ε相

b、電子化合物：不遵守原子價規(guī)律，而服從電25但電子濃度不是決定電子化合物結(jié)構(gòu)的唯一因素，組成元素的原子大小及其電化學(xué)性質(zhì)，對其結(jié)構(gòu)也有影響。電子化合物的成分不是固定的，而在一定范圍內(nèi)變化，電子化合物可以溶解一定量的組元，形成以電子化合物為基的固溶體。但電子濃度不是決定電子化合物結(jié)構(gòu)的唯26C、間隙化合物由原子直徑較大的過渡族元素與原子直徑很小的C、N、B等元素組成，過渡族元素的原子占據(jù)晶格的正常位置，尺寸較小的非金屬元素原子有規(guī)則地嵌入晶格空隙中，形成間隙化合物。C、間隙化合物由原子直徑較大的過渡族元素與原27①間隙相

當(dāng)非金屬元素原子與過渡族金屬元素原子直徑的比值（d非/d過）<0.59時，形成的間隙化合物具有比較簡單的晶格結(jié)構(gòu)，成為間隙相。如：W2C,VC,TiC,MoC,TiN,VN

等。

①間隙相

28②間隙化合物

當(dāng)（d非/d過）>0.59時，形成的間隙化合物一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，稱為間隙化合物。如：Fe3C,dC/dFe=0.61,正交晶格形成間隙化合物的過渡族元素的d層電子越少，與碳的親和力越強，所形成的化合物越穩(wěn)定，熔點、硬度越高。②間隙化合物形成間隙化合物的過渡族元素的d29間隙化合物具有很高的硬度、熔點，是合金的強化相。

如：在鋼中加入V，形成的VC可提高鋼的耐磨性——耐磨鋼；加入Ti，形成的TiC可阻礙高溫奧氏體晶粒長大——耐熱鋼；而W2C,VC是高速鋼的主要強化成分，TiC，W2C是硬質(zhì)合金的主要成分。

間隙化合物具有很高的硬度、熔點，是合30第二節(jié)

二元合金相圖的建立一、基本概念

1、組元：組成合金最基本的，能夠獨立存在的物質(zhì)。組元一般是元素，也可以是穩(wěn)定的化合物，如Fe3C。

2、合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例配制而成的一系列不同成分的合金。

如：Cu-Ni,Fe-Fe3C,Cu-Zn等。

第二節(jié)

二元合金相圖的建立一、基本概念

1、組元：313、相圖：合金系的溫度-成分圖，表示合金系中各個合金的結(jié)晶過程的平衡圖（或狀態(tài)圖）。

相圖中的線條（相線）表示相轉(zhuǎn)變溫度和平衡

相的成分。被相線所劃分的區(qū)域稱為相區(qū)。

3、相圖：合金系的溫度-成分圖，表示合金系中324、相變：一種相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^程。5、相平衡：系統(tǒng)中同時共存的各相在長時間內(nèi)不互相轉(zhuǎn)化——動態(tài)平衡。

4、相變：一種相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^程。33二、二元合金相圖的建立方法臨界點：合金從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)的起始溫度。

物理意義相同的臨界點連接起來就構(gòu)成相線，所以相圖的建立就是測定不同成分合金的臨界點。臨界點的測定是通過實驗進(jìn)行的，常用的方法有熱分析法，X射線分析法，金相組織法，硬度法，電阻法，熱膨脹法，磁性法等。二、二元合金相圖的建立方法臨界點：合金從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N34精確測定一個相圖常需要選用幾種方法相互配合，取長補短。熱分析法是常用的方法，它是通過測定合金的冷卻曲線來測定臨界點，具體步驟如下：1、配制不同成分的合金（選擇合金系中有代表性的成分）2、分別測出每種合金的冷卻曲線，得到相變臨界點3、將臨界點對應(yīng)地繪在成分-溫度圖上4、將同類臨界點連接起來，即可繪出該合金系的相圖。注意：利用熱分析法測定相圖時，冷卻速度應(yīng)非常緩慢（平衡結(jié)晶）

精確測定一個相圖常需要選用幾種方法相互配合，取長補短。1、配35第二章-合金相圖及鐵碳合金ppt課件36第三節(jié)

二元勻晶相圖

一、相圖分析

當(dāng)兩組元在液相和固相均無限互溶時，構(gòu)成的合金系相圖為二元勻晶相圖。屬于此類的合金系有：Cu-Ni,Cu-Au,Au-Ag,Fe-Ni,W-Mo,Ti-Zr,Bi-Sb等。①液相線—曲線Ae1B②固相線—曲線Aa4B③液相區(qū)—液相線以上的液相L區(qū)域④固相區(qū)—固相線以下的固a相區(qū)域⑤液相線與固相線之間為液、固兩相區(qū)（L+a）⑥A為Cu的熔點（1083℃），B為Ni的熔點（1452℃）。第三節(jié)

二元勻晶相圖一、相圖分析①液相線—曲37CuNiABLαL+αktx1‘’1‘2‘2‘’3‘3’’4‘4’’Cu-Ni合金相圖1083t1t4CuNiABLαL+αktx1‘’1‘2‘2‘’3‘3’38二、杠桿定理不同條件下相的成分及其相對量可用杠桿定理求得。

1）確定兩平衡相的成分如圖（a）所示，水平線與液相線L的交點即為液相的成分。水平線與固相線的交點即為固相的成分。2）確定兩平衡相的相對量方法是：①設(shè)試驗合金重量為1，液、固相重量分別為QL、Qa，則

QL+Qa=1；二、杠桿定理如圖（a）所示，水平線與液相線L的交點39第二章-合金相圖及鐵碳合金ppt課件40②設(shè)液、固相含Ni濃度分別為x1、x2，x為試驗合金中的平均

含Ni量(%)，則可得:；用圖中線段來表示，即為:；所以：或3）注意：杠桿定律只能用于兩相平衡共存時計算。②設(shè)液、固相含Ni濃度分別為x1、x2，x為試驗合金中的平41三、固溶體合金中的偏析

合金相圖中，合金的凝固過程是在無限緩慢的冷卻條件下進(jìn)行的，但實際上合金不可能無限緩慢冷卻，一般冷卻速度較快，由于原子來不及充分?jǐn)U散，會出現(xiàn)先結(jié)晶出來的合金含Ni量高的現(xiàn)象，對于一個晶粒，心部含Ni量高，表層含Ni量低。三、固溶體合金中的偏析合金相圖中，合金的凝固過42晶體內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析或枝晶偏析。

偏析的存在，會使金屬強度下降，塑性較差，耐腐蝕性降低，應(yīng)采用均勻化退火（擴(kuò)散退火）予以消除。杠桿定律不能用于三相平衡區(qū)！晶體內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏43第四節(jié)

二元共晶相圖當(dāng)合金的二組元在液態(tài)時無限互溶，在固態(tài)時有限互溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)，此合金系的相圖為二元共晶相圖。屬于此類相圖的合金系有：Pb-Sn,Al-Si,Al-Sn,Au-Pt等。

第四節(jié)

二元共晶相圖當(dāng)合金的二組元在液態(tài)時44PbSnabcdefgLαβL+αL+βα+β亞共晶合金共晶合金過共晶合金IIIIIIPb-Sn合金相圖PbSnabcdefgLαβL+αL+βα+β亞共晶合金共晶45一、相圖分析合金系有兩種有限固溶體：以Pb為溶劑，以Sn為溶質(zhì)的α固溶體；以Sn為溶劑，以Pb為溶質(zhì)的β固溶體。ced水平線---共晶反應(yīng)線：發(fā)生恒溫反應(yīng)Le←→αc+βd一、相圖分析合金系有兩種有限固溶體：以Pb46注意：在共晶線ced上屬于三相平衡區(qū)該合金系有兩類合金：固溶體合金

共晶型合金c點以左，d點以右的合金屬于固溶體型合金；cd之間的合金為共晶型合金，其中，e點以左為亞共晶合金，e點以右為過共晶合金，e點合金為共晶合金。二、典型合金的結(jié)晶過程分析注意：在共晶線ced上屬于三相平衡區(qū)該合金系有兩類合金：47合金Ⅰ、合金Ⅱ、合金Ⅲ、合金Ⅳ的結(jié)晶過程及其組織如圖所示。①相組成凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同,與其它部分有界面分開的均勻組成部分。②組織組成物在金相顯微鏡下觀察到的具有某種形貌或形態(tài)特征的組成部分合金Ⅰ、合金Ⅱ、合金Ⅲ、合金Ⅳ的結(jié)晶過程及其48第五節(jié)

二元包晶合金相圖

當(dāng)合金的二組元在液態(tài)時無限互溶，在固態(tài)時有限互溶，形成有限固溶體且發(fā)生包晶反應(yīng)，此合金系的相圖為二元包晶相圖。屬于此類相圖的合金系有：Pt-Ag,Ag-Sn,Al-Pt,Sn-Sb,Cu-Zn,Cu-Sn等。第五節(jié)

二元包晶合金相圖當(dāng)合金的二組元在液態(tài)49一、相圖分析aeb---液相線；acdb---固相線；cf---α固溶體的溶解度曲線；dg---β固溶體的溶解度曲線；cde---包晶反應(yīng)線：αc+Le←→βd（恒溫）二、典型合金的結(jié)晶過程分析一、相圖分析aeb---液相線；acdb---固相線；二50PtAgabcdefgLL+αβL+βαα+β213Pt-Ag

合金相圖PtAgabcdefgLL+αβL+βαα+β213Pt-51三、

包晶反應(yīng)與共晶反應(yīng)的區(qū)別1、共晶反應(yīng)為分解型：Le←→αc+βd

包晶反應(yīng)為合成型：αc+Le←→βd2、共晶線為固相線，合金在共晶溫度完全凝固；

包晶線僅有cd段為固相線3、共晶轉(zhuǎn)變后的組織均為兩相混合物，組織較細(xì)；

包晶轉(zhuǎn)變后的組織只有cd段為兩相混合物，

組織較粗，而de段凝固完畢后為單相固溶體β。三、

包晶反應(yīng)與共晶反應(yīng)的區(qū)別1、共晶反應(yīng)為分解型：Le524、共晶反應(yīng)中的液相成分點（反應(yīng)相）位于共晶

線中間，生成相位于共晶向兩端；包晶反應(yīng)中

的兩個反應(yīng)相成分點位于包晶線的兩端，而一

個生成相位于包晶線中間。四、包晶系合金的非平衡組織4、共晶反應(yīng)中的液相成分點（反應(yīng)相）位于共晶

線中間，生53包晶反應(yīng)時，β相很快就將α相包圍起來，從而使α相和液相被β相分隔開來，要繼續(xù)進(jìn)行包晶反應(yīng)，必須通過β相層進(jìn)行原子擴(kuò)散，液體才能和α相繼續(xù)相互作用形成β相，但在固相中的原子擴(kuò)散要比在液相中困難得多，所以包晶轉(zhuǎn)變過程是一個很緩慢的過程，如果冷卻速度較快，包晶轉(zhuǎn)變就被抑制，從而形成非平衡組織包晶反應(yīng)時，β相很快就將α相包圍起來，54留下的液體在溫度低于包晶溫度后，將直接析出β相，而未轉(zhuǎn)變的α相就保留在β相中間。留下的液體在溫度低于包晶溫度后，將55第七節(jié)具有共析反應(yīng)的二元合金相圖共析反應(yīng)：從某種均勻一致的固相中同時析出兩種化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的轉(zhuǎn)變過程。第七節(jié)具有共析反應(yīng)的二元合金相圖共析反應(yīng)：從某種均勻56共析反應(yīng)從形式上與共晶反應(yīng)十分相似，只是共析反應(yīng)的反應(yīng)物是固相，而共晶反應(yīng)物是液相而已。由于共析反應(yīng)是在固態(tài)合金中進(jìn)行的，轉(zhuǎn)變溫度較低，原子擴(kuò)散困難，因而容易達(dá)到較大的過冷度，所以同共晶體相比共析組織更細(xì)致、更均勻。共析反應(yīng)從形式上與共晶反應(yīng)十分相似，57溫度ABb1a2b2dcefgLL+ααβ1β2β1+β2α+β1α+β2B%→a1具有共析反應(yīng)的二元合金相圖溫度ABb1a2b2dcefgLL+ααβ1β2α+β1α+58第八節(jié)合金的性能與相圖之間的關(guān)系一、當(dāng)合金形成單相固溶體時合金的性能取決于組成元素的性質(zhì)及溶質(zhì)元素的含量，對于一定的組成元素，溶質(zhì)元素的溶入量越多，合金晶格畸變程度越大，合金的強度、硬度越高——固溶強化，但單相固溶體合金仍保持較好的塑性。第八節(jié)合金的性能與相圖之間的關(guān)系一、當(dāng)合金形成單相固溶體59

單相固溶體合金塑性較好，因而具有良好的壓力加工性能，但切削加工性能較差（粘刀），鑄造性能較差。固溶體的濃度較高時，會有次生相析出：

a、當(dāng)次生相呈針狀、塊狀或沿晶界分布時，合金的強度、塑性下降。b、當(dāng)次生相呈細(xì)小顆粒均勻分布時，合金的強度、硬度增加，塑性、韌性稍有下降—

彌散強化。單相固溶體合金塑性較好，因而具有良好60二、當(dāng)合金形成兩相混合物時1、當(dāng)合金形成普通混合物時（包晶反應(yīng)），合金的性能隨合金化學(xué)成分的改變在兩相性能之間呈直線變化。2、當(dāng)合金形成機(jī)械混合物時（共晶、共析反應(yīng)），

合金的性能主要取決于組織的細(xì)密程度及相的

形狀。二、當(dāng)合金形成兩相混合物時1、當(dāng)合金形成普通混合物時（包晶反61

一般而言，合金形成兩相混合物時，其壓力加工性能較差，切削加工性能較好，鑄造性能取決于混合物中共晶體的數(shù)量。三、

當(dāng)合金形成化合物時由于金屬間化合物都是熔點高、硬而脆的相，故合金的性能取決于化合物的數(shù)量、尺寸、形態(tài)和分布。一般而言，合金形成兩相混合物時，其壓力三、

當(dāng)合62※分析二元合金相圖時應(yīng)注意以下規(guī)律：1、相圖中的每一點都代表某一成分的合金在某

一溫度下所處的狀態(tài)，也稱為表象點。2、單相區(qū)中，相的成分即是合金的成分。3、兩個單相區(qū)之間一定存在著一個兩相過渡區(qū)，

在兩相過渡區(qū)中，兩相處于平衡狀態(tài)，兩相

的成分可以由通過表象點的水平線與兩相區(qū)

的邊界線的交點來決定，兩相的相對質(zhì)量可

用杠桿定律計算?！治龆辖鹣鄨D時應(yīng)注意以下規(guī)律：1、相圖中的每一點都634、

二元合金相圖中，三相平衡共存，表現(xiàn)為一

水平線。注意在三相平衡線上不能直接應(yīng)用

杠桿定律計算各相的相對質(zhì)量，可用極限法

解決。4、

二元合金相圖中，三相平衡共存，表現(xiàn)為一

水平64純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬的多晶型性（同素異構(gòu)現(xiàn)象）多晶型性轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變δ-Feγ-Fe α-Fe純鐵的成分及性能純鐵（工業(yè)純鐵）：含雜質(zhì)0.10%～0.20%性能：σb=180～230MPaσ0.2=100～170MPaδ=30%～50%ψ=70%～80%Ak=128～160JHBS=50～80純鐵及其同位素轉(zhuǎn)變1394℃912℃純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵及其同位素轉(zhuǎn)變1394℃912℃65

鐵素體（F或α）定義：碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體晶格結(jié)構(gòu)：面心最大溶解度：0.02%（727℃）性能：σb=180～230MPaσ0.2=100～170MPaHBS=50～80δ=30%～50%ψ=70%～80%ak=160～200J/cm2δ-鐵素體：碳溶于δ-Fe中所形成的間隙固溶體，最大溶解度：0.09%（1495℃）

鐵碳合金的相和組織組成鐵素體（F或α）鐵碳合金的相和組織組成66奧氏體（A或γ）定義：碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體（高溫組織）晶格結(jié)構(gòu)：體心最大溶解度：2.11%（1148℃）性能：σb≈400MPaHBS=170～220δ=40%～50%高塑性、無磁

奧氏體（A或γ）67

滲碳體（Fe3C）定義：Fe與C所形成的金屬化合物晶格結(jié)構(gòu)：復(fù)雜正交性能：σb≈30MPaHBS=800δ≈0ψ≈0 硬而脆（耐磨性好）Fe3C3Fe+C（石墨）合金滲碳體：（Fe、Me）3C Fe3（C、N）或Fe3（C、B） 高溫滲碳體（Fe3C）高溫68

珠光體（P）定義：F與Fe3C所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：0.77%）性能：σb≈750MPaHBS=180δ≈20%～25%ak=30～40J/cm鐵碳合金的相和組織組成珠光體（P）鐵碳合金的相和組織組成69

萊氏體（Ld、或Le、）定義：A與Fe3C所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：4.3%）性能：硬而脆鐵碳合金的相和組織組成萊氏體（Ld、或Le、）鐵碳合金的相70Fe-Fe3C相圖相區(qū)重要線ABCDAHJECFCDHJBECFPSK（A1）GS（A3）ES（Acm）PQ鐵碳合金相圖分析δL+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3Cδ+Lδ+ALAB0.53C4.3DE2.11FGS0.77P0.02KQJ0.17HFeFe3C0.096.691148℃727℃1495℃WC(%)T(℃)NFe-Fe3C相圖鐵碳合金相圖分析δL+AFAL+Fe3C71重要點N、G——同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點H、E、P、Q——最大溶解度點J、C、S——包晶、共晶、共析點A、D——Fe、Fe3C熔點包晶反應(yīng)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)LdLdPPδL+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3CA+Fe3Cδ+Lδ+ALAB0.53C4.3DE2.11FGS0.77P0.02KQJ0.17HFeFe3C0.096.69N重要點LdLdPPδL+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3C72鐵碳合金分類鐵碳合金分類73

鐵碳合金的結(jié)晶過程分析共析鋼[wc=0.77%]鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:100%P（F和Fe3C）組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：鐵碳合金的結(jié)晶過程分析鐵碳合金相圖分析室溫平衡組織:10074亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]0.20%C組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.40%C室溫平衡組織:F+P，其相對量為：亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]0.20%C75過共析鋼[0.077%<wc<2.11%]硝酸酒精侵蝕苦味酸侵蝕室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ，其相對量為：過共析鋼[0.077%<wc<2.11%]硝酸酒精侵蝕苦76工業(yè)純鐵[wc<0.02%]室溫平衡組織:F+Fe3CⅢ

工業(yè)純鐵[wc<0.02%]室溫平衡組織:F+Fe3CⅢ77共晶白口鐵[wc=4.3%]室溫平衡組織:100%共晶白口鐵[wc=4.3%]室溫平衡組織:100%78亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ+亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]室溫平衡組織:79過共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]室溫平衡組織:+Fe3C過共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]室溫平衡組織:80

鐵碳合金平衡組織鐵碳合金平衡組織81含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響

相組成物相對量組織組成物相對量對力學(xué)性能的影響含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響相組成物相對量組織組成物相對82碳鋼含碳量為0.0218％—2.11％的鐵碳合金，稱為碳鋼。一、碳鋼的分類1、根據(jù)冶煉時，鋼水的脫氧程度分為：a、鎮(zhèn)靜鋼：指鋼水在澆鑄前用硅鐵和鋁進(jìn)行完全脫氧的鋼，澆鑄時很少析出氣體，鋼水平靜凝固而得名。這種鋼化學(xué)成分均勻，組織致密，具有較高的機(jī)械性能。b、沸騰鋼：指鋼水僅用弱脫氧劑錳鐵進(jìn)行不完全脫氧的鋼，澆鑄時鋼水中殘留的氧與碳反應(yīng)，生成大量CO，氣體逸出猶如鋼水沸騰，故名沸騰鋼。碳鋼含碳量為0.0218％—2.11％的鐵碳合金，稱為碳鋼。83c、半鎮(zhèn)靜鋼：鋼水的脫氧程度介于二者之間，澆鑄時無明顯沸騰，但有少量氣體，鑄錠中有氣孔存在。c、半鎮(zhèn)靜鋼：鋼水的脫氧程度介于二者之間，澆鑄時無明顯沸騰，842、根據(jù)鋼的含碳量，分為：

a、低碳鋼：含碳量≤0.25%

b、中碳鋼：0.25%<含碳量≤0.55%

c、高碳鋼：含碳量〉0.55%3、根據(jù)鋼的質(zhì)量，分為：

a、碳素結(jié)構(gòu)鋼,GB700-88

b、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，GB699-88

c、高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，GB3077-884、根據(jù)鋼的用途，分為：a、碳素結(jié)構(gòu)鋼

b、碳素工具鋼

c、???????2、根據(jù)鋼的含碳量，分為：85二、碳鋼的表示方法1、碳素結(jié)構(gòu)鋼

GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》代替GB700-79《普通碳素鋼》

GB700-79來源于原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)гост：已淘汰

甲類鋼：A1,A2,A3,??,A7,該類鋼只保證機(jī)械性能

乙類鋼：B1,B2,B3,??,B7,該類鋼只保證化學(xué)成分

特類鋼：C1,C2,C3,???,C7,該類鋼既保證機(jī)械性能，又保證化學(xué)成分

而GB700-88來源于ISO630《結(jié)構(gòu)鋼》，所有鋼保證機(jī)械性能，保證化學(xué)成分,鋼號的表示方法：

Q235-A?F其中Q表示屈服強度，為235MPa；A表示質(zhì)量等級，分A,B,C,D四級，D級質(zhì)量最高；F表示沸騰鋼（b表示半鎮(zhèn)靜鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z、TZ可以省略）。二、碳鋼的表示方法1、碳素結(jié)構(gòu)鋼

GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)86

新標(biāo)準(zhǔn)中共有：Q195,Q215,Q235,Q255，Q275五個強度等級。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB699-88

45,60（數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾）<0.250.35-0.65>0.250.5-0.80.15-0.600.7-1.0>0.60.9-123、碳素工具鋼

T8AT表示碳素工具鋼，8表示含碳量的千分之幾，A表示高級優(yōu)質(zhì)鋼。4、鑄造碳鋼

ZG200-400,ZG表示鑄鋼，200表示屈服強度值MPa，400表示抗拉強度值MPa。5、其他代號

焊接用鋼H，鍋爐用鋼g，船用鋼c，橋梁用鋼q，壓力容器用鋼R新標(biāo)準(zhǔn)中共有：Q195,Q215,Q235,87三、

新舊標(biāo)準(zhǔn)中鋼的硫、磷含量對比普通質(zhì)量鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼特級優(yōu)質(zhì)鋼

S≤,P≤S≤,P≤S≤,P≤