1、本章要點本章要點v幾種基本相圖：勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖。幾種基本相圖：勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖。v多相平衡成分確定的公切線方法多相平衡成分確定的公切線方法v杠桿定律及其應用。杠桿定律及其應用。v二元相圖中的平衡反應：共晶反應、共析反應、包二元相圖中的平衡反應：共晶反應、共析反應、包晶反應、包析反應等。晶反應、包析反應等。v二元合金相圖中合金的平衡和非平衡轉變過程及轉二元合金相圖中合金的平衡和非平衡轉變過程及轉變組織。變組織。v熟練掌握熟練掌握Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖。熟悉相圖。熟悉Fe-CFe-C合金中各相與組織合金中各相與組織的結果。會幾種典型的結果。會幾種典型Fe-C

2、Fe-C合金的冷卻過程分析。熟合金的冷卻過程分析。熟練杠桿定律在練杠桿定律在Fe-CFe-C合金中的應用。合金中的應用。v組織組成物及相組成物。組織組成物及相組成物。重點與難點重點與難點重點：重點： 1 1 組元、相、組織、組織組成物、鐵素體、奧氏組元、相、組織、組織組成物、鐵素體、奧氏體、珠光體、萊氏體體、珠光體、萊氏體 、滲碳體等基本概念；、滲碳體等基本概念； 2 2 多相平衡成分確定的公切線方法；多相平衡成分確定的公切線方法； 3 3 掌握分析相圖的基本方法；掌握分析相圖的基本方法； 4 4 熟記鐵碳相圖，弄清重要溫度與成分點、重要熟記鐵碳相圖，弄清重要溫度與成分點、重要線意義；鐵碳合金

3、中各種相的本質與特征線意義；鐵碳合金中各種相的本質與特征 5 5 典型鐵碳合金的結晶過程分析，室溫平衡組織典型鐵碳合金的結晶過程分析，室溫平衡組織中相及組織組成物相對量的計算；熟悉各組織特中相及組織組成物相對量的計算；熟悉各組織特征征難點：難點： 1 1 相與組織的差別；相與組織的差別； 2 2 相組成及組織組成相對量的計算；相組成及組織組成相對量的計算； 3 3 合金的凝固理論。合金的凝固理論。 成分線成分線 成分線成分線：熱分析法熱分析法典型勻晶相圖兩相區液相線固相線f=0f=2f=1f=1v當當A-B二元系處于二元系處于、三相平衡時，其熱力三相平衡時，其熱力學條件為學條件為 AAAv相平

4、衡相平衡：指合金系中參與相變過程的各相長時間：指合金系中參與相變過程的各相長時間不再互相轉化時所達到的平衡。不再互相轉化時所達到的平衡。v相平衡的相平衡的熱力學條件熱力學條件是：是：合金系中各組元在合金系中各組元在各平衡相中的化學勢彼此相等各平衡相中的化學勢彼此相等。如用。如用表示表示化學勢，則化學勢，則 上標表示上標表示相中相中A組元的化學勢，組元的化學勢，即標示平衡相，下標表示組元。即標示平衡相，下標表示組元。A (c) 上節課復習上節課復習1、二元系統相圖、二元系統相圖2、相平衡的熱力學條件、相平衡的熱力學條件3、自由能成分曲線分析及不同、自由能成分曲線分析及不同 取值時曲線取值時曲線的

5、物理意義的物理意義AAA 212211nnxnxn212211nnGmnGmn11xxGmGmxxGmGm22x1 x x2n1 n2122xxxxn1 =121xxxxn2 =三相平衡呢三相平衡呢？ T4練習：已知相圖如下，畫出練習：已知相圖如下，畫出T1、T2、T3、T4、 T5各溫度下的自由能各溫度下的自由能成分曲線。成分曲線。上節課復習上節課復習1、公切線原理、公切線原理2、杠桿規則、杠桿規則3、自由能成分曲線推測相圖、自由能成分曲線推測相圖x1 x x2n1 n2122xxxxn1 =121xxxxn2 = 固態固態無限互溶的條件：無限互溶的條件：1. 晶體結構相同；晶體結構相同；2

6、. 原子半徑相近，尺寸差小于原子半徑相近，尺寸差小于15%。3. 有相同的原子價和相似的電負性。有相同的原子價和相似的電負性。 30%N i合金合金勻晶相圖還可有其他形式，如勻晶相圖還可有其他形式，如Au-Cu，Fe-Co等在等在相圖上具有極小點，而在相圖上具有極小點，而在Pb-Tl等相圖上具有極大等相圖上具有極大點，兩種類型相圖分別如圖點，兩種類型相圖分別如圖7.14(a)和和(b)所示。所示。合金熔點降低合金熔點降低合金熔點升高合金熔點升高極點處：極點處：f=0（恒溫轉變）（恒溫轉變） t1t2t3BCEF 在每一溫度下，平衡凝固實質包括三個過程：液相內的在每一溫度下，平衡凝固實質包括三個

7、過程：液相內的擴散過程擴散過程;固相的繼續長大固相的繼續長大;固相內的擴散過程。固相內的擴散過程。平衡凝固的三個過程平衡凝固的三個過程46%43%32%35%32%32%43% 共晶轉變共晶轉變是在一定條件下是在一定條件下( (溫度、成分不變溫度、成分不變) )，由均勻液體，由均勻液體中同時結晶出兩種不同固相的轉變。即：中同時結晶出兩種不同固相的轉變。即：L+ 具有共晶轉變的相圖稱為具有共晶轉變的相圖稱為共晶相圖共晶相圖。所得到兩固相的混合物稱為所得到兩固相的混合物稱為共晶組織共晶組織，其特點是兩相交其特點是兩相交替細彌混合，其形態與合金的特性及冷卻速度有關，通替細彌混合，其形態與合金的特性及

8、冷卻速度有關，通常呈片層狀。常呈片層狀。 上節課復習上節課復習1、二元相圖的基本規律、二元相圖的基本規律2、二元勻晶相圖、二元勻晶相圖以結構起伏、能量起伏和成分起伏為基礎以結構起伏、能量起伏和成分起伏為基礎3、二元共晶相圖、二元共晶相圖平衡結晶平衡結晶 固溶體成分均勻固溶體成分均勻非平衡結晶非平衡結晶 偏析現象偏析現象v1wSn19%的 合 金 或的 合 金 或 97.5%v以以wSn=10%的合的合金為例金為例v室溫下平衡相室溫下平衡相 和和 的含量的含量%1004FGGw%1004FGFwv本例合金的室溫組織為本例合金的室溫組織為+。 一般分一般分布在原布在原相晶粒的晶界上，有時也在晶內相

9、晶粒的晶界上，有時也在晶內析出。析出。v次生相從固相中析出，相界圓滑，呈小顆次生相從固相中析出，相界圓滑，呈小顆粒狀。粒狀。v第二相的出現會影響合金性能。第二相的出現會影響合金性能。若第二相若第二相硬度較高并呈彌散狀分布，則會使合金強硬度較高并呈彌散狀分布，則會使合金強化；若第二相沿晶界呈網狀分布則會降低化；若第二相沿晶界呈網狀分布則會降低合金塑性。合金塑性。v第二相的形態和分布可通過熱處理控制。第二相的形態和分布可通過熱處理控制。vL0.619 183C 0.19+0.975 2. (wSn=0.619)：共晶溫度時，發生共晶轉變：共晶溫度時，發生共晶轉變：共晶體中兩個相的相對含量可由杠桿定

10、律計算：共晶體中兩個相的相對含量可由杠桿定律計算：M=EN/MN100%=45.4%N=ME/MN100%=54.6%室溫組織（室溫組織（+）3. (wSn=0.32)：室溫組織室溫組織 初初+ + + + ( ( + + ) )共共黑色樹枝晶為初生黑色樹枝晶為初生固溶體，由于直接從液體固溶體，由于直接從液體中結晶，故比較粗大；分布在樹枝間隙中黑白中結晶，故比較粗大；分布在樹枝間隙中黑白相間的組織為相間的組織為(+)共晶體共晶體v分析顯微組織的時候要分析顯微組織的時候要注意區別注意區別組織組成物組織組成物和相組成物和相組成物。v組織組成物組織組成物是在結晶過程中形成的，有清晰是在結晶過程中形成

11、的，有清晰輪廓的獨立部分。如輪廓的獨立部分。如初初，(+)共共等都是等都是組織組成物；組織組成物；v相組成物相組成物是指組成顯微組織的基本相，有確是指組成顯微組織的基本相，有確定的成分及結構，但沒有形態的概念。如合定的成分及結構，但沒有形態的概念。如合金中的金中的相和相和相等等。相等等。v合金中合金中組織組成物的相對量組織組成物的相對量可以可以根據相平衡概念，利杠根據相平衡概念，利杠桿定律間接計算桿定律間接計算。以室溫下。以室溫下Sn-Pb合金為例合金為例(wSn=0.32)：v(+)共共=Mt2/ME100%=30.3%v此式為此式為t2溫度溫度(183C)時的值，忽略次生相的影響，可近時的

12、值，忽略次生相的影響，可近似看成是室溫下的值。似看成是室溫下的值。v初初=(t2E/ME)100%=69.7%相組成物的相對含量相組成物的相對含量3283.4%3217.6%4. (wSn=0.7)：室溫組織室溫組織 初初+ + +(+( + + ) )共共初初呈白色橢圓形，有樹枝晶特點呈白色橢圓形，有樹枝晶特點v共晶系合金平衡凝固可得到固溶體和共晶共晶系合金平衡凝固可得到固溶體和共晶型兩種合金。型兩種合金。v固溶體合金凝固過程主要為固溶體合金凝固過程主要為勻晶轉變勻晶轉變+脫熔脫熔轉變轉變，室溫組織為，室溫組織為初生固溶體初生固溶體+次生組織次生組織。v位于位于MEN線范圍內的合金都屬于共晶

13、型合線范圍內的合金都屬于共晶型合金。凝固時都有共晶轉變發生，形成共晶金。凝固時都有共晶轉變發生，形成共晶體體。室溫組織均包含。室溫組織均包含共晶組織共晶組織。v亞共晶和過共晶合金在共晶轉變前都有亞共晶和過共晶合金在共晶轉變前都有(初晶初晶)生成生成。室溫組織為。室溫組織為共晶組共晶組織織+先共晶初生相。先共晶初生相。 v合金中兩組元熔點相近時，偽共晶區呈對稱分布；合金中兩組元熔點相近時，偽共晶區呈對稱分布；v合金中兩組元熔點相差很大時，偽共晶區偏向高熔點組元合金中兩組元熔點相差很大時，偽共晶區偏向高熔點組元一側。一側。v偽共晶在相圖中的位置對說明合金中出現偽共晶在相圖中的位置對說明合金中出現的

14、不平衡組織有一定幫助。的不平衡組織有一定幫助。v如在如在Al-Si系中，共晶成分的系中，共晶成分的Al-Si合金合金在在鑄造狀態鑄造狀態下的組織為下的組織為初初+(+Si)共共，而，而不是單純的共晶體。其原因是：不是單純的共晶體。其原因是：由于偽由于偽共晶區偏向共晶區偏向Si一邊，共晶成分的過冷液一邊，共晶成分的過冷液體不會落在偽共晶區內，因此先析出體不會落在偽共晶區內，因此先析出相而使液相成分右移進入偽共晶區，再相而使液相成分右移進入偽共晶區，再發生共晶轉變發生共晶轉變，所以，所以Al-Si共晶合金鑄共晶合金鑄造后得到的是亞共晶組織造后得到的是亞共晶組織初初+(+Si)共共。 Cu-Al合金

15、合金(wCu=0.04)的的離異共晶組織離異共晶組織圖中的黑色部分即為圖中的黑色部分即為Cu-Al合金中離異共晶合金中離異共晶體體(+CuAl2)中的中的CuAl2相。相。上節課復習上節課復習1、二元共晶相圖的平衡凝固、二元共晶相圖的平衡凝固2、二元共晶相圖的非平衡凝固、二元共晶相圖的非平衡凝固3、 組織組成物和相組成物區別組織組成物和相組成物區別固溶體合金凝固過程主要為固溶體合金凝固過程主要為勻晶轉變勻晶轉變+脫熔轉變脫熔轉變，室溫組織為室溫組織為初生固溶體初生固溶體+次生組織次生組織亞共晶和過共晶合金的凝固過程主要為亞共晶和過共晶合金的凝固過程主要為勻晶轉變勻晶轉變+共晶轉變共晶轉變+脫脫

16、熔轉變熔轉變。室溫組織為。室溫組織為共晶組織共晶組織+先共晶初生相先共晶初生相+次生組織。次生組織。共晶合金凝固過程主要為共晶合金凝固過程主要為共晶轉變共晶轉變+脫熔轉變脫熔轉變，室溫組織為室溫組織為共晶組織共晶組織偽共晶偽共晶 條件：條件： ABDCP 特點：特點： ABDCP 3、相變反應不同。、相變反應不同。ABDCP包晶線與共晶線的區別包晶線與共晶線的區別：1、均是等溫線；、均是等溫線；2、共晶線為固相線，而、共晶線為固相線，而包晶線的包晶線的 DP段為固相線，段為固相線， PC段為非固相線；段為非固相線；二相圖二相圖的區別的區別？ABDCP平衡組織為平衡組織為DDP包晶反應時原子遷移

17、過程示意圖：包晶反應時原子遷移過程示意圖： 包晶反應后有剩余包晶反應后有剩余L L相相平衡組織為平衡組織為ABDCP3. 3. 10.5%(Ag)42.4%亞包晶合金亞包晶合金 （合金（合金） 平衡組織為平衡組織為 溶混間隙轉變溶混間隙轉變可寫成可寫成LL1+L2或或 1+ 2是通常的形核長大方法；是通常的形核長大方法；拐點跡線拐點跡線以外以外是通過沒有形核階段的不穩定分解，是通過沒有形核階段的不穩定分解，稱為調幅分解。稱為調幅分解。拐點跡線拐點跡線以以內內 s圖圖7.37 Cu-Sn相圖相圖表表7.1 二元系各類恒溫轉變圖型二元系各類恒溫轉變圖型1.根據相圖判斷合金的使用性能（見圖根據相圖判

18、斷合金的使用性能（見圖7.38)圖圖7.38 相圖與合金硬度、強度及電導率之間的關系相圖與合金硬度、強度及電導率之間的關系 形成兩相混合物的合金，性能是兩組成相性形成兩相混合物的合金，性能是兩組成相性能的平均值（性能與成分呈線性變化）。固溶體能的平均值（性能與成分呈線性變化）。固溶體的性能隨合金成分呈曲線變化。的性能隨合金成分呈曲線變化。共晶合金共晶合金： 熔點低，流動性好，易形成集中熔點低，流動性好，易形成集中 縮孔，合金致密，縮孔，合金致密，鑄造性能好鑄造性能好。固溶體合金固溶體合金：強度低，塑性好，變形均勻，：強度低，塑性好，變形均勻，壓壓 力加工性能好力加工性能好。合金熱處理性：有無固

19、態相變合金熱處理性：有無固態相變2.根據相圖判別合金的工藝性能根據相圖判別合金的工藝性能(見圖見圖7.39)圖圖7.39 相圖與流動性、縮孔性之間的關系相圖與流動性、縮孔性之間的關系 a：w=42%，w（+）=58% b：w=56%，w=44% 85%B1.2. 1) 點點: A、D、J、C、S、E。2) 區：五個單相區：區：五個單相區：L Fe3C 七個雙相區：七個雙相區：L+ L+ L+ Fe3C + + + Fe3C + Fe3C 3) 線：線： ABCD : 液相線液相線 AHJECF : 固相線固相線 三條水平線三條水平線 三條析出線三條析出線： （6 6）典型合金的結晶過程分析及組

20、織）典型合金的結晶過程分析及組織 1 1）工業純鐵）工業純鐵（C0.0218%） 2 2）共析鋼）共析鋼 （0.77%） 3 3）亞共析鋼）亞共析鋼（0.02180.77%） 4 4）過共析鋼）過共析鋼（0.772.11%） 5 5）共晶白口鑄鐵）共晶白口鑄鐵（C=4.3%） 6 6）亞共晶白口鑄鐵）亞共晶白口鑄鐵（2.114.3%） 7 7）過共晶白口鑄鐵）過共晶白口鑄鐵（4.36.69%） 按組織組成物填區的按組織組成物填區的Fe-Fe3C相圖相圖7.62相組成物及組織組成物計算相組成物及組織組成物計算 v主要討論二元合金在主要討論二元合金在勻晶轉變和共晶轉變勻晶轉變和共晶轉變中的凝中的凝

21、固理論，在此基礎上簡述鑄錠的組織及缺陷。固理論，在此基礎上簡述鑄錠的組織及缺陷。7.4.1 固溶體合金的凝固理論固溶體合金的凝固理論一一. . 固溶體合金的平衡凝固固溶體合金的平衡凝固v將成分為將成分為w0的單相固溶體合金的溶液置于圓棒的單相固溶體合金的溶液置于圓棒形錠內，由左向右進行定向凝固，如圖形錠內，由左向右進行定向凝固，如圖7.66（a）所示，其平衡凝固過程中液、固相成分變化）所示，其平衡凝固過程中液、固相成分變化如圖如圖7.66（b）所示。）所示。 圖圖7.66長度為長度為L的圓棒形錠子（的圓棒形錠子（a）和平衡冷卻示意圖（）和平衡冷卻示意圖（b）v綜上所述，綜上所述，固溶體平衡凝固過程是固溶體平衡凝固過程是：形核：形核相界平衡相界平衡擴擴散破