合金相图.ppt
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合金的结构及相图 ppt课件
• 是由第一族元素、过渡族元素与第二至第 五族元素结合而成
• 此类化合物不遵守原子价规律，而是服从 电子浓度规律，即按照一定的电子浓度组 成一定的晶格结构的化合物
• 电子浓度是化合物中价电子数与原子数之 比
课件
17
• 如CuZn化合物，其原子数为2，Cu的价电 子数为1，Zn 价电子数为2，故其电子浓度 为3/2。
课件
34
课件
35
2) 两平衡相相对量的确定
• 在两相区内，对特定的温度，两相的质量 比是一定值。图12-28(b)中wNi=x%成分的 合金，在T1温度时，两相的质量之比，可 用下式表达：
m l xc m a ax
• 式中：ml为L相的质量；ma为相反质量； xc、ax为线段长度。
课件
36
质量相对量wl、wa可由式下计算：
课件
25
在下面的讨论中将用到以下这些概念：
• 组元：组成合金的最简单、最基本、能独立存在的物质称 为组元。元素是组元。此外，在研究问题范围内既不分解 也不发生任何化学反应的稳定的化合物也是组元。
• 合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系 列不同成分的合金，称为合金系。
• 相图：表示合金系在平衡条件下，合金的状态与成分、温 度之间相互关系的图形。所谓平衡，也称为相平衡。是指 合金在相变过程中，原子能充分扩散，各相的成分相对质 量保持稳定，不随时间改变的状态。在实际的加热或冷却 过程中，控制十分缓慢的加热或冷却速度，就可以认为是 接近了相平衡条件。
课件
33
(3) 杠杆定律
• 当合金处于两相区内任一温度时，L、α相 的成分及两相的相对量可按下述方法确定 ：
1) 两相成分的确定 • 如图1.2-27所示，过温度（t1）作水平线，
• 此类化合物不遵守原子价规律，而是服从 电子浓度规律，即按照一定的电子浓度组 成一定的晶格结构的化合物
• 电子浓度是化合物中价电子数与原子数之 比
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17
• 如CuZn化合物，其原子数为2，Cu的价电 子数为1，Zn 价电子数为2，故其电子浓度 为3/2。
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34
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35
2) 两平衡相相对量的确定
• 在两相区内，对特定的温度，两相的质量 比是一定值。图12-28(b)中wNi=x%成分的 合金，在T1温度时，两相的质量之比，可 用下式表达：
m l xc m a ax
• 式中：ml为L相的质量；ma为相反质量； xc、ax为线段长度。
课件
36
质量相对量wl、wa可由式下计算：
课件
25
在下面的讨论中将用到以下这些概念：
• 组元：组成合金的最简单、最基本、能独立存在的物质称 为组元。元素是组元。此外，在研究问题范围内既不分解 也不发生任何化学反应的稳定的化合物也是组元。
• 合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系 列不同成分的合金，称为合金系。
• 相图：表示合金系在平衡条件下，合金的状态与成分、温 度之间相互关系的图形。所谓平衡，也称为相平衡。是指 合金在相变过程中，原子能充分扩散，各相的成分相对质 量保持稳定，不随时间改变的状态。在实际的加热或冷却 过程中，控制十分缓慢的加热或冷却速度，就可以认为是 接近了相平衡条件。
课件
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(3) 杠杆定律
• 当合金处于两相区内任一温度时，L、α相 的成分及两相的相对量可按下述方法确定 ：
1) 两相成分的确定 • 如图1.2-27所示，过温度（t1）作水平线，
合金相图的基本知识.ppt
相图的坐标系（成分—温度）
组元A
温 度
表A、B含量的变化线
相律
Gibbs相律： 表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元
数和相数之间的关系。 f=c-p+2
其中系统的自由度数是指在保持合金系的相 的数目不变的情况下，合金系中可以独立改变的、 影响合金状态的内部及外部因素的数目。
当系统的压力为常数时， f=c-p+1
相图
平衡是指在一定条件下合金系中参与 相变过程的各相的成分和质量分数不 再变化所达到一种状态。合金在极其 缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般 可以认为是平衡的结晶过程。
相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件
和相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图 或状态图，是合金体系中材料的状态与温度、成分 间关系的简明图解。
合金相图
2、相图分析 点：D
1772A
1600 1800
线：பைடு நூலகம்
L
L
1400
温 度
1200
C
10.5
1186 42.4
D
P
66.3 L+ 962
1000
B
800
+
液相线APB 固相线ACDB 包晶线CDP L P + C D 固溶度曲线 CE、DF
600
区：
40 60 80
400
画曲线，分阶段，各段画出相转变；
引线标相（组织）名，这样做最简便。
四、二元包晶相图分析
1、基本概念 什么叫包晶转变？
合金在冷却到某一温度时，已结晶出的一定 成分的固相和它周围尚未结晶的一定成分的液相 发生反应结晶出另外一种固相，这就是包晶反应。 即： L
许多合金系都具有包晶转变，例如Pt-Ag、Sn-Ag、 Cd-Hg、Cu-Zn、Cu-Sn等。Pt-Ag合金相图是一种 比较简单的包晶相图，下面以此为例进行分析。
F
p B% S
G
Pb
Sn
(+)共晶=2N/EN×100%
Ⅱ% =(E2/EN)×(SG/FG) ×100%
初%=(E2/EN)×(FS/FG)×100% 或初% =1-(+)共晶% -Ⅱ%
0E
20
F 100
Pt
Ag%
Ag
单相区L、 、 双相区L 、 L + 、 +
Pt-Ag合金相图
包晶合金的平衡结晶过程
L L
1800
A
T/ ℃
1600
合金相图课件
六、铁碳相图得应用
1、在钢铁材料选用方面得应用
●建筑结构与各种型钢需用塑性、韧性好得材料,因此选 用碳含量较低得钢材。
●各种机械零件需用强度、塑性及韧性都较好得材料。 应选用碳含量适中得中碳钢。各种工具需用硬度高与耐 磨性好得材料,则选碳含量高得钢种。
➢在1495 ℃发生包晶转变
1495 ℃
A
1495℃
LB+H
γJ
H N
J
B
E
➢在1148℃发生共晶转变
G
1148℃
LC
γE+Fe3C
P
S
➢ 在727℃发生共析转变
γS
727℃ P+Fe3C Fe
L
1227℃
D
C
F
1148℃
K
727 ℃
Fe3C
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
注意:共析转变与共晶转变得区别
L'd
共晶白口铸铁的室温组织
(七)过共晶白口铸铁(4、3% < Wc < 6、69%)
组织:L’d+ Fe3CІ (L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ) 性能:硬而脆。
L’d
Fe3CІ
过共晶白口铸铁室温组织
四、组织组成物与含碳量关系(P77)
类别名称
含碳量Wc （%）
室温平衡组织
工业纯铁 亚共析钢 共析钢
工业纯铁——<0、02%C, 冷轧提高强度,得到冷轧板。
0.0008 Q
晶界 F
工业纯铁室温组织 F
(三)珠光体(P)——与Fe3C形成得机械混合物
相:+ Fe3C两种相组成
第四章二元合金相图PPT课件
又因为：Q合金=QL+Qa 所以（QL+Qa ）% × b%=QL% × a%+Qa % × c%
由杠杆定律可算出在T1时液相和固相在合金中的质量 分数：
运用杠杆定律时要注意: 只适用于相图中两相区并且只能在平衡状态下使用。 杠杆定律的应用：
1、确定某一温度下两平衡相的成分 2、确定某一温度下两平衡相的相对量
（a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图
三、相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示 在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平 衡相数之间的关系式。在衡压条件下，其数学 表达式为: f=c-p+1 式中 f－自由度数 c－组元数 p－平衡相数
第二节 二元合金相图的基本类型
一、匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams
共晶合金组织的形态
( 机械混合物，两相交 替分布其中黑色片层为 α 相，白色基体为β 相）
（3）合金III的平衡结晶过程
（ 亚共晶合金）结晶过程分三个阶段，即匀晶反应+共晶反应 +二次结晶反应。
L
L+a初 L+a初+（ ac+βd)
a初+（ ac+βd)
（ a初+βII）+（ a+β）
合金的室温 和β。
其结晶过程与合金iii相似只是匀晶产物为初晶二次结晶产物为4合金的平衡结晶过程进化心理学综合了进化生物学的各种理论和当代心理学的研究法则主张用进化论的视野来看待和研究人格问题为人格心理学核心概念的建构提供了一个系统的框架
工程材料与热加工基础
The Fundamentals of Engineering Materials & Heat
由杠杆定律可算出在T1时液相和固相在合金中的质量 分数：
运用杠杆定律时要注意: 只适用于相图中两相区并且只能在平衡状态下使用。 杠杆定律的应用：
1、确定某一温度下两平衡相的成分 2、确定某一温度下两平衡相的相对量
（a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图
三、相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示 在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平 衡相数之间的关系式。在衡压条件下，其数学 表达式为: f=c-p+1 式中 f－自由度数 c－组元数 p－平衡相数
第二节 二元合金相图的基本类型
一、匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams
共晶合金组织的形态
( 机械混合物，两相交 替分布其中黑色片层为 α 相，白色基体为β 相）
（3）合金III的平衡结晶过程
（ 亚共晶合金）结晶过程分三个阶段，即匀晶反应+共晶反应 +二次结晶反应。
L
L+a初 L+a初+（ ac+βd)
a初+（ ac+βd)
（ a初+βII）+（ a+β）
合金的室温 和β。
其结晶过程与合金iii相似只是匀晶产物为初晶二次结晶产物为4合金的平衡结晶过程进化心理学综合了进化生物学的各种理论和当代心理学的研究法则主张用进化论的视野来看待和研究人格问题为人格心理学核心概念的建构提供了一个系统的框架
工程材料与热加工基础
The Fundamentals of Engineering Materials & Heat
第六章二元合金相图PPT课件
1. 形态：此类共晶形态有：片层状、棒状、短棒状. 如：Pb-Sn、Pb-Cd、Cd-Zn、Sn-Zn、Ag-Cu等
（a）片层状
（b）短棒状
（c）球状
30
（f）菜花状层片 （c）纤维状
立体形态
(d) 六角螺旋状
（a）片层状
（b）短棒状
（c）球状
31
2.共晶组织金相形态形成原因：共晶组织的形态与 两相的本质、两相的相对量、两相凝固时固液界面形 貌及其冷却速度有关。 从热力学分析，共晶组织中两相的形态和分布，应 尽量使其界面积最小，界面能最低。
26
室温组织中组织组成物的相对重量为α初＋（α＋β） : （二次相忽略）
W 6 61 1..9 9 1 59 0100% 27.74% W ( )6 5 1 0 .9 1 1 9 91 0 0 % 7 2 .2 6 %
27
室温组织中相组成物的相对重量为α＋β (近似值):
W 101 00 050100% 50%
b’表示50%Cu合金结晶完成;
bb’线段上的点表示合金正在结晶过程中，处于L和
α两相区;
3.确定合金的相变温度;
4.杠杆定律：
成分为b的合金在温度T1时处于两相共存，两相的重
量比是一定的，wL、wS分别为T1温度时的剩余的液
相及结晶出的固相。
9
（1）利用杠杆定律可确定平衡两相区内平衡两相成分 CL 及Cα
的降低由α→βⅡ （二次相）。 NG线-A组元在β固溶体中的溶解度曲线。随着温度
的降低由β→αⅡ 。（二次相）。 22
二、共晶系典型合金的平衡结晶过程
合金分类: 共晶合金-E点成分合金； 亚共晶合金- M～E间合金； 过共晶合金- E ～ N间合金； 端部固溶体合金-M、N以外
（a）片层状
（b）短棒状
（c）球状
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（f）菜花状层片 （c）纤维状
立体形态
(d) 六角螺旋状
（a）片层状
（b）短棒状
（c）球状
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2.共晶组织金相形态形成原因：共晶组织的形态与 两相的本质、两相的相对量、两相凝固时固液界面形 貌及其冷却速度有关。 从热力学分析，共晶组织中两相的形态和分布，应 尽量使其界面积最小，界面能最低。
26
室温组织中组织组成物的相对重量为α初＋（α＋β） : （二次相忽略）
W 6 61 1..9 9 1 59 0100% 27.74% W ( )6 5 1 0 .9 1 1 9 91 0 0 % 7 2 .2 6 %
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室温组织中相组成物的相对重量为α＋β (近似值):
W 101 00 050100% 50%
b’表示50%Cu合金结晶完成;
bb’线段上的点表示合金正在结晶过程中，处于L和
α两相区;
3.确定合金的相变温度;
4.杠杆定律：
成分为b的合金在温度T1时处于两相共存，两相的重
量比是一定的，wL、wS分别为T1温度时的剩余的液
相及结晶出的固相。
9
（1）利用杠杆定律可确定平衡两相区内平衡两相成分 CL 及Cα
的降低由α→βⅡ （二次相）。 NG线-A组元在β固溶体中的溶解度曲线。随着温度
的降低由β→αⅡ 。（二次相）。 22
二、共晶系典型合金的平衡结晶过程
合金分类: 共晶合金-E点成分合金； 亚共晶合金- M～E间合金； 过共晶合金- E ～ N间合金； 端部固溶体合金-M、N以外
轻合金铝合金相图及合金相 ppt课件
❖ Westengen 在对1050合金 [ 0.25%(质量)Fe， 0.13%(质量)Si ] DC铸锭均匀化前后相的形成和 转变的研究工作中，又发现一新的 相， Westengen 将之表达为 相。
❖ 图34是其典型TEM形貌及[100]晶带轴的选区电 子衍射花样。
图34 相典型TEM形貌及[100]晶带轴选区电子衍射花样
❖ 杂质铁和硅在Al-Cu-Mn系合金中有时还可能形成 (FeMn)Al6相。
❖ 2. 3 3×××系和 4×××系中的多元化合 物
❖ 3×××系合金的主要合金元素是锰，该系合金中的锰含量 在1.0%～1.6%，Fe、Si是主要杂质元素。
❖ Fe、Si元素含量对合金相和显微组织有很大影响，必须严格 控制其含量。
❖ 在4×××系合金中，Si是主要元素。
❖ 在部分4×××系合金中，也添加了Cu、Mg、Ni、Mn等 元素。
❖ 工业生产的4A01、4A13和4A17三个合金均含有 +Si共 晶体和 (Al5FeSi)相。
❖ 由于各合金中硅含量不同，其组织中的共晶体量也依次 (4A01、4A13和4A17) 递增。
图16 Al-Cu-Li 三元相图
图17 Al-Cu-Mg 三元相图
图18 Al-Cu-Zn 三元相图
图19 Al-Fe-Mn 三元相图
图20 Al-Fe-Cr 三元相图
图21 Al-Fe-Zn 三元相图
图22 Al-Mn-Mg 三元相图
图23 Al-Si-Mg 三元相图
图24 Al-Zn-Mg 三元相图
❖ 2. 5 6×××系和 7×××系中的化合物
❖ 6×××系合金包括Al-Mg-Si和Al-Mg-Si-Cu系合金。
❖ Al- Mg-Si-Cu系合金中铜含量在0.4%以下，主要强化相是 Mg2Si。
材料科学基础-第7章2合金相图
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Figure Solidification, precipitation, and microstructure of a Pb-10% Sn alloy. Some dispersion strengthening occurs as the β solid precipitates.
9
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Example SOLUTION
Phases in the Lead–Tin (Pb-Sn) Phase Diagram
Determine (a) the solubility of tin in solid lead at 100oC, (b) the maximum solubility of lead in solid tin, (c) the amount of β that forms if a Pb-10% Sn alloy is cooled to 0oC, (d) the masses of tin contained in the α and β phases, and (e) mass of lead contained in the α and β phases. Assume that the total mass of the Pb-10% Sn alloy is 100 grams.
6
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Figure Solidification, precipitation, and microstructure of a Pb10% Sn alloy. Some dispersion strengthening occurs as the β solid precipitates.
7
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Example
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第三讲铝及其合金相图合金相与热处理(共37张PPT)
三元相图垂直截面
ZL103铝硅铜合金
• ZAlSi5Cu2
未变质处理
白T5色－a淬固火白溶＋体色局，部a共固人晶工硅溶时呈效体深〔灰人色工细时小效针温状度和低条或状时
间短
自然时效片条状共人晶工时硅效
组Al-织Fe中-S有少i三亮元量灰相色块图针状状β初〔A晶l9F硅e2Si2〕
黑色骨骼状 AT5l8－M淬g3火Si＋Fe局Si部6 人工时效〔M人工g2时S效i温度低或时
热处理(退火、淬火和时效)
1〕退火 (1) 再结晶退火－铝件经过变形加工后，在再结晶 温度以上保温一段时间后空冷，用于消除变形工件 的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。
(2) 低温退火－消除内应力，适当增加塑性，通常在 180～300℃保温后空冷。
(3) 均匀化退火－消除铸锭或铸件的成分偏析及 内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空 冷。
彩色金相
未变质处理 砂型铸造铝 合金中的
• CuAl2相 棕色－紫色
－蓝色或浅 绿色
2〕淬火〔固溶处理〕
将铝合金加热到固溶线以上保温后快 冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、 不稳定的单一 固溶体。淬火后铝合金 的强度和硬度不高，具有很好的塑性。
3〕时效
将淬火后的铝合金，在室温或低温加热下保温 一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升高而塑 性降低的现象，称为时效。室温下进行的时效称为 自然时效；低温加热下进行的时效称为人工时效。
组织中有亮灰色针状β〔Al9Fe2Si2〕 杂质铁过多存在
Al－Cu相图
•共 晶 相 图
具有化合物的组合相图
三元相图恒温截面
三元相图
•三 元 相 图 垂 直 截 面
T6－淬火＋完全人工时效
典型铝合金相图 ppt
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典型的铝合金三元相图
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典型的铝铝合金相图
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1. 二元合金相图
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1、铜镍合金相图相区分析 液相线tAa2aa1tB：开始结晶的温度线。 固相线tAb2cb1tB ：结晶终止线。 由线包围的区域称为相区
单相区：液相线以上为液体L 固相线以下为固溶体α
双相区：固液相线之间L、α两相 同时共存，以L+α表示
二、匀晶相图 2 、合金的结晶过程 匀晶转变的结晶过程：L→L+α →α
性能: 一般较硬、脆
三、机械混合物
液态金属在平衡凝固时形成的两种固溶体或 固溶体加金属化合物的混合物(机械混合物)
单一固溶体：强度、硬度较低 单一化合物：硬而脆 机械混合物——不是一种单一相
3.2 二元合金相图
概念： 合金相图是用图解的方法表示不同 温度及成分下合金系中各相的平衡 关系，又称平衡图或状态图。
❖ 共晶转变：一个液相在冷却过程中 同时结晶出两个结构不同的固相的转变。 即：L+
❖共晶体：共晶转变所得的两相机械混合物。
❖共晶相图：具有共晶转变的相图。 如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu和Mg-Al等。
1、Pb－Sn合金相图分析
• ⑴ 相：L、、
——Sn在 Pb中的固溶体， ——Pb 在Sn中的固溶体。
AS 727℃
( AE + Fe3C ) Ld ( FP + Fe3C ) P
A T°
G
Fe - FEeCF3线C:共相晶转图变
匀晶相图
L L→L共d(晶A+相F图e3C)
D
G时S不线同（成AL3分+）的A：A开冷始却
A
析出铁素体F的温度线
铁碳合金：铁和碳两种元素组成的合金。 铁碳相图：研究钢铁成分、组织和性能
之间关系的理论基础，制定 热加工工艺的依据。
一、 相的种类
（1）铁素体 碳在-Fe中形成的固溶体， 以F表示，体心立方晶格
强度硬度低，塑性和韧性好。
一、 相的种类
（2）奥氏体 碳在-Fe 中形成的固溶体， 以A表示，面心立方晶格
强度硬度低，塑性和韧性好。
一、 相的种类
（3）渗碳体
• 铁和碳形成的间隙化合物， 分子式Fe3C，以Cm表示
• 性能：熔点高，硬度高， 强度低，塑韧性差，为硬脆相
二、组织的种类
铁素体 奥氏体 渗碳体 •珠光体（P） 莱氏体（Ld）
F+Fe3C=P （机械混合物）
奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
铁碳合金中的基本组织及其特点
相图主要研究合金相、成分、温度三者之间关系
一、相图的建立(热分析法)
用热分析法建立Cu－Ni相图
70Ni
℃
30Ni
50Ni 30Cu 50Cu
Ni
70Cu
Cu
度 温
1083
Cu 时间
冷却曲线
L
1452
L+α
α
30
50
70
Ni
W（Ni）％
相图
二、匀晶相图
匀晶相图——两组元的合金系在液态下无限互溶， 在固态下也无限互溶，所组成的相图。
特性线划分出
铁素体区，渗碳体区
七个双相区
三、相图分析
• 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 • 四条重要的线: EF、ES、GS、PSK。 • 两个重要转变: 共晶转变、共析转变。 • 两个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
三、相图分析
共晶转变反应式:
LC 1148℃
共析转变反应式:
第三章 合金相图
3.1 合金的相结构 3.2 二元合金相图 3.3 铁碳合金相图
3.1 合金的相结构
合金－两种以上的金属元素(或金属与非金属元素) 所形成 的具有金属特性的物质. 问题－合金中各元素如何分布？
组成合金的元素相互作用可形成不同的相 相－合金中成分相同，结构相同，并与其他部分有界面相互分 开的均匀组成部分。
产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸 变及对位错的钉扎作用，阻碍了位错的运动。
二、化合物
溶质原子～溶剂原子，形成具有金 属性质、固定化学成分的化合物。
如钢中Fe~C形成Fe3C；
结构特点:
①典型成分可用化学分子式表示。
铁碳合金中的Fe3C
②具有与组成组元不同的结构类型。组元独立成晶。
③大部分可以化合物为基，形成固溶体，成分可变。
合金中的相
固溶体 化合物
纯铁内部结构示意图
Al-Cu两相合 金
一、固溶体
溶质原子处于固态(金属)溶剂晶格中所形成的 合金相称为固溶体
❖溶剂A + 溶质B = C
bcc
fcc bcc
例如:Βιβλιοθήκη α – Fe + C = F ( 铁素体 )
体心 六方
体心
一、固溶体
按溶质原子所占位置 固溶体分类
置换式固溶体 间隙固溶体
固溶体在平衡结晶过程中： 固相成分沿固相线变化 液相成分沿液相线变化
二、匀晶相图
3、合金的不平衡结晶与树枝状偏析
实际生产中冷速快，扩散和长大都不充分，先结晶 的部分与后结晶的部分成分有差异，这种结晶偏离了 平衡条件，称为非平衡结晶。
产 生
枝晶偏析（树枝状偏析、晶内偏析）
消 除
扩散退火
三、共晶相图
T1到T2从液体中完全 结晶出固溶体，T2到T3 成分不变。T3以下析出 固溶体，称为次生固溶体。
（2） 合金Ⅲ（共晶合金） E点为共晶点，发生共晶反应：E以下析出次生相
共晶组织模型
（3）合金Ⅱ（ 亚共晶合金）
（4）合金Ⅳ（ 过共晶合金） 成分在共晶点以右
思考： 过共晶合金 的结晶过程
第三节 铁碳合金相图
无限固溶体 按固溶度分
有限固溶体
一、固溶体
1、置换型固溶体 溶质原子占据 晶格结点位置
2、间隙固溶体 定义：溶质原子进入溶剂晶格的间隙形成的固溶体。 溶质：原子半径较小的H,O,N,C,B等 溶剂：过渡族金属
R溶质 / R溶剂 ≤ 0.59
一、固溶体
固溶体的性能 随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑 性、韧性下降——固溶强化
三、相图分析
F+Fe3C
1、特性点
2、特性线
（1）液相线 ACD （2）固相线AECF （3）GS线（A3线）： （4）ES线（Acm线） （5）共析转变水平线PSK（A1线）
A（0.77％） → 727℃（F+Fe3C）P （6）共晶转变水平线ECF
五个单相区: 液相区， 固溶体区，奥氏体区，
⑵ 相区：
单相区： L、、；
A
两相区： L+、 L+、 +
B
三相区：水平线CED， L++
⑶ 液固相线：液相线AEB，固相 线ACEDB。 ⑷ 固溶线：溶解度点的连线称固 溶线。相图中的CF、 DG线分别 为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶 线。
2、典型合金的结晶过程
（1） 合金Ⅰ（端际固溶体）
单相区：液相线以上为液体L 固相线以下为固溶体α
双相区：固液相线之间L、α两相 同时共存，以L+α表示
二、匀晶相图 2 、合金的结晶过程 匀晶转变的结晶过程：L→L+α →α
性能: 一般较硬、脆
三、机械混合物
液态金属在平衡凝固时形成的两种固溶体或 固溶体加金属化合物的混合物(机械混合物)
单一固溶体：强度、硬度较低 单一化合物：硬而脆 机械混合物——不是一种单一相
3.2 二元合金相图
概念： 合金相图是用图解的方法表示不同 温度及成分下合金系中各相的平衡 关系，又称平衡图或状态图。
❖ 共晶转变：一个液相在冷却过程中 同时结晶出两个结构不同的固相的转变。 即：L+
❖共晶体：共晶转变所得的两相机械混合物。
❖共晶相图：具有共晶转变的相图。 如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu和Mg-Al等。
1、Pb－Sn合金相图分析
• ⑴ 相：L、、
——Sn在 Pb中的固溶体， ——Pb 在Sn中的固溶体。
AS 727℃
( AE + Fe3C ) Ld ( FP + Fe3C ) P
A T°
G
Fe - FEeCF3线C:共相晶转图变
匀晶相图
L L→L共d(晶A+相F图e3C)
D
G时S不线同（成AL3分+）的A：A开冷始却
A
析出铁素体F的温度线
铁碳合金：铁和碳两种元素组成的合金。 铁碳相图：研究钢铁成分、组织和性能
之间关系的理论基础，制定 热加工工艺的依据。
一、 相的种类
（1）铁素体 碳在-Fe中形成的固溶体， 以F表示，体心立方晶格
强度硬度低，塑性和韧性好。
一、 相的种类
（2）奥氏体 碳在-Fe 中形成的固溶体， 以A表示，面心立方晶格
强度硬度低，塑性和韧性好。
一、 相的种类
（3）渗碳体
• 铁和碳形成的间隙化合物， 分子式Fe3C，以Cm表示
• 性能：熔点高，硬度高， 强度低，塑韧性差，为硬脆相
二、组织的种类
铁素体 奥氏体 渗碳体 •珠光体（P） 莱氏体（Ld）
F+Fe3C=P （机械混合物）
奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
铁碳合金中的基本组织及其特点
相图主要研究合金相、成分、温度三者之间关系
一、相图的建立(热分析法)
用热分析法建立Cu－Ni相图
70Ni
℃
30Ni
50Ni 30Cu 50Cu
Ni
70Cu
Cu
度 温
1083
Cu 时间
冷却曲线
L
1452
L+α
α
30
50
70
Ni
W（Ni）％
相图
二、匀晶相图
匀晶相图——两组元的合金系在液态下无限互溶， 在固态下也无限互溶，所组成的相图。
特性线划分出
铁素体区，渗碳体区
七个双相区
三、相图分析
• 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 • 四条重要的线: EF、ES、GS、PSK。 • 两个重要转变: 共晶转变、共析转变。 • 两个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
三、相图分析
共晶转变反应式:
LC 1148℃
共析转变反应式:
第三章 合金相图
3.1 合金的相结构 3.2 二元合金相图 3.3 铁碳合金相图
3.1 合金的相结构
合金－两种以上的金属元素(或金属与非金属元素) 所形成 的具有金属特性的物质. 问题－合金中各元素如何分布？
组成合金的元素相互作用可形成不同的相 相－合金中成分相同，结构相同，并与其他部分有界面相互分 开的均匀组成部分。
产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸 变及对位错的钉扎作用，阻碍了位错的运动。
二、化合物
溶质原子～溶剂原子，形成具有金 属性质、固定化学成分的化合物。
如钢中Fe~C形成Fe3C；
结构特点:
①典型成分可用化学分子式表示。
铁碳合金中的Fe3C
②具有与组成组元不同的结构类型。组元独立成晶。
③大部分可以化合物为基，形成固溶体，成分可变。
合金中的相
固溶体 化合物
纯铁内部结构示意图
Al-Cu两相合 金
一、固溶体
溶质原子处于固态(金属)溶剂晶格中所形成的 合金相称为固溶体
❖溶剂A + 溶质B = C
bcc
fcc bcc
例如:Βιβλιοθήκη α – Fe + C = F ( 铁素体 )
体心 六方
体心
一、固溶体
按溶质原子所占位置 固溶体分类
置换式固溶体 间隙固溶体
固溶体在平衡结晶过程中： 固相成分沿固相线变化 液相成分沿液相线变化
二、匀晶相图
3、合金的不平衡结晶与树枝状偏析
实际生产中冷速快，扩散和长大都不充分，先结晶 的部分与后结晶的部分成分有差异，这种结晶偏离了 平衡条件，称为非平衡结晶。
产 生
枝晶偏析（树枝状偏析、晶内偏析）
消 除
扩散退火
三、共晶相图
T1到T2从液体中完全 结晶出固溶体，T2到T3 成分不变。T3以下析出 固溶体，称为次生固溶体。
（2） 合金Ⅲ（共晶合金） E点为共晶点，发生共晶反应：E以下析出次生相
共晶组织模型
（3）合金Ⅱ（ 亚共晶合金）
（4）合金Ⅳ（ 过共晶合金） 成分在共晶点以右
思考： 过共晶合金 的结晶过程
第三节 铁碳合金相图
无限固溶体 按固溶度分
有限固溶体
一、固溶体
1、置换型固溶体 溶质原子占据 晶格结点位置
2、间隙固溶体 定义：溶质原子进入溶剂晶格的间隙形成的固溶体。 溶质：原子半径较小的H,O,N,C,B等 溶剂：过渡族金属
R溶质 / R溶剂 ≤ 0.59
一、固溶体
固溶体的性能 随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑 性、韧性下降——固溶强化
三、相图分析
F+Fe3C
1、特性点
2、特性线
（1）液相线 ACD （2）固相线AECF （3）GS线（A3线）： （4）ES线（Acm线） （5）共析转变水平线PSK（A1线）
A（0.77％） → 727℃（F+Fe3C）P （6）共晶转变水平线ECF
五个单相区: 液相区， 固溶体区，奥氏体区，
⑵ 相区：
单相区： L、、；
A
两相区： L+、 L+、 +
B
三相区：水平线CED， L++
⑶ 液固相线：液相线AEB，固相 线ACEDB。 ⑷ 固溶线：溶解度点的连线称固 溶线。相图中的CF、 DG线分别 为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶 线。
2、典型合金的结晶过程
（1） 合金Ⅰ（端际固溶体）