03 铁碳合金状态图

成分位于M点以左（即wSn≤19%）或N点以右（即wSn≥97.5%）的合金称为固溶体合金 液态合金缓冷至温度1，开始从L相中结果出α固溶体。随温度的降低，液相的数量不断减少，α固 溶体的数量不断增加， 至温度2合金全部结晶成α固溶体。 温度2~3范围内合金无任何转变，这是匀晶转变过程。 冷却至温度3时，Sn在α中的溶解度减小，从α中析出β是二次相（βⅡ）。 α成分沿固溶线MF变化， 这一过程一直进行至室温，所以合金Ⅰ室温平衡组织为（α+βⅠ）。
测定二元合金相图的步骤：（以铜镍合金为例） 1）配制几组成分不同的Cu-Ni合金； 2）分别将它们熔化，然后极缓慢冷却，同时测定其从液态到室温的冷却曲线； 3）找出各冷却曲线上开始结晶的温度点TNi、l、2、3、4、TCu及结晶终了的温 度点（称为临界点） TNi、1’、2’、3’、4’、TCu； 4）将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分为横坐标轴的图形中相应合金的成 分垂线上，并将意义相同的临界点连接起来，即得到Cu-Ni合金相图。
2）钢（ωc=0.0218%~2.11%）


3）白口铸铁（ωc=2.11%~6.99%）



四、典型的铁碳合金平衡结晶过程及组织
1) 共析钢的结晶过程分析
2) 亚共析钢的结晶过程
3) 过共析钢的结晶过程
4) 共晶白口铸铁的结晶过程
5) 亚共晶白口铸铁的结晶过程
6) 过共晶白口铸铁的结晶过程
2.共晶相图

组成合金的两组元在液态时无限互溶，固态时有限互溶， 结晶时发生共晶转变的合金系所形成的二元合金相图。例 如，Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相图
(1)相图分析
1）图中的点、线和区域

tA为Pb的熔点，tB为Sn的熔点，E点为共晶点。 tAEtB为液相线， tAMENtB为固相线、MEN线为共晶线、 MF为Sn在Pb中的溶解度曲线，NG为Pb在Sn中的溶解 度曲线，这两条曲线也称为固溶线。
1、铁碳合金状态图中的各特性点的意义 2、铁碳合金状态图中各特性线的意义 3、铁碳合金状态图中的Βιβλιοθήκη Baidu区
1、特性点：由字母标出的具有特定意义的点
2、特性线





ACD——液相线； AECF——固相线 其中：ACE区——L＋A； CDF区——A＋Fe3CI C点：共晶点 共晶反应：LC←－→Ld（AE+Fe3C） ECF——共晶线；wC=（2.11～6.69）%的铁碳合金，缓冷至 1148°C（ECF共晶线）都发生共晶转变。 共晶：在一定条件下（温度、成分），由液体合金中同时结晶出 两种不同晶体的转变。 GS——A冷却析出F开始线, 通常称为 A3线。 ES——C在A中溶解度曲线/ 冷却时A析出Fe3C开始线, 又称 Acm线。 PSK——共析线，又称A1线。wC>0.021 8% 的铁碳合金，缓冷至 727°C（PSK共析线）都发生共析转变。 S点：共析点 共析反应：A←－→P（FP+ Fe3C） PQ——C在F中的溶解度曲线。
2）共晶合金（合金Ⅲ）
成分为wSn=61.9%的合金Ⅲ


合金缓冷至温度1（即tE=183℃）时，发生共晶转变，在恒温下进行，所以冷却曲线上相应温度出现 一水平线段 共晶转变完成后合金全部成为共晶组织（αM+βN）。继续冷却，随着温度下降α、β相的成分将分别 沿固溶度曲线MF、NG变化，α将析出βⅡ，β相则析出αⅡ。由于αⅡ、βⅡ与共晶组织中的α、β连 接在一起且量小难以分辨。所以共晶组织的二次析出一般可忽略不计。 共晶合金的室温平衡组织为共晶组织（α+β）。其组织组成物只有1个，即共晶体，相组成物有两个， 即α相和β相 。
3）亚共晶合金（合金Ⅱ）
成分位于M、E点之间（即wSn=19~61.9%之间）的合金。以wSn=35%的合金Ⅱ为例。



液态合金缓冷至温度1时开始从液相中结晶出初生的α固溶体 随着温度下降α相不断增加，温度1~2范围内的结晶过程与合金Ⅰ的匀晶转变完全相同。L相不断 减少，α的成分沿固相线AM变化；L的成分沿液相线AE变化 冷至温度2（即tE=183℃）时，α相为M点处成分，L相则为E点处成分。液相tE发生共晶转变形成 共晶组织（α+β），αM固溶体保持不变。所以合金在共晶转变刚结束时，其组织为αM+（αM+βN） 从共晶温度继续冷却时，αM、βN将分别析出β Ⅱ、αⅡ，共晶组织的二次析出如前所述可忽略不计。 冷却至室温时其平衡组织为α+（α+β）+βⅡ
1. 匀晶相图

组成二元合金的两组元在液态和固态均能无限互溶的合 金系所形成的相图。例如，Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、FeNi、Cr-Mo、Mo-W合金的相图。
(1) 相图分析

两个熔点；两条曲线；三个相区
(2)合金的平衡结晶过程

匀晶反应：从液相中结晶出单相固溶体：L<═>α L相成分沿液相线变化，α相成分则沿固相线变化。
1.2.2 铁碳合金的状态图
1.2 铁碳合金的组织与状态图
1.2.1 铁碳合金的基本组织 1.2.2 铁碳合金状态图
1.2.2 铁碳合金状态图
铁碳合金状态图是以温度为纵坐标，合金成分（含碳 量）为横坐标的图形，是研究不同含碳量的钢和铸铁在 不同温度下组织变化规律的重要工具
一、 二元合金相图的建立
五、铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同， 从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、判断切削加工性能： 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺： 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材 的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
4）过共晶合金（合金Ⅳ）
成分位于E、N点之间（即wSn=61.9~97.5%之间）的合金Ⅳ。


其结晶过程与亚共晶合金相似，不同的是初生相是β固溶体，二次相是αⅡ。 合金Ⅳ的室温平衡组织为β+αⅡ+（α+β）， 其组织组成物有三，即β、αⅡ、（α+β）；相组成物仍为两种，即α相β相。
二、铁碳合金状态图概况
三、铁碳合金分类
1）工业纯铁（ωc<0.0218%）

组织为铁素体和极少量的三次渗碳体；
亚共析钢（ωc<0.77%）：组织是铁素体和珠光体； 共析钢（ωc=0.77%）：组织是珠光体； 过共析钢（ωc>0.77%）：组织是珠光体和二次渗碳体。 亚共晶白口铸铁（ωc<4.3%）：组织是珠光体、二次渗碳体和莱 氏体； 共晶白口铸铁（ωc=4.3%）：组织是莱氏体； 过共晶白口铸铁（ωc>4.3%）：组织是一次渗碳体和莱氏体。
c α β LE M N
恒温(183 )

这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出一定成分的两个 固相的转变过程，称为共晶转变或共晶反应。共晶转变的产物 （αM+βN）是由两个固相组成的机械混合物，称为共晶组织
(2)合金的平衡结晶过程及其组织
1）固溶体合金（合金Ⅰ）

1）图中的点、线和区域


三个基本相：L是Pb与Sn两组元形成的均匀的液相， α是Sn溶于Pb的固溶体，β是Pb溶于Sn的固溶体 三个单相区和三个两相区：即L+α、L+β、α+β相区。 在三个两相区之间有一根水平线MEN，是L+α+β三相 并存区 。
2）共晶反应

成分位于（E）点的合金，在温度达到水平线MEN所对应的温度 （tE=183℃）时，将同时结晶出成分为M点的α相及成分为N点的β 相。其转变式为：
讨论：


默画出铁碳相图,标明C、S、E、F点的成分及 ECF、PSK线的温度,标明各相区; 说明铁与碳在液态和固态的相互作用以及各相的 本质，指出α-Fe与F；γ-Fe与A的区别; 写出相图中C、S两点进行相变的反应式,指出各是 什么反应,说明其相变特点;说出ECF; PSK; ES; GS各线的意义; 用冷却曲线表示含碳量为0.6%；3%铁碳合金的 结晶过程,画出室温平衡组织示意图。
3、铁碳合金状态图中的相区
（1）四个单相区 ABCD线以上的液相区（L）； NJESGN线围着的奥氏体相区（A）； GPQG线围着的铁素体相区（F）； DFKL线垂线代表的渗碳体相区（Fe3C）。 （2）五个双相区 ACEA线围着的L+A相区； DCFD线围着的L+Fe3CⅠ相区； EFKSE线围着的A+Fe3C相区； GSPG线围着的A+F相区； QPSKLQ线围着的F+Fe3C相区。 （3）两个三相共存区 ECF线为L、A、Fe3C三相区； PSK线为A、F、Fe3C三相区。