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(qiáng)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(duì)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(kāi)的均勻組成部分。在一個(gè)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(kāi)

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(shí)溶質(zhì)原子（離子或分子）溶入溶劑的晶格中所形成的相，稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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(wú)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(shí)，才有可能形成無(wú)限固溶體；而對(duì)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(lèi)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(shí)，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(shí)，將形成無(wú)限固溶體。當(dāng)二者差別較小時(shí)，即溶劑與溶質(zhì)的11而當(dāng)原子尺寸差別大于15%時(shí)，不大可能形成置換固溶體。因?yàn)樵映叽绮顒e較大時(shí)，形成固溶體所造成的晶格畸變（無(wú)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(shí)，不大12

同樣，形成間隙固溶體時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，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(qiáng)，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(jià)電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比，稱(chēng)為電子濃度e/a。當(dāng)溶質(zhì)原子對(duì)固溶體貢獻(xiàn)的價(jià)電子數(shù)與溶劑不同時(shí)，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?cè)酱?，達(dá)到一定程度時(shí)，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(jià)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(duì)于溶劑為1價(jià)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(shí)，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(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，→固溶強(qiáng)化。3、固溶體的性能當(dāng)溶質(zhì)元素的含量極少時(shí)，固溶19固溶強(qiáng)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(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙。淬火，就是對(duì)金屬加熱后通過(guò)快速冷卻，獲得過(guò)飽和的固溶體，從而強(qiáng)化金屬。固溶強(qiáng)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(chēng)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(qiáng)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(diǎn)

金屬間化合物具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆，其在合金中的分布形態(tài)對(duì)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(shí)，合金的強(qiáng)度、塑性均很差；當(dāng)金屬間化合物呈彌散狀質(zhì)點(diǎn)分布時(shí)，合金的強(qiáng)度高，塑性、韌性較好。1、金屬間化合物的組織與性能特點(diǎn)金屬間化合物具232、金屬間化合物的種類(lèi)a、正常價(jià)化合物：服從原子價(jià)規(guī)律，負(fù)電性因素起主要作用，這類(lèi)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(lèi)a、正常價(jià)化合物：服從原子價(jià)規(guī)律，負(fù)電24b、電子化合物：不遵守原子價(jià)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(shí)，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(jià)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(duì)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(guò)渡族元素與原子直徑很小的C、N、B等元素組成，過(guò)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(guò)渡族元素與原27①間隙相

當(dāng)非金屬元素原子與過(guò)渡族金屬元素原子直徑的比值（d非/d過(guò)）<0.59時(shí)，形成的間隙化合物具有比較簡(jiǎn)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(guò)）>0.59時(shí)，形成的間隙化合物一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)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(guò)渡族元素的d層電子越少，與碳的親和力越強(qiáng)，所形成的化合物越穩(wěn)定，熔點(diǎn)、硬度越高。②間隙化合物形成間隙化合物的過(guò)渡族元素的d29間隙化合物具有很高的硬度、熔點(diǎn)，是合金的強(qiáng)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(zhǎng)大——耐熱鋼；而W2C,VC是高速鋼的主要強(qiáng)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(diǎn)，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(dú)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(gè)或兩個(gè)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(gè)合金的結(jié)晶過(guò)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(chēng)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^(guò)程。5、相平衡：系統(tǒng)中同時(shí)共存的各相在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不互相轉(zhuǎn)化——?jiǎng)討B(tài)平衡。

4、相變：一種相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^(guò)程。33二、二元合金相圖的建立方法臨界點(diǎn)：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(diǎn)連接起來(lái)就構(gòu)成相線，所以相圖的建立就是測(cè)定不同成分合金的臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)的測(cè)定是通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：合金從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N34精確測(cè)定一個(gè)相圖常需要選用幾種方法相互配合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。熱分析法是常用的方法，它是通過(guò)測(cè)定合金的冷卻曲線來(lái)測(cè)定臨界點(diǎn)，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(cè)出每種合金的冷卻曲線，得到相變臨界點(diǎn)3、將臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)地繪在成分-溫度圖上4、將同類(lèi)臨界點(diǎn)連接起來(lái)，即可繪出該合金系的相圖。注意：利用熱分析法測(cè)定相圖時(shí)，冷卻速度應(yīng)非常緩慢（平衡結(jié)晶）

精確測(cè)定一個(gè)相圖常需要選用幾種方法相互配合，取長(zhǎng)補(bǔ)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?jiǎng)蚓鄨D

一、相圖分析

當(dāng)兩組元在液相和固相均無(wú)限互溶時(shí)，構(gòu)成的合金系相圖為二元?jiǎng)蚓鄨D。屬于此類(lèi)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(diǎn)（1083℃），B為Ni的熔點(diǎn)（1452℃）。第三節(jié)

二元?jiǎng)蚓鄨D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(duì)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(diǎn)即為液相的成分。水平線與固相線的交點(diǎn)即為固相的成分。2）確定兩平衡相的相對(duì)量方法是：①設(shè)試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)合金中的平均

含Ni量(%)，則可得:；用圖中線段來(lái)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(shí)計(jì)算。②設(shè)液、固相含Ni濃度分別為x1、x2，x為試驗(yàn)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(guò)程是在無(wú)限緩慢的冷卻條件下進(jìn)行的，但實(shí)際上合金不可能無(wú)限緩慢冷卻，一般冷卻速度較快，由于原子來(lái)不及充分?jǐn)U散，會(huì)出現(xiàn)先結(jié)晶出來(lái)的合金含Ni量高的現(xiàn)象，對(duì)于一個(gè)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(guò)42晶體內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱(chēng)為晶內(nèi)偏析或枝晶偏析。

偏析的存在，會(huì)使金屬?gòu)?qiáng)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(chēng)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(shí)無(wú)限互溶，在固態(tài)時(shí)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(lèi)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(shí)44PbSnabcdefgLαβL+αL+βα+β亞共晶合金共晶合金過(guò)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(lèi)合金：固溶體合金

共晶型合金c點(diǎn)以左，d點(diǎn)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(diǎn)以左為亞共晶合金，e點(diǎn)以右為過(guò)共晶合金，e點(diǎn)合金為共晶合金。二、典型合金的結(jié)晶過(guò)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(lèi)合金：47合金Ⅰ、合金Ⅱ、合金Ⅲ、合金Ⅳ的結(jié)晶過(guò)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(kāi)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(guò)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(shí)無(wú)限互溶，在固態(tài)時(shí)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(lèi)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(guò)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(diǎn)（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(gè)反應(yīng)相成分點(diǎn)位于包晶線的兩端，而一

個(gè)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(diǎn)（反應(yīng)相）位于共晶

線中間，生53包晶反應(yīng)時(shí)，β相很快就將α相包圍起來(lái)，從而使α相和液相被β相分隔開(kāi)來(lái)，要繼續(xù)進(jìn)行包晶反應(yīng)，必須通過(guò)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(guò)程是一個(gè)很緩慢的過(guò)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(shí)，β相很快就將α相包圍起來(lái)，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(shí)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(guò)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(guò)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(shí)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(duì)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(qiáng)度、硬度越高——固溶強(qiáng)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(shí)，會(huì)有次生相析出：

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

彌散強(qiáng)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(shí)1、當(dāng)合金形成普通混合物時(shí)（包晶反應(yīng)），合金的性能隨合金化學(xué)成分的改變?cè)趦上嘈阅苤g呈直線變化。2、當(dāng)合金形成機(jī)械混合物時(shí)（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(shí)1、當(dāng)合金形成普通混合物時(shí)（包晶反61

一般而言，合金形成兩相混合物時(shí)，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(shí)由于金屬間化合物都是熔點(diǎn)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(shí)，其壓力三、

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

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

在兩相過(guò)渡區(qū)中，兩相處于平衡狀態(tài)，兩相

的成分可以由通過(guò)表象點(diǎn)的水平線與兩相區(qū)

的邊界線的交點(diǎn)來(lái)決定，兩相的相對(duì)質(zhì)量可

用杠桿定律計(jì)算?！治龆辖鹣鄨D時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)律：1、相圖中的每一點(diǎn)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(jì)算各相的相對(duì)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?chǔ)?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(wú)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(diǎn)N、G——同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)H、E、P、Q——最大溶解度點(diǎn)J、C、S——包晶、共晶、共析點(diǎn)A、D——Fe、Fe3C熔點(diǎn)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(diǎn)LdLdPPδL+AFAL+Fe3CA+FF+Fe3C72鐵碳合金分類(lèi)鐵碳合金分類(lèi)73

鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)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(guò)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(duì)量為：亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]0.20%C75過(guò)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(duì)量為：過(guò)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(guò)共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]室溫平衡組織:+Fe3C過(guò)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(duì)鐵碳合金組織和性能的影響

相組成物相對(duì)量組織組成物相對(duì)量對(duì)力學(xué)性能的影響含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響相組成物相對(duì)量組織組成物相對(duì)82碳鋼含碳量為0.0218％—2.11％的鐵碳合金，稱(chēng)為碳鋼。一、碳鋼的分類(lèi)1、根據(jù)冶煉時(shí)，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(shí)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(shí)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(chēng)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(shí)無(wú)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(shí)無(wú)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(jí)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(lái)源于原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)гост：已淘汰

甲類(lèi)鋼：A1,A2,A3,??,A7,該類(lèi)鋼只保證機(jī)械性能

乙類(lèi)鋼：B1,B2,B3,??,B7,該類(lèi)鋼只保證化學(xué)成分

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

而GB700-88來(lái)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(hào)的表示方法：

Q235-A?F其中Q表示屈服強(qiáng)度，為235MPa；A表示質(zhì)量等級(jí)，分A,B,C,D四級(jí)，D級(jí)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(gè)強(qiáng)度等級(jí)。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(wàn)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(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。4、鑄造碳鋼

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

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(duì)比普通質(zhì)量鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼

S≤,P≤S≤,P≤S≤,P≤