第三章二元相圖與鐵碳相圖幾個名詞概念（復(fù)習(xí)）：組元（元）：純元素或穩(wěn)定化合物合金及合金系：由兩個或兩個以上組元按一定比例配制而成的一系列不同成分的合金。相：合金中具有相同化學(xué)成分，相同晶體結(jié)構(gòu)，彼此之間有界面分開的均勻部分。相變：溫度改變時，合金由一種相狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相狀態(tài)。二元合金相圖:表示二元合金系中不同成分的合金，在溫度極緩慢變化條件下，在各種不同溫度下的相組成和相變化的圖。3.1

二元合金相圖3.1.1二元合金相圖的建立

熱分析法、金相法等。

相圖的建立(銅鎳合金為例):(1)配制不同成分的銅鎳合金。(2)測出每種合金的冷卻曲線，找出其相變溫度。銅鎳合金的冷卻100011001200130014001500溫度℃Cu20%Ni40%Ni80%Ni60%NiNi時間合金成分開始結(jié)晶溫度終了結(jié)晶溫度銅108380%銅1170

113860%銅1260

120040%銅1347

128520%銅1410

1382

鎳1451銅鎳合金的冷卻曲線和狀態(tài)圖100011001200130014001500溫度℃Cu20%Ni40%Ni80%Ni60%NiNi時間Ni%020406080100(3)

在溫度—成分坐標(biāo)系中標(biāo)出各成分合金的相變點。(4)將意義相同的點連接起來，得到銅鎳二元合金相圖。

0100200300400500Pb20406080Sb溫度Sb%(11.1)aL+ba+bL+aLFECADGBb奧氏體d

–鐵液+d奧+d液體液+奧ABNJ三種基本相圖020406080100溫度CuNi

銅、鎳熔點

液相線；

固相線。

液相區(qū)，用L表示；

固相區(qū)，用表示；

兩相區(qū)，用(L+) 表示3.1.2勻晶相圖

二元合金系中兩組元在固態(tài)能夠形成無限互溶的固溶體時，其合金相圖為勻晶相圖。 如Cu-Ni、Fe-Ni等合金系。銅鎳合金狀態(tài)圖Ni%020406080100L1.相圖結(jié)構(gòu)分析點：線：區(qū)：L+3.結(jié)晶過程中固相的成分變化（不平衡結(jié)晶）

“枝晶偏析”。

高溫擴散退火可消除枝晶偏析。2.合金的結(jié)晶過程溫度Ni%含60%鎳合金的冷卻曲線及結(jié)晶過程示意圖100011001200130014001500020406080100L1L2L3a3t1t2t3LLaa時間a2a14.杠桿定律

含鎳x%的合金

當(dāng)溫度為t時處于兩相區(qū)，

液相含鎳y%，固相含鎳z％。合金總重量為W：

W=W+WL。

合金的含鎳總量：

WX=WLy+WZ

WL*ab=Wa*bc

杠桿定律只適用于兩相區(qū)。100011001200130014001500020406080100溫度abctxyzNi%杠桿定律的推導(dǎo)及應(yīng)用WLW

具有共晶轉(zhuǎn)變的相圖叫共晶相圖。如Pb-Sb合金相圖。

L(+β)定義：

鉛中溶銻形成固溶體；

銻中溶鉛形成β固溶體。0100200300400500Pb20406080Sb溫度Sb%共晶相圖(11.1)aL+ba+bL+aLFECADGBb3.1.3共晶相圖成分0100200300400500Pb20406080Sb溫度Sb%共晶相圖(11.1)aL+ba+bL+aLFECADGBb成分線：AEB：液相線

ACEDB：固相線

（CD被稱作共晶線）

CF：固溶體的固溶線

DG：β固溶體的固溶線1.

共晶相圖分析

點：A：鉛的熔點B：銻的熔點

C：固溶體的最大溶解度點

D：β固溶體的最大溶解E：共晶點

F：固溶體的室溫溶解度點

G：β固溶體的室溫溶解度點

區(qū)：單相區(qū)：L、、β、

雙相區(qū)：L+、L+β、+β2.典型合金結(jié)晶過程

(1)

合金Ⅰ(室溫組織為+βⅡ)PbSbSb%11.1a+b50.575123122′’1

1′’122′123a+bIItIIVIVIII溫度ab(3)

共晶合金III。

室溫組織為(+β)。PbSbSb%11.1a+b50.575123122’1

1′’122′11′(a+b)tIIIIVIIIIII溫度ab

共晶產(chǎn)物的組織形態(tài)abab(2)

CE之間的合金II(DE之間的合金類似)。

亞共晶合金，室溫組織為

+βⅡ+(+β)。PbSbSb%11.1a+b50.575123122′1’

1′’122′122′a+bII+(a+b)tIIIVIVIII溫度ab

L+αL(a+b)

3.相組成圖PbSbSb%a+b溫度abL+aL+bL4.組織組成相圖PbSbSb%(a+b)溫度aba+(a+b)+

bIIa+bIIL+aL+bb+aII

b+(a+b)+aIIL3.1.4共析相圖和包晶相圖

1.共析相圖

具有共析轉(zhuǎn)變的相圖共析轉(zhuǎn)變:(+β)ABB%(a+b)溫度aba+(a+b)+

bIIa+bIIγ+aγ+bb+aII

b+(a+b)+aIIγC%FeCm(a+Cm)溫度a

a+(a+Cm)+

Cm

IIa+CmIIγ+aγ+Cm

Cm+(a+Cm)γ2.包晶相圖

含有包晶轉(zhuǎn)變的相圖。

包晶轉(zhuǎn)變

L+

γ

奧氏體d

–鐵液+d奧+d液體液+奧ABNJγLγ020406080溫度aL+βa+βL+aLFECADGB020406080溫度L+BA+BL+ALFECADGB思考：分析以下兩圖：(1)奧氏體A(γ)

碳溶于γ-Fe中形成的固溶體，面心

立方，強度低,塑性好。

(2)鐵素體F()碳溶于

－Fe中形成的固溶體，體心

立方，強度、硬度低,塑性、韌性好。

(3)滲碳體Fe3C(Cm)

金屬化合物。成分固定,為6.69%C。

性質(zhì)硬而脆。是鐵碳合金的強化相。3.2鐵碳相圖3.2.1鐵碳合金的基本相滲碳體Fe3C(Cm)是鐵碳合金中最重要的強化相，它的數(shù)量、分布、形態(tài)等都對材料的機械性能有很大影響。根據(jù)生成條件不同可分為：Fe3CⅠ：直接從液體中結(jié)晶出來的，條、塊狀；Fe3CⅡ：從奧氏體中析出的，易聚集在晶界上；Fe3CⅢ：從鐵素體中析出的，粒狀，量少；共晶Fe3C：共晶反應(yīng)產(chǎn)物，作為基體；共析Fe3C：共析反應(yīng)產(chǎn)物，呈片狀；

3.2.1鐵碳合金的基本組織（基本的機械混合物、基本相組成方式）萊氏體（Ld）：共晶產(chǎn)物，以Cm為基體,脆性大,1148℃進行，

L→(γ+Cm)

珠光體（P）:共析產(chǎn)物，片層狀機械混合物,有一定綜合機械性能,727℃進行，

γ→(+Cm)3.2.2Fe-Fe3C相圖分析(點、線、區(qū)，組成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奧+鐵鐵素體+滲碳體液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm鐵碳合金分類工業(yè)純鐵------------------<0.0218%C鑄鐵過共晶鑄鐵----4.3~6.69%C亞共晶鑄鐵-------2.11~4.3%C共晶鑄鐵----------4.3%C共析鋼-------------0.77%C過共析鋼----------0.77~2.11%C亞共析鋼----------0.0218~0.77%C鋼3.2.2Fe-Fe3C相圖分析（共晶部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)í?3-7Fe-Fe3Co??e?àí?SPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm

共晶:L(A+Fe3C) Ld4.31148℃3.2.2Fe-Fe3C相圖分析（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)Fe-Fe3CSPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm共析:A(F+Fe3C) PLdL’d3.2.2Fe-Fe3C相圖分析（各組成相的組織形態(tài)）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1Acm3.2.3典型合金結(jié)晶過程

1.共析鋼的結(jié)晶過程(含碳0.77%珠光體)

珠光體：由鐵素體和滲碳體組成的片層狀共析體。其中鐵素體約占80%，滲碳體約占12%。í?3-7Fe-Fe3Co??e?àí?P0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA2-33ò???1ò?é?LA1-2L12312332.亞共析鋼的結(jié)晶過程

含碳量為0.02%～0.77%。鐵素體+珠光體組織。FP4ò???0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA2-3AF3-4A1-2LL123412343.過共析鋼的結(jié)晶過程

含碳在0.77%～2.1%之間的鐵碳合金。珠光體+滲碳體。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA3-41ò?é?LA1-2LA2-3LP4ò???Fe3CFe3C123412340.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmAA1-2L1ò?é?LPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmAA1-2L1ò?é?LPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmLLd’Ld12122’1’4.共晶白口鐵的結(jié)晶過程5.亞共晶(白口)鑄鐵的結(jié)晶過程

含碳量為2.1%～4.3%之間的鐵碳合金。

室溫組織為P+Fe3CⅡ+Ld‘。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA2-3Ld3ò???Ld’PA1-2L1ò?é?L1231233.3.1判斷合金的組織

根據(jù)相圖可以判斷在溫度緩慢變化條件下，任一成分的合金在某個溫度時的組織是由哪些相組成的，各相的化學(xué)成分以及各相所占的比例。3.3相圖的應(yīng)用鐵碳合金室溫組織比例圖100%FFe3CFe3C￠òPLd’00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧