相图中的点、线、区及其意义
铁碳合金相图
含碳量越高，钢的强度、
硬度越高，而塑性、韧性 越低，这在钢经过热处理 后表现尤为明显。
四、Fe－Fe3C相图的应用
在焊接工艺上的应用
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律，为钢铁材 料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船舶、各种建筑结构等，都需要强度 较高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％） 的钢材；各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选用 碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求硬 度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯 铁的强度低，不宜用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工件， 如冷轧辊、球磨机的铁球等。
二、选择题 1、奥氏体是具有（ ）晶格的铁。 A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状 2、合金发生固溶强化的主要原因（ ）。 A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化 C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化 3、铁碳合金相图上的共析线是（ ）。 A、ACD B、ECF C、PSK 4、组成合金的最基本的独立物质称为（ ）。 A、相 B、组元 C、组织 5、单晶体的滑移变形是在（ ）的作用下发生的。 A、切应力 B、拉应力 C、压力
第三章
铁碳合金
学习目标：
一、铁碳合金相图的组成
二、Fe－Fe3C相图中特性点的含义
三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内
的组织。
三、单相区、二相区和三相区分析
一、铁碳合金相图的组成
铁碳合金相图——表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，
第三章二元合金相图及应用
F
第三节
二元共晶相图
注意：在共晶线ECF上属于三相平衡区
该合金系有两类合金： 固溶体合金 共晶型合金
E点以左，F点以右的合金属于固溶体型合 金；EF 之间的合金为共晶型合金，其中， C点以左为亚共晶合金，C点以右为过共晶 合金，C点合金为共晶合金。
二、典型合金的结晶过程分析
第三节
二元共晶相图
共晶相图：共晶、亚共晶、 过共晶、固溶体合金
Cu-Ni合金枝晶偏析示意图
第二节
二元匀晶相图
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
平衡组织
枝晶偏析组织
第三节
二元共晶相图
当合金的二组元在液态时无限互溶， 在固态时有限互溶，且发生共晶反应， 此合金系的相图为二元共晶相图。 属于此类相图的合金系有： Pb-Sn, Al-Si, Al-Sn, Zn- Sn等。
1、配制不同成分的合金（选 择合金系中有代表性的成分） 2、分别测出美中合金的冷却 曲线，得到相变临界点 3、将临界点对应地绘在成分-
温度图上.
4、将同类临界点连接起来， 即可绘出该合金系的相图。
注意：利用热分析法测定相图时，冷却速度应 非常缓慢（平衡结晶）
第二节 一、相图分析
二元匀晶相图
当两组元在液相和固相均无限互溶时， 构成的合金系相图为二元匀晶相图。 属于此类的合金系有：Cu-Ni, Cu-Au, Au-Ag, Fe-Ni, W-Mo, Bi- Sb 等。
第二节
二元匀晶相图
三、固溶体合金中的偏析
合金相图中，合金的凝 固过程是在无限缓慢的冷 却条件下进行的，但实际 上合金不可能无限缓慢冷 却，一般冷却速度较快， 由于原子来不及充分扩散， 会出现先结晶出来的合金 含Ni量高的现象，对于一 个晶粒，心部含Ni量高， 表层含Ni量低。
第四章：二元相图
2.杠杆定律： 问题提出： ①当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的相对重量是多少？
例：45钢（含C=0.45%）,铁素体（F）和Fe3C两相各占多少？ ②当二元合金两相相对重量已知时，合金成分是多少？
例：金相观察：F:95%; Fe3C：5%；求钢的含碳量？ 杠杆定律可以解决此类问题。
以Cu-Ni二元合金相图说明：
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识 4．1．3相律及杠杆定律 2.杠杆定律：
以Cu-Ni二元合金相图说明：
计算成分为x的合金在t1℃时，L和两相的相对重量。
根据相律：在t1℃时，L和α两相成分分别为CL,C α.。 设：合金总重量为1，液相重为WL, α相重Wα 则有：WL+Wα=1
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例：
最大特征：三相水平线：
f=2-3+1=0
温度恒定，三相成分固定。 E点：共晶点
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
2．典型合金平衡结晶及组织
（1）固溶体合金的结晶 M点以左（α），N点以右（β）
以含Sn=10%的合金为例
1-2点，与匀晶结晶一样。 2-3点，为单相α。 3点以下：从含Sn过饱和的α中析出βII。
第四章：二元相图
复习合金、组元、相、相结构（固溶体、化合物） 纯金属结晶→单相。
相图：以温度为纵坐标，成分为横坐标，反映不同成分的合金 在任意温度下所处的平衡相状态的图解。 相图→状态图，平衡状态图 。 平衡：合金从液态（高温）到室温是在极其缓慢的条件下完成的。 相图用途：①帮助认识相的变化规律
②计算任意合金在不同温度下相和组织含量。 ③ 帮助制定热加工工艺：
一元相图
（二）同质多晶现象
同质多晶现象：同一化学成分，由于形成的条件不同，晶体结构上有很大差别，这种 现象叫同质多晶现象。 多晶转变：当温度和压力的条件产生变化时，同质多晶间会发生相互转变，这种现象 叫多晶转变。 如金刚石和石墨，α石英和β石英等。这些虽然都是在熔点之下产生的，但在相图中是 很明确地表示出来的。
P/kPaCFra bibliotek液A
固
101.325/kPa 0.610/kPa D B 273.16K 273.25K T/K K G O
汽
图1-2-1
（2）相图中各曲线的斜率及位置的规律 相会于三相点的各单变量平衡曲线的相互排列规律是：其中任一个单变量平衡曲线在三相点 外的延长部分必须在其它二曲线之间通过，或必须服从克—克方程。
101325
N’ D’ D
M
O
C
β-石英
N
（a)
时间
L
393 436 603 846 1143 1743 1873 1943 1986
T/K
T/K T/K 石英玻璃 1986
图1-2-6 SiO2系统相图
T/K 1986 α方石英
1743
ΔV=0.2% ΔV=2.8% 603 (b) 时间 (c) β-方石英 436 393 时间 (d) 时间 ΔV=0.2%
图1-2-1 这就证明了平衡曲线位置的排列顺序。
（3）亚稳区和亚稳相 过冷现象：如果实验时小心控制条件，可使水冷至 273.15K以下仍无冰出现，这种现象称为过冷现象。
亚稳区：这时图1-2-1中的AO线可延伸到D点。OD线
在OB线之上，这表示过冷水的蒸汽压要比同温度下的冰 的蒸汽压大。过冷水不如冰稳定，因此，在OD线上水和 蒸汽是处于亚稳的平衡状态。过冷水可作为亚稳相，同样
第4章 铁碳合金相图与碳钢
1227
(I)
亚共析钢
过共析钢
工业纯铁
共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
共晶白口铁
0.02% 0.40% 0.77% 1.2%
2.11%
3.0% 4.3%
5.0%
1227
(I)
0.01%
1227
(I)
(1)工业纯铁（C＝0.01%）： L→L+δ →δ →δ +A→A→A+F→F→F+Fe3CⅢ
WF= （6.69-0.01） /6.69=99.85%
L+Fe3C
6.69
莱氏体( Ld)-奥氏体和渗碳体混合物 珠光体（P）-铁素体和渗碳体层片 状混合物
区的意义：
1495
（1）单相区：L、δ 、A、F；
（2）两相区：L+δ 、L+A、
L+Fe3CⅠ、δ +A、A+F、A+Fe3C F+Fe3C （3）三相共存点：
J点：(L+δ +A)
C点：（L+A+ Fe3C）； S点：（A+F+ Fe3C）；
4.3%
1227
(I)
共晶白口铁（C＝4.3%） L→Ld→Ld′
相组成：WF=(6.69-4.3)/6.69 =35.7% 组织组成：Ld’=100%
5.0%
1227
(I)
过共晶白口铁（C＝5.0%）：
L→L+ Fe3CⅠ→Ld+ Fe3CⅠ→Ld′+ Fe3CⅠ
相组成：WF=(6.695.0)/6.69=25.3% 组织组成 WLd’=(6.69-5.0)/(6.69-4.3)=70.7% WFe3CI=29.3%
三元相图基本知识
第二节 三元匀晶相图
5 投影图 （1）等温线投影图：可确定合金结晶开始、结束温度。 （图4-87） （2）全方位投影图：匀晶相图不必要。
第三节 三元共晶相图
一 组元在固态互不相溶的共晶相图 （1）相图分析 点：熔点；二元共晶点；三元共晶点。
线：EnE
两相共晶线 液相面交线 两相共晶面交线 液相单变量线
第一节 相图基本知识
5 共线法则与杠杆定律 （1）共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，
合金的成分点和两个平衡相的成分点必然位于成分三角形的 同一条直线上。
（由相率可知，此时系统有一个自由度，表示一个相的 成分可以独立改变，另一相的成分随之改变。）
（2）杠杆定律：用法与二元相同。
第一节 相图基本知识
两相共晶线 液相面交线 线：EnE 两相共晶面交线 液相单变量线 液相区与两相共晶面交线 固相单变量线
第三节 三元共晶相图
二 组元在固态有限溶解的共晶相图 （1）相图分析
液相面 固相面(组成) 面： 二相共晶面 三相共晶面 溶解度曲面：6个 两相区：6个 区： 单相区：4个 三相区：4个 四相区：1个
3 等温界面（水平截面） （1）做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。 （2）截面图分析 3个相区：L, α, L+α; 2条相线：L1L2, S1S2（共轭曲线）; 若干连接线：可作为计算相对量的杠杆（偏向低熔
点组元；可用合金成分点与顶点的连线近似代替，过给定合 金成分点，只能有唯一的共轭连线。）
5 共线法则与杠杆定律
两条推论 （1）给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其中一 个相的成分给定，另一个相的成分点必然位于已知成分点连 线的延长线上。 （2）若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位 于两个已知成分点的连线上。
材料科学基础--铁碳合金相图
Fe3CI+Ld’
性 能 铁含量wFe 抗拉强度σb 屈服强度σ0.2 伸长率δ 断面收缩率ψ 冲击吸收功aK 硬度 纯 铁 99.8~99.9% „ 176~274MPa 98~166MPa 30~50% 70~80% 160~200J/cm2 50~80HBW ≤197HBW 45钢(退火) 99.55%左右 ≥600 (MPa) ≥355 (MPa) ≥16% ≥40%
LL↓+δ ↑ δ
(1↓2) (3↓4) (5↓6)
匀晶转变
δ δ ↓ +γ↑ γ
同素异晶转变，晶界优先形核
γ γ ↓+ α↑ α
同素异晶转变，晶界优先形核
α α ↓ +Fe3CIII↑ (7↓)
脱溶转变，晶界上片状析出
室温组织：α+Fe3C Fe3CIII最大量计算：0.326%
Ld(γ+ Fe3C)Ld’(P+ Fe3CII+ Fe3C)
白色-共晶渗碳体 黑色-珠光体
4. 3.3 白口铸铁
亚共晶白口铸铁（2.11%<Wc<4.3%）
匀晶转变
共晶转变 脱溶转变 共析转变
4. 3.3 白口铸铁-亚共晶（2.11%<Wc<4.3%）
室温组织
P+Ld’
相组成 α+ Fe3C 组织组成物含量计算(以wC=3.0%为例)
1148℃ E Fe3C LC
转变为wc=2.11%的奥氏体γ
和渗碳体Fe3C组成的混合
物莱氏体Ld
莱氏体中，颗粒状奥氏体
分布在渗碳体基底上，渗 碳体很脆，故莱氏体塑性 很差
4. 2.4 共析转变（水平线PSK）
金属共晶相图
5.3.2 二元共晶相图①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。
如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。
Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图, 下面以它为例进行讲解。
首先分析相图中的点,线和相区。
图铅锡相图一、相图分析1、点：t A，t B点分别是纯组元铅与锡的熔点，为和。
M点：为锡在铅中的最大溶解度点。
N点：为铅在锡中的最大溶解度点。
E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变L E→αM+βN共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。
F点：为室温时锡在铅中的溶解度。
G点：为室温时铅在锡中的溶解度。
2、t A Et B线：为液相线，其中t A E线：为冷却时L→α的开始温度线，Et B线：为冷却时L→β的开始温度线。
t A MENt B线：为固相线，其中t A M线：为冷却时L→α的终止温度线，t B N线：为冷却时L→β的终止温度线。
MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转变L E→（αM+βN）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体或共晶组织。
MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。
NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。
3、相区（1）单相区：在t A Et B液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。
t A MF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。
t B NG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。
（2）两相区：在t A EMt A区为L+α相区，在t B ENt B区为L+β相区。
在FMENGF区为α+β相区。
（3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。
由相律可知三相平衡共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。
具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含%的合金。
相图
结晶过程：包晶线以下，L, α对β过饱和－ 界面生成β－三相间存在浓度梯度－扩散－β 长大－全部转变为β。
室温组织： β或β＋αⅡ。
64
2 成分在C-D之间合金的结晶 结晶过程：α剩余； 室温组织：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。
65
3 其他平衡结晶过程及其组织
66
三、不平衡结晶及其组织 异常α相导致包晶偏析〔包晶转变要经β扩
③ 室温组织（α＋βⅡ） 其中βⅡ一般分布于相界面上，有时也在晶内 析出，呈细小颗粒状。
相对量计算：
4g
f
100 % fg
II
4f fg
100 %
35
2共晶合金的结晶过程 ① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
36
② 组织： 共晶转变刚好结束后的组织:(αm＋βn) 室温组织:(α＋β＋αⅡ＋βⅡ)(二次相为脱熔 转变产物） （因为二次相依附共晶体中的 同类相析出，因此难以辨别） 通常室温组织：
共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
26
一、 相图分析（相图三要素） 1 点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点 （是亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。 2 线：液相线（结晶开始）、固相线（结晶结 束线）；溶解度变化曲线。
Pb-Sn相图 27
3 区： 3个单相区（L、α、β） ； 3个两相区（L+α、L+β、α+β） ； 1个三相线（区）。
（α＋β）共晶体
37
③共晶合金结晶过程中的相的相对量计算。
恰好要发生共晶反应时：L相，相对量：100 ％；
共晶反应过程中：三相（L+α＋β）,不适用 杠杆定律；
共晶反应刚好结束：两相（αm＋βn）
m
en 100% mn
Fe-Fe3C相图分析
（2）同素异构转变
d -Fe (b.c.c) g-Fe (f.c.c)
g -Fe(f.c.c) a-Fe (b.c.c) （3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变 g Fe3CII ； a Fe3CIII （3）恒温转变 a）共晶转变（ECF线）：由一定成分的液相在恒温下 同时转变成两个一定成分的固相的转变。
Lc g E＋ Fe3C b）共析转变（PSK线）：在恒温下由一个固定成分的 固相同时生成两个固定成分的新固相的转变。 gs aP ＋Fe3C
上一级
c）包晶转变（HJB线）：由一定成分的液相和一定成分 的固相生成另一个一定成分新固相地反应---包晶转变 （反应） dH＋LB gJ
二、恒温转变产物
共晶转变产物：γ与Fe3C的机械混合物（γ+Fe3C）称为 莱氏体（Ld）
共析转变产物：铁素体(F)与渗碳体(Fe3C)的机械混合物 称为珠光体（P）
包晶转变产物：单相奥氏体（ gJ ）
上一级
H：C在 d-Fe中的最大溶解度
Q：室温下C在a -Fe 中的溶解度
上一级
(4) 三相共存点
S：共析点（ gs＋ aP ＋Fe3C ） C：共晶点 （ gE＋LC ＋Fe3C ） J：包晶点（ dH＋ gJ＋LB ）
2、相图中的线
ABCD线（液相线）：其上为液相 AHJECF线（固相线）：其下为固相 HJB线 (包晶转变线)， ECF线(共晶转变线)， PSK 线(共析转变线)
§4-2 Fe－Fe3C
铁碳合金相图
一、分析点、线的物理意义
1、相图中的点
（1）组元的熔点
A：Fe的熔点；
D：Fe3C的熔点(计算）
（2）同素异构转变点
最全二元相图及其合金凝固知识点总结
最全二元相图及其合金凝固知识点总结匀晶相图与固溶体凝固匀晶相图两组元在液态、固态均能无限互溶的二元系所组成的相图称为匀晶相图。
匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
匀晶转变是变温转变。
以w(N i)为30%C u-N i二元合金相图为例说明匀晶相图。
点：T C u、T N i分别为C u、N i熔点。
线：TCuBTNi 为液相线。
TCuCTNi 为固相线。
区： L、L+α、α固溶体的平衡凝固平衡结晶：在极缓慢冷却条件下进行的结晶。
以w(N i)为30%C u-N i二元合金为例分析结晶过程：t1温度以上为L；t1温度时，L→α，成分为：B、C。
固溶体平衡冷却结晶过程归纳总结：冷却时遇到液相线开始结晶，遇到固相线结晶终止，形成单相均匀固溶体。
在结晶过程中每一温度，其液相、固相成分和相对量可由该温度下做水平线与液相线、固相线的交点及杠杆定理得出随温度下降，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化，且液相成分减少，固相成分增加，直至结晶完毕。
固溶体合金的结晶特点：1.异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同。
2.结晶需要一定的温度范围。
固溶体非平衡凝固非平衡凝固：偏离平衡条件的结晶。
在实际生产中，由于冷却速度较快，内部原子的扩散过程落后于结晶过程，使合金的成分均匀化来不及进行，使凝固偏离了平衡条件，这称为非平衡凝固。
非平衡凝固导致先结晶部分与后结晶部分成分不同，这种一个晶粒内部或者一个枝晶间的化学成分不同的现象，叫做枝晶偏析或晶内偏析。
各个晶粒之间化学成分不均匀的现象叫做晶间偏析。
枝晶偏析是非平衡凝固的产物，在热力学上是不稳定的，可以通过均匀化退火消除。
1.液相线与固相线间的水平距离(成分间距)↑，先后结晶的成分差别↑，偏析严重。
2.溶质原子的扩散能力↑，偏析↓。
3.冷却速度↑，偏析↑。
共晶相图与合金凝固共晶相图组成共晶的两组元液态时无限互溶，固态时有限固溶或完全不溶，且发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图。
铁碳相图分析
铁碳相图分析一、点、线、区及其含义（一）点各特征点温度、碳的浓度及意义。
各特征点符号是国际通用的，不能随意更换。
（二）线液相线是ABCD，固相线是AHJECF。
两条磁性转变线MO和230 ℃虚线。
（三）区单相区－5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)－ABCD以上区域δ固溶体区－AHNA奥氏体区(γ)－NJESGN铁素体区(α)－GPQG以左渗碳体区(Fe3C)－DFK直线14两相区－7个7个两相区分别存在于两个单相区之间：L+δ－AHJBAL+γ－BJECBL+ Fe3C－DCFDδ+γ－HNJHγ+α－GPSGγ+ Fe3C－ESKFCEα+ Fe3C－PQLKSP三相区（三条水平线）－3个包晶线－水平线HJB(L+δ+γ)共晶线－水平线ECF (L +γ+Fe 3C )共析线－水平线PSK (γ+α+ Fe 3C )二、包晶转变（水平线HJB ）在1495℃的恒温下，0.53％的液相与0.09％的δ 铁素体发生包晶反应，形成0.17％的奥氏体，其反应式为：包晶转变刚要开始时， δH 和γJ 相对含量 计算如下： 0.09％至 0.53％，都要经历此过程，且不论包晶转变前后转变过程如何，都要获得单相的奥氏体。
含碳量2.11％以下，都有获得单相γ过程。
由于温度高，碳原子扩散较快，所以包晶偏析并不严重。
但高合金钢，合金元素扩散较慢，可能造成严重的包晶偏析。
三、共晶转变（水平线ECF ）共晶转变是在1148℃恒温下，由 4.3％液相转变为2.11％的奥氏体和6.69％的渗碳体。
其反应式为：L C γE ＋ Fe 3C形成 γ与 Fe 3C 的机械混合物，称为莱氏体，用 L d 表示。
渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈短棒状（或颗粒状）分布在渗碳体的基体上。
莱氏体中γ与Fe 3C 的相对含量：2.11％～6.69％ 范围都要发生共晶转变，叫铸铁，因组织中有莱氏体，断口呈银白色叫做白口铸铁。
相图与相平衡单元系统
相图中点，线，区域的含义
区：在单相区 内，相数P＝ 1，自由度数 F＝3－P＝2， 即在各单相 区范围内， 温度和压力 均可以改变。
相图中点，线，区域的含义 在BE线上α－晶型和β
CD线上液相和气相 CF线上α－晶型和液 AB线上β －晶型和 BC线上α－晶型和气 －晶型两相平衡共存， 两相平衡共存，是 相两相平衡共存，是 气相两相平衡共存， 相两相平衡共存，是 是两种晶型之间的多 液相的蒸发曲线 α－晶型的熔融曲线 是β －晶型的升华曲 α－晶型的升华曲线。 晶转变曲线。 线
点1是过热的晶型Ⅰ的升华曲线 忽略压力对熔点和转变 在低于T3温度 与过冷的熔体蒸发曲线的交点， 点的影响，将晶型Ⅰ加 因此点1是晶型Ⅰ的熔点，它所 热到T3时，即转变成晶 时，晶型Ⅰ是稳 对应的温度为T1 型Ⅱ 定的晶型Ⅱ是介 从高温冷却时， 点2是晶型Ⅱ的熔点，对应 稳的，而当温度 晶型Ⅱ又可在T3温度转 的温度为T2 变为晶型Ⅰ 高于T3时，晶型 若晶型Ⅰ转变为 Ⅱ是稳定的，晶 晶型Ⅱ后再继续升高温 点3是晶型Ⅰ与晶型Ⅱ之间 型Ⅰ是介稳的。 度到T2以上时，晶相将 的多晶转变点，其温度为 消失而变为熔体。 由图可以得出结 T3
SiO2的实际多晶转变过程并不完全遵循SiO2 相图中的变化，例如制造硅砖时，β－石英 在加热过程中，并不按顺序地依次变为α－ 石英， α－鳞石英，在转变为α－方石英，而 是在1200～1350℃时，直接从α－石英转变 为方石英的中间介稳状态。特别是不加矿化 剂时， α－石英先转变为偏方石英，后变为α －方石英
线：
由于在这些线上是两相 平衡共存，P=2，根据相 律F＝3－P＝1，所以在 线上温度和压力两个变 量中只有一个是独立可 变的。
相图中点，线，区域的含义
点
相图基础
三类液态混合物对应的相图
（2）T-x 图 10 第一类溶液的T-x图 Ⅰ区：单相区 g相区 Ⅱ区：两相区 g－l平衡共存区 Ⅲ区：单相区 l相区
20 第二类溶液的T-x图
P-x图中有最高点
最低恒沸点： C ( Tc , xc )
物系点为C时，蒸发溶 液沸点不变。
T-x图中有最低点
物系点不为C时，蒸发 过程T要变。
沸点－组成图
上载相图
线：上面一条曲线为气相线（泡点线） 下面一条曲线为液相线（露点线）
气液平衡共存区
面：单相区：l相区 g相区 两相区: (l + g)相区 条件自由度：单相区为2 双相区为1 线为1 点为0 动态分析：对组成为Ｑ的系统加温，出现的情况。
两相中物质量的关系： nl
OOg
ng
OOl
四、相图基础 1. 相图基础
相律 分析
n组分系统相图要用几维空间图表示 f=C-P+2
最多n+1个 n 最少1个
要在n+1维空间中表示相图
使用条件自由度，控制变量的个数
在2维空间中表示相图（f * = 2）
碳酸钠与水可形成三种水合盐：
Na2CO3·H2O (S) Na2CO3·7H2O (s) Na2CO3·10H2O(s)
上载分析图
2. 实际液态混合物相图
严格地讲: 理想液态混合物只是一种理想模型 ( 实际溶液多为非理想溶液 )
(1) P-x 图
按对拉乌尔定义产生偏差的大小分
实际溶态混合物致可分为三类：
第一类
第二类
P总在P*A P*B之间 P总有极大值 对拉偏差不大 对拉有较大正偏差
第二类
P总有极小值 对拉有较大负偏差
第四章 相图(有我的备注)
D H m T2 - T1 D H m T2 × ln 对液-固两相平衡： p 2 - p1 = D Vm T1 D Vm T1
水的相图
单组分系统的相数与自由度
f = C – Φ + 2 = 1 - Φ + 2 = 3 -Φ 单相 两相 三相 Φ = 1 = 2 f = 2 f = 1 双变量系统 单变量系统
OD：是AO的延长线，是过冷水和水蒸气 的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷 水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以OD线 在OB线之上。过冷水处于不稳定状态， 一旦有凝聚中心出现，立即全部变成冰。
O点：三相点（triple point），气-液-固 三相共存。三相点的温度和压力皆由系统 自定。
两相平衡线上的相变过程
系统的最小相数等于1
物种数(number of substance, S )：系统中所含的化学物质数。 独立组分数 (number of independent components, C ): 平衡系统中各相组成所需要最少的独立物种数。 若系统中无化学反应发生，则：组分数 (C) = 物种数(S) 若系统中有化学平衡存在，则： 组分数 (C) = 物种数(S) – 独立化学平衡关系式的个数(R)
思考题 计算下列系统的自由度：
(1) N2(g)、H2(g)和NH3(g) 解：物种数S = 3，独立反应数R = 1，没说就是没有浓度那个限制 独立组分数C = S - R = 2，相数Ф = 1，自由度 f = 2 - 1 + 2 = 3 (2) N2(g)、H2(g)和NH3(g)，其中N2和H2均由NH3分解而来 解：物种数S = 3，独立反应数 R = 1,R' = 1 独立组分数C = S - R - R' =1，自由度 f = 1 – 1 + 2 = 2 (3) 水与水蒸气平衡 解：S = 1, R = 0, R‘ = 0, C = S – R - R’ = 1, Φ = 2, s是1不是2为什么R=0? f = C – Φ + 2 = 1 (变量为温度T或压力p ) (4) 101325Pa下，水与水蒸气平衡
材料物理基础第4章相图与相变-4.1一元相图-20161107X
• 作某一成分合金的垂线，可以确定该合金状态随温度的变化过程（相变）。
• 横坐标为成分轴，通常下 横坐标为质量百分数，上 状态点
横坐标为原子百分数。
• 纵坐标为温度轴，相图两 端的纵坐标也代表合金系
的两个组元的位置。
7
• 将给定两组元配制成一系列不同成分的合金； • 将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线； • 找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）； • 将各临界点注在温度——成分坐标中相应的合金成分线上； • 连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线； • 用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的区间）所含的相，将它们的
D
J
L（液相）
C
-Fe A
F
H
I
G（气相 ）
T
-Fe 体心立方结构；-Fe 面心立方结构（高温相）
6
-Fe 密排六方结构（高压相）；-Fe 体心立方结构（高温相）
（3）二元相图的表示方法和测定 • 相图中任一点位置表示确某一成分的合金在某一温度下的平衡状态（组成 相类型、数量和各相的成分）。
• 熔化曲线随压力升高远离压力轴，固相的熔点随压力增大而升高。大
多数物质熔化时体积膨胀，统称为硫型物质。图中三相点O点代表液体
能够稳定存在的最低温度。 熔化时系统体积收缩
V液 V固
dP 0 dT 熔
• 熔化曲线随压力升高靠近压力轴，固相的熔点随压力增大而降低。冰， 铋，镓，锗等少数物质熔化时体积缩小，统称为水型物质。图中三相 点O点代表固体能够稳定存在的最高温度。
• 用图形的方式表明热力学平衡条件下物质系统的状态（组成相）与成份、 温度、压力之间的关系。 • 表示物质在热力学平衡条件下的情况，又称为平衡相图。 • 相图上的每一个点都对应着的某一个平衡状态，相图上的每一个点称为 状态点。 热分析法 显微组织法 X射线分析法 硬度法 电阻法 热膨胀法 磁性法
鉄碳合金晶相组织图组成及区域、点、线的意义
鉄碳合金金相组织图组成及区域、点、线的意义铁碳合金相图是表示在缓慢冷却(或缓慢加热)的条件下，不同成份的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
（一）铁碳合金相图的组成铁碳合金中，铁和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等。
而工业用铁碳合金的含碳量一般不超过5％。
因此，我们研究的铁碳合金只限于Fe—Fe3C(C＝6．69％)范围内。
故铁碳合金相图也可认为是Fe-Fe3C相图。
图3-24是Fe-Fe3C相图。
图中纵坐标为温度，横坐标为含碳量的质量百分数。
为了便于掌握和分析Fe-Fe3C相图，将相图上实用意义不大的左上角部分(液相向δ—Fe及δ—Fe向γ—Fe转变部分)以及左下角GPQ线左边部分予以省略。
图3-25简化Fe-Fe3C相图（二）Fe—Fe3C相图中点、线的含义1、Fe—Fe3C相图中几个主要特性点的温度、含碳量及其物理含义见表3-3。
2、Fe—Fe3C相图的特性线在Fe—Fe3C相图上，有若干合金状态的分界线，它是不同成份合金具有相同含义的临界点的连线。
几条主要特性线的物理含义如下：Fe—Fe3C相图中的几个特性点（1）ACD线为液相线。
此线以上区域全部为液相，用L来表示。
金属液冷却到此线开始结晶，在AC线以下从液相中结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出渗碳体。
（2）AECF线为固相线。
金属液冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固态区。
在液相线与固相线之间为金属液的结晶区域。
这个区域内金属液与固相并存，AEC区域内为金属液与奥氏体；DCF区域内为金属液与渗碳体。
（3）GS线冷却时奥氏体向铁素体转变的开始线（或加热时铁素体转变成奥氏体的终止线)，常用符号A3表示。
奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。
当铁中溶入碳后，其同素异构转变开始温度则随溶碳量的增加而降低。
（4）ES线是碳在奥氏体中的溶解度线，常用符号Acm表示。
在1148℃时，碳在奥氏体中的溶解度为2.11％(即E点含碳量)、在727℃时碳降到0.77％(相当于S点)。
相图中的点、线、区及其意义
一，相图中的点、线、区及其意义两条线：液相线ABC和固相线AHJECF五个单相区1. ABCI以上是液相区L2. AHN是固溶体区3. NJESG是奥氏体区或A4. GPQ是铁素体区或F5. DFK是渗碳体区Fe a C或者C m七个两相区：1. 相图中有七个两相区，它们分别存在于相邻两个单相区之间2. 这些两相区分别是：?L 、L ，L Fe3C, , , Fe3C, Fe3C 两条磁性转变线：1. MC为铁素体的磁性转变线2. 230度虛线为渗碳体的磁性转变线三条水平线：1. HJB是包晶转变线2. EC是共晶转变线3. PSK1共析转变线事实上Fe Fe3C相图即由包晶反应共晶反应和共析反应三部分连接而成二，包晶转变即水平线HJB包晶反应反应物反应产物反应温度：在1495度的恒温下，成分为0.53%的液相与0.09%的S铁素体发生包晶反应，形成0.17%的奥氏体，其反应式为包晶转变形核长大特点：进行包晶反应时，奥氏体沿S相与液相的界面生核，并向S相和液相两个方向长大包晶反应终了时S相与液相同时耗尽，变为单相奥氏体。
含碳量小于2.11%的合金在冷却过程中获得单相奥氏体：含碳量在0.09%~0.17%＞间的合金，由于S铁素体的量较多，当包晶反应结束后，液相耗尽，仍残留一部分S铁素体。
这部分S相在隨后的冷却过程中，通过同素异构转变而变成奥氏体。
含碳量在0.17%~0.53%＞间的合金，由于反应前的S相较少，液相较多，所以在包晶反应结束后，仍残留一定量的液相，这部分液相在随后冷却过程中结晶成奥氏体。
含碳量W C 0.09%的合金，在按匀晶转变结晶为S固溶体之后，继续冷却时将在NHW NJ线之间发生固溶体的同素异构转变，变为单相奥氏体。
含碳量在0.53%~2.11%之间的合金，按匀晶转变凝固后，组织也是单相奥氏体。
总之，含碳量W C 2.11%的合金在冷却过程中，都可在一定的温度区间内得到单相的奥氏体组织。
数控技术《4.3-铁碳合金相图》
第4章铁碳合金4.3铁碳合金相图案例导入：铁碳合金是实际生产中应用最广泛的一种金属材料。
铁碳合金是一个合金系，不同的成分配比组成不同的合金，成分不同，其内部组织也就不同。
当成分一定时，随着温度的变化，其内部组织也会发生变化。
作为工程中应用最广泛的铁碳合金，其成分——温度——组织三者之间的关系是怎样的呢？快随我加入《金属材料与热处理》的课堂，一起来探秘。
开场：大家好，欢迎来到“金属材料与热处理”课堂，今天我们学习来认识一种研究铁碳合金的成分、温度、组织性能之间关系的一种非常重要的工具——铁碳合金相图。
主要分为“铁碳合金相图分析”、“铁碳合金的分类”、“铁碳合金相图绘制口诀”三部分内容。
一、铁碳合金相图分析铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe-Fe3C相图是表示在缓慢冷却条件下，铁碳合金组织随成分、温度变化规律的图，它是研究铁碳合金的基础，也是选择材料和制定有关热处理工艺时的重要依据。
在一些相图表达中，通常将包晶转变部分简化表达。
下面我们一起来分析下铁碳相图的特征点、线、区。
1、Fe-Fe3C相图中特征点的含义2、Fe-Fe3C相图中特性线的分析（1）ACD线（液相线）。
此线以上区域全部为液相，用L表示。
（2）AECF线（固相线）。
液态合金冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固相区。
（3）GS线。
冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始，用符号A3表示。
（4）ES线。
碳在奥氏体中的饱和溶解度曲线（固溶线），用符号 Acm表示。
（5）ECF线（共晶转变线）。
当液态合金冷却到此线时（1148℃），将发生共晶转变。
（6）PSK线（共析转变线）。
常用符号Al表示。
当合金冷却到此线时（727℃），将发生共析转变。
3、Fe-Fe3C相图中相区的分析由特征点和特性线把简化的Fe-Fe3C相图划分为四个单相区，即L、A、F 和Fe3C；五个双相区，即L+A、L+Fe3C、A+F、A+Fe3C和F+Fe3C。
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一，相图中的点、线、区及其意义
两条线：
液相线ABCD 和固相线AHJECF
五个单相区
1. ABCD 以上是液相区L
2. AHNA 是δ固溶体区δ
3. NJESGE 是奥氏体区A 或γ
4. GPQG 是铁素体区F 或α
5. DFKL 是渗碳体区C Fe 3或者m C
七个两相区：
1. 相图中有七个两相区，它们分别存在于相邻两个单相区之间
2. 这些两相区分别是：C Fe C Fe C Fe L L •
L 333,,,,+++++++αγαγγδγδ，、 两条磁性转变线：
1. M0为铁素体的磁性转变线
2. 230度虛线为渗碳体的磁性转变线
三条水平线：
1. HJB 是包晶转变线
2. ECF 是共晶转变线
3. PSK 是共析转变线
事实上C Fe Fe 3-相图即由包晶反应共晶反应和共析反应三部分连接而成
二，
包晶转变即水平线HJB 包晶反应反应物反应产物反应温度：
在1495度的恒温下，成分为0.53%的液相与0.09%的δ铁素体发生包晶反应，形成0.17%的奥氏体，其反应式为
包晶转变形核长大特点：
进行包晶反应时，奥氏体沿δ相与液相的界面生核，并向δ相和液相两个方向长大
包晶反应终了时
δ相与液相同时耗尽，变为单相奥氏体。
含碳量小于2.11%的合金在冷却过程中获得单相奥氏体：
● 含碳量在0.09%~0.17%之间的合金，由于δ铁素体的量较多，当包晶反应结
束后，液相耗尽，仍残留一部分δ铁素体。
这部分δ相在隨后的冷却过程中，通过同素异构转变而变成奥氏体。
● 含碳量在0.17%~0.53%之间的合金，由于反应前的δ相较少，液相较多，所
以在包晶反应结束后，仍残留一定量的液相，这部分液相在随后冷却过程中结晶成奥氏体。
● 含碳量%09.0<C W 的合金，在按匀晶转变结晶为δ固溶体之后，继续冷却时
将在NH 与NJ 线之间发生固溶体的同素异构转变，变为单相奥氏体。
含碳量在0.53%~2.11%之间的合金，按匀晶转变凝固后，组织也是单相奥氏体。
● 总之，含碳量%11.2<C W 的合金在冷却过程中，都可在一定的温度区间内得
到单相的奥氏体组织。
铁碳合金和高合金钢的包晶偏析：
1. 应当指出，对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较快，
所以包晶偏析并不严重。
2. 但对于高合金钢来说，合金元素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析
三，
共晶转变即水平线ECF 共晶反应温度反应物反应产物和反应式：
1. C Fe Fe 3-相图上的共晶转变是在1148度的恒温下
2. 由%
3.4=C W 的液相转变为%11.2=C W 的奧氏体和渗碳体组成的混合物
3. 其反应式C Fe L E C 3+⇔γ
4. 共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体的混合物，称为莱氏体，以符号d L 表示。
莱氏体中的相分布：
在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体的基底上。
莱氏体塑性很差
由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。