典型相图分析
蔡氏电路
（1）
非线性负阻 蔡氏电路示意图 （截自实验中心讲义）
f(U1)是分段函数，每一段是线性 函数，但整体呈非线性 分别在上区、中区、下区考虑方 程组（1）的特性（此时分别为 线性微分方程组），然后再联合 起来考虑
上区
上区
中区
中区
中区
下区
下区
整体（双吸引子）
整体（双吸引子）
整体（双吸引子）
整体（单吸引子）
整体（单吸引子）
整体（单吸引子）
混沌的特性：初值敏感性
R=2000Ω 双吸引子
初值分别为： [I3, U2, U1](T=0)=[0.001, 0, 0](蓝线）； [I3, U2, U1](T=0)=[0.001+10^-10, 0, 0](红线）； 作U1随T的时序图
混沌的特性：初值敏感性
混沌的特性：初值敏感性
R=2105Ω
[I3, U2, U1](T=0)=[0.001, 0, 0]
混沌的特性：初值敏感性
R=2105Ω
[I3, U2, U1](T=0)=[-0.0析
蔡氏电路
I3、U2、U1张成一个 三维相空间，相空间 中的轨迹（I3（t）， U2（t），U1（t）） 描述电路的状态变化， 称为相图 U2 U1
I3
实验中通过调节电阻 R来得到不同参数下 的相图，反映电路不 同的变化规律
非线性负阻 蔡氏电路示意图 （截自实验中心讲义）
非线性负阻的伏安特性
蔡氏电路现象及分析蔡氏电路蔡氏电路示意图截自实验中心讲义非线性负阻u2u1i3i3u2u1张成一个三维相空间相空间中的轨迹i3tu2tu1t描述电路的状态变化称为相图实验中通过调节电阻r来得到不同参数下的相图反映电路不同的变化规律非线性负阻的伏安特性ga761041gb4091041e165v参考值典型相图双吸引子三维相图二维相图典型相图单吸引子三维相图二维相图典型相图单周期三维相图二维相图典型相图不动点三维相图二维相图非线性负阻蔡氏电路示意图截自实验中心讲义u2u1i3分析方法fu1是分段函数每一段是线性函数但整体呈非线性分别在上区中区下区考虑方程组1的特性此时分别为线性微分方程组然后再联合起来考虑dtdudtdudtdi上区上区中区中区中区下区下区整体双吸引子整体双吸引子整体双吸引子整体单吸引子整体单吸引子整体单吸引子混沌的特性
相图分析——精选推荐
相图分析物理化学复习总结之相平衡f组分数，⾃由度，相图，相点，露点，泡点，共熔点，(连)结线，三相线，步冷(冷却)曲线，低共熔混合物(固相完全不互溶)本章主要要求掌握相律的使⽤条件和应⽤，单组分和双组分系统的各类典型相图特征、绘制⽅法和应⽤，利⽤杠杆规则进⾏有关计算1、相律： F = C - P + n , 其中：C=S-R-R’U+ }3 Q0 G- D4 L$ \6 e- D) l(1) 强度因素T，p可变时n=2/ n) \+ r' I3 G" P5 [3 q* A) f(2) 对单组分系统：C=1, F=3-P j(3) 对双组分系统：C=2，F=4-P；应⽤于平⾯相图时恒温或恒压，F=3-P。
Y% z2 ]7 h' z5 d- X- 2、相图(1)相图：相态与T，p，x的关系图，通常将有关的相变点联结⽽成。
(2)实验⽅法：实验主要是测定系统的相变点。
常⽤如下四种⽅法得到。
4 Z r! M- J2 u! s( _. ms 对于⽓液平衡系统，常⽤⽅法蒸⽓压法和沸点法；" A+ d4 S0 D/ v! r液固(凝聚)系统，通常⽤热分析法和溶解度法。
$ l( m3 N$ j5 a" ^3、单组分系统的典型相图对于单组分系统C=1，F=C-P+2=3-P。
当相数P=1时，⾃由度数F=2最⼤，即为双变量系统，通常绘制蒸⽓压-温度(p-T)相图，见下图。
(a) 正常相图(b) ⽔的相图(c) 硫的相图图6-1 常见的单组分系统相图/ ]. g/ W. Y' n* ?" ^# _⼆组分系统的相图j类型：恒压的t-x(y)和恒温的p-x(y)相图。
相态：⽓液相图和液-固(凝聚系统)相图。
5 f% ^( `8 E0 e; h; W! y1 |8 SB(1)⽓液相图根据液态的互溶性分为完全互溶(细分为形成理想混合物、最⼤正偏差和最⼤负偏差)、部分互溶(细分为有⼀低共溶点和有⼀转变温度的系统)和完全不溶(溶液完全分层)的相图。
相、组分数和自由度的概念，相律，典型二组分相图分析，绘制
四、条件自由度
f* ：在f 中人为固定一些因素或某一个因素对系统影响不大，则可将此因素略
去，此时的自由度即为条件自由度；
如：对凝聚系统，p 影响不大。
f* = C-Φ +1
求 HCN(aq)体系的的 S ，C， f ,
若 S=2，C=2 f = C-Φ +2=2-1+2=3。
若 S=5，C=2 (R=2,R′=1) f = 3 。
图。 4.能看懂和分析相图，并能用相律来说明相图中点、线、面的意义及体系在不同
情况下的相变过程，掌握杠杆规则的使用 5.掌握各种典型二组分相图分析，掌握利用相图在分离、提纯等方面的应用。 6.了解三组分体系的组成表示方法，了解部分互溶的三液体系三组分盐水体系的
相图及其应用。 重点和难点：
相、组分数和自由度的概念，相律，典型二组分相图分析，绘制
（2） 每一相中有一组分不独立，则共有Φ 个。
（3） 由相平衡条件决定 C（Φ -1）-1 个不独立。
则 f = CΦ –1-Φ -C（Φ -1）+1+2= C-Φ +2
注： +2 假设外界影响因素只有温度、压力；若只有温度或压力中之一，则+1；
若共有 n 个其它影响因素，则+n 即 f =C—Φ + n（最一般式）。
一、物种数（S）：体系中物质总的种类数。 注：其数值可变，如 NaCl（aq）体系，S 可取 2、3、5 等。
二、独立组分数（C）：体系中可独立变化的物种数。 引入原因：
1．若有独立化学反应 S 间不能独立变化，每个反应使一个物种不独立； 注：化学反应必须独立；如对由CO、H2 O、CO2 、H2、O2 组成的平衡体系， 化学反应有：
铁碳合金相图分析
第四章铁碳合金第一节铁碳合金的相结构与性能一、纯铁的同素异晶转变δ-Fe→γ-Fe→α-Fe体心面心体心同素异晶转变——固态下,一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象.特点：是形核与长大的过程重结晶将导致体积变化产生内应力通过热处理改变其组织、结构→ 性能二、铁碳合金的基本相基本相定义力学性能溶碳量铁素体 F碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低,塑性,韧性好最大%奥氏体 A碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低,塑性好最大%渗碳体Fe3C Fe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=0%第二节铁碳合金相图一、相图分析两组元：Fe、 Fe3C上半部分图形二元共晶相图共晶转变：1148℃ 727℃→ + Fe3C →P + Fe3C莱氏体Ld Ld′2、下半部分图形共析相图两个基本相：F、Fe3C共析转变：727℃→ + Fe3C珠光体P二、典型合金结晶过程分类：三条重要的特性曲线① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.工业纯铁<%C钢——亚共析钢、共析钢%C、过共析钢白口铸铁——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁L → L+A → A → PF+Fe3CL → L+A → A → A+F →P+FL → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ4、共晶白口铸铁L → LdA+Fe3C →LdA+Fe3C+ Fe3CⅡ → Ld′P+Fe3C+Fe3CⅡ5、亚共晶白口铸铁L → LdA+Fe3C + A →Ld+A+ Fe3CⅡ → Ld′+P+ Fe3CⅡ6、过共晶白口铸铁L → LdA+Fe3C + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响四、铁碳合金相图的应用1、选材方面的应用2、在铸造、锻造和焊接方面的应用3、在热处理方面的应用第三节碳钢非合金钢碳钢是指ωc≤%,并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金.铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能,且价格低廉,故广泛应用.一、杂质元素对碳钢性能的影响1、锰Mn + FeO → MnO + Fe 脱氧Mn+ S → MnS 炉渣去硫Mn溶入铁素体→ 固溶强化Mn溶入Fe3C → 形成合金渗碳体Fe, Mn3C Mn <%,对性能影响不大2、硅Si + FeO → SiO2 + Fe 脱氧Si溶入铁素体→ 固溶强化Si<%,对性能影响不大3、硫钢中S+Fe → FeS.FeS与Fe形成低熔点的共晶体985℃分布在晶界上,当钢在热加工1000~1200℃时,共晶体熔化,导致开裂——热脆消除热脆：Mn+ S → MnS熔点高1620℃并有一定塑性硫是一种有害元素4、磷钢中磷全部溶于铁素体,产生强烈固溶强化,低温时更加严重——冷脆磷是一种有害元素二、碳钢的分类按含碳量分：低碳钢～、中碳钢～、高碳钢～%按质量分类：普通碳钢、优质碳钢、特殊碳钢S、P含量按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢三、碳钢的牌号、性能和应用1、碳素结构钢GB700-88 Q195, Q215, Q235, Q255, Q275五大类,20个钢种GB700-79 A1, A2, A3, A4, A5Q235-AF表示：σs≥235Mpa,质量等级为A,沸腾钢.应用：Q195, Q215——塑性高,用于冲压件、铆钉、型钢等； Q235——强度较高,用于轴、拉杆、连杆等；Q255, Q275——强度更高,用于轧辊、主轴、吊钩等.2、优质碳素结构钢优质碳素结构钢：优质钢、高级优质钢A、特级优质钢E 牌号：08F ——冲压件；45——齿轮、连杆、轴类；65 Mn——弹簧、弹簧垫圈、轧辊等.3、碳素工具钢牌号：T8、T8A——木工工具；T10、T10A——手锯锯条、钻头、丝锥、冷冲模；T12、T12A——锉刀、绞刀、量具.4、铸钢表示方法：用力学性能表示ZG200-400σs≥200Mpa,σb≥400Mpa用化学成分表示ZG30%C用于制作形状复杂且强度和韧性要求较高的零件,如轧钢机架、缸体、制动轮、曲轴等.. 状态图中的特性点Fe- Fe3C相图中各点的温度、浓度及其含义Fe-Fe3C 相图中各特性点的符号及意义二. 状态图中的特性线Fe-C合金相图中的特性线三. 状态图中的相区在Fe-Fe3C相图中共有五个单相区、七个两相区和三个三相区.五个单相区是:ABCD以上——液相区LAHNA——δ固溶体区δα、δNJESGN——奥氏体区γ或AGPQG——铁素体区α或FDFKL——渗碳体区Fe3C或Cm两相区是:L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、α+γ、γ+ Fe3C和α+ Fe3C.三个三相区是:HJB线、ECF线和PSK线.1. 工业纯铁含C≤%——其显微组织为铁素体+Fe3CⅢ.2. 钢含C在~%——其特点是高温组织为单相奥氏体具有良好的塑性因而适于锻造.根据室温组织的不同钢又可分为三类:① 亚共析钢< C <%——其组织是铁素体+珠光体② 共析钢C=%——其组织为珠光体③ 过共析钢< C≤%——其组织为珠光体+渗碳体3. 铁在1538ºC结晶为δ-FeX射线结构分析表明它具有体心立方晶格.当温度继续冷却至1394ºC时δ-Fe转变为面心立方晶格的γ- Fe通常把δ-Fe←→γ- Fe的转变称为A4转变转变的平衡临界点称为A4点.当温度继续降至912ºC时面心立方晶格的γ- Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe把γ- Fe←→α-Fe的转变称为A3转变转变的平衡临界点称为A3点.4. 三条重要的特性曲线① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727ºC时达到最大值%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300ºC以下溶碳量小于%.因此当铁素体从727ºC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.四. 名词1. 铁素体:是碳在α-Fe中形成的固溶体常用“δ”或“F”表示.铁素体在770ºC以上具有顺磁性在770ºC以下时呈铁磁性.通常把这种磁性转变称为A2转变把磁性转变温度称为铁的居里点.碳溶于δ-Fe中形成的固溶体叫δ铁素体在1495ºC时其最大溶碳量为%.2. 顺磁性:就是在顺磁物质中分子具有固有磁矩无外磁场时由于热运动各分子磁矩的取向无规宏观上不显示磁性;在外磁场作用下各分子磁矩在一定程度上沿外场排列起来宏观上呈现磁性这种性质称为顺磁性.3. 铁磁性:就是磁性很强的物质在未磁化时宏观上不显示出磁性但在外加磁场后将会显示很强的宏观磁性.4. 奥氏体:是碳溶于γ-Fe中所形成的固溶体用“γ”或“A”表示.奥氏体只有顺磁性而不呈现铁磁性.碳在γ-Fe 中是有限溶解其最大溶解度为%1148ºC.5. 渗碳体:是铁与碳的稳定化合物Fe3C 用“C”表示.其含碳量为%.由于碳在α-Fe中的溶解度很小所以在常温下碳在铁碳合金中主要是以渗碳体的形式存在.渗碳体于低温下具有一定的铁磁性但是在230ºC以上铁磁性就消失了所以230ºC是渗碳体的磁性转变温度称为A0转变.渗碳体的熔点为1227ºC.它不能单独存在总是与铁素体混合在一起.在钢中它主要是强化相它的形态、大小及分布对钢的性能有很大的影响.另外渗碳体在一定的条件下可以分解形成石墨状的自由碳.即Fe3C——→3Fe+C石墨6. 珠光体:是由铁素体和渗碳体所组成的机械混合物常用“P”表示.珠光体存在于727ºC以下至室温.五. 铁碳合金相图的应用一在选材方面的应用若需要塑性、韧性高的材料应选用低碳钢含碳为~%;需要强度、塑性及韧性都较好的材料应选用中碳钢含碳为~%;当要求硬度高、耐磨性好的材料时应选用高碳钢含碳为~%.一般低碳钢和中碳钢主要用来制造机器零件或建筑结构.高碳钢主要用来制造各种工具.二在制定热加工工艺方面的应用铁碳相图总结了不同成分的合金在缓慢加热和冷却时组织转变的规律即组织随温度变化的规律这就为制定热加工及热处理工艺提供了依据.钢处于奥氏体状态时强度较低、塑性较好便于塑性变形.因此钢材在进行锻造、热轧时都要把坯料加热到奥氏体状态.各种热处理工艺与状态图也有密切的关系退火、正火、淬火温度的选择都得参考铁碳相图.六. 应用铁碳相图应注意的几个问题1. 铁碳相图不能说明快速加热或冷却时铁碳合金组织的变化规律.2. 可参考铁碳相图来分析快速加热或冷却的问题但还应借助于其他理论知识.3. 相图告诉我们铁碳合金可能进行的相变但不能看出相变过程所经过的时间.相图反映的是平衡的概念而不是组织的概念.铁碳相图是由极纯的铁和碳配制的合金测定的而实际的钢铁材料中还含有或有意加入许多其他元素.其中有些元素对临界点和相的成分都有很大的影响此时必须借助于三元或多元相图来分析和研究.第二部分晶体结构一. 金属键1. 金属键:金属原子依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来这种结合方式叫金属键.2. 在固态金属及合金中众多的原子依靠金属键牢固的结合在一起.二. 晶体结构1. 晶体:凡是原子或离子、分子在三维空间按一定规律呈周期性排列的固体均是晶体.液态金属的原子排列无周期规则性不为晶体.2. 晶体结构:是指晶体中原子或离子、分子、原子集团的具体排列情况也就是晶体中这些质点原子或离子、分子、原子集团在三维空间有规律的周期性的重复排列方式.3. 三种典型的金属晶体结构a. 体心立方晶格:晶胞的三个棱边长度相等三个轴间夹角均为90º构成立方体.除了在晶胞的八个角上各有一个原子外在立方体的中心还有一个原子.b. 面心立方晶格:在晶胞的八个角上各有一个原子构成立方体在立方体6个面的中心各有一个原子.c. 密排六方晶格:在晶胞的12个角上各有一个原子构成六方柱体上底面和下底面的中心各有一个原子晶胞内还有3个原子.三. 固溶体1. 固溶体:合金的组元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同这种相就称为固溶体.2. 置换固溶体:是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成固溶体.3. 间隙固溶体:是指溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置而是填入溶剂原子间的一些间隙中.4. 金属化合物:是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相又称为中间相其晶格类型和性能均不同于任一组元一般可以用分子式大致表示其组成.除了固溶体外合金中另一类相是金属化合物.四. 金属的结晶1. 金属的结晶:金属由液态转变为固态的过程称为凝固由于凝固后的固态金属通常是晶体所以又将这一转变过程称之为结晶.2. 杠杆定律的应用.在合金的结晶过程中合金中各个相的成分以及它们的相对含量都在发生着变化.为了了解相的成分及其相对含量就需要应用杠杆定律.对于二元合金两相共存时两个平衡相的成分固定不变.五. 同素异构转变当外部条件如温度和压强改变时金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变.六. 晶体的各向异性各向异性是晶体的一个重要特性是区别于非晶体的一个重要标志.晶体具有各向异性的原因是由于在不同的晶向上的原子紧密程度不同所致.原子的紧密程度不同意味着原子之间的距离不同从而导致原子之间的结合力不同使晶体在不同晶向上的物理、化学和机械性能不同.第三部分元素的影响1. 锰和硅的影响:锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂用以去除溶于钢液中的氧.它还可以把钢液中的F eO还原成铁并生成MnO和SiO2.脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中冷至室温后即溶于铁素体中提高铁素体的强度.锰对钢的机械性能有良好的影响它能提高钢的强度和硬度当含锰量低于%时可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性.碳钢中的含硅量一般小于%它也是钢中的有益元素.硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用显著的提高了钢的强度和硬度但含量较高时将使钢的塑性和韧性下降.2. 硫的影响:硫是钢中的有害元素.硫只能溶于钢液中在固态中几乎不能溶解而是以FeS夹杂的形式存在于固态钢中.硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂这种现象称为热脆.防止热脆的方法是往钢中加入适量的锰形成MnS可以避免产生热脆.硫能提高钢的切削加工性能.在易切削钢中含硫量通常为%~%同时含锰量为%~%.3. 磷的影响:一般来说磷是有害的杂质元素.无论是高温还是低温磷在铁中具有较大的溶解度所以钢中的磷都固溶于铁中.磷具有很强的固溶强化作用它使钢的强度、硬度显著提高但剧烈地降低钢的韧性尤其是低温韧性称为冷脆磷的有害影响主要就在于此.4. 氮的影响:一般认为钢中的氮是有害元素但是氮作为钢中合金元素的应用已日益受到重视.5. 氢的影响:氢对钢的危害是很大的.一是引起氢脆.二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷——白点在钢材纵断面上呈光滑的银白色的斑点在酸洗后的横断面上则成较多的发丝壮裂纹.存在白点时钢材的延伸率显著下降尤其是断面收缩率和冲击韧性降低的更多有时可接近于零值.因此具有白点的钢是不能用的.6. 氧及其它非金属夹杂物的影响:氧在钢中的溶解度非常小几乎全部以氧化物夹杂的形式存在于钢中如FeO、AL2O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等.除此之外钢中往往存在FeS、MnS、硅酸盐、氮化物及磷化物等.这些非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性在静载荷和动载荷的作用下往往成为裂纹的起点.它们的性质、大小、数量及分布状态不同程度地影响着钢的各种性能尤其是对钢的塑性、韧性、疲劳强度和抗腐蚀性能等危害很大.因此对非金属夹杂物应严加控制.第四部分热处理一. 热处理的作用1. 热处理:是将钢在固态下加热到预定的温度保温一定的时间然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺.钢中组织转变的规律是热处理的理论基础称为热处理原理.热处理原理包括钢的加热转变、珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变和回火转变.在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体.钢在加热和冷却时临界温度的意义如下:Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度;Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度;Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度;Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度;Accm——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度;Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度.通常把加热时的临界温度加注下标“C”而把冷却时的临界温度加注下标“r”.2. 珠光体转变——是过冷奥氏体在临界温度A1以下比较高的温度范围内进行的转变.珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体两个新相的机械混合物的相变过程因此珠光体转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组.由于相变在较高温度下发生铁、碳原子都能进行扩散所以珠光体转变是典型的扩散型相变.无论珠光体、索氏体还是屈氏体都属于珠光体类型的组织.它们的本质是相同的都是铁素体和渗碳体组成的片层相间的机械混合物.它们之间的差别只是片层间距的大小不同而已.珠光体的片层间距:450～150 nm形成于A1～650℃温度范围内.索氏体的片层间距:150～80nm形成于650～600℃温度范围内.屈氏体的片层间距:80～30nm形成于600～550℃温度范围内.3. 马氏体转变——是指钢从奥氏体化状态快速冷却抑制其扩散性分解在较低温度下低于Ms点发生的转变.马氏体转变属于低温转变.钢中马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体具有很高的强度和硬度.由于马氏体转变发生在较低温度下此时铁原子和碳原子都不能进行扩散马氏体转变过程中的Fe的晶格改组是通过切变方式完成的因此马氏体转变是典型的非扩散型相变.二. 热处理工艺1. 退火和正火:将金属及其合金加热保温和冷却使其组织结构达到或接近平衡状态的热处理工艺称为退火或回火.A. 低温退火去应力退火:是指钢材及各类合金为消除内应力而施行的退火.加热温度< A1 碳钢及低合金钢550～650℃高合金工具钢600～750℃B. 再结晶退火:加热温度> Tr Tr+150～250℃C. 扩散退火:是指为了改善和消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火.1 通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体主要是氢脱溶析出这时称为脱氢退火.2 均匀化退火的任务在于消除枝晶成分偏析改善某些可以溶入固溶体夹杂物如硫化物的状态从而使钢的组织与性能趋与均一.扩散退火的加热温度> Ac3 Acm 在固相线以下高温加热同时也要考虑不使奥氏体晶粒过于长大.碳钢1100～1200℃D. 完全退火:是指将充分奥氏体化的钢缓慢冷却而完成重结晶过程的退火.加热温度 Ac3+30～50℃E. 等温退火:是指将奥氏体用较快的速度冷却到临界点以下较高温度范围进行珠光体等温转变的退火. 加热温度 Ac3～Ac12. 正火:是指将碳合金加热到临界点Ac3以上适当温度并保持一定时间然后在空气中冷却的工艺方法.过共析钢正火后可消除网状碳化物而低碳钢正火后将显著改善钢的切削加工性.所有的钢铁材料通过正火均可使锻件过热晶粒细化和消除内应力.正火比退火的冷却速度快正火后的组织比退火后的组织细.3. 淬火与回火1. 淬火:是指将钢通过加热、保温和大于临界淬火速度Vc的冷却是过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法.2. 钢的淬透性:就是钢在淬火时能够获得马氏体的能力它是钢材本身固有的一个属性.3. 当淬火应力在工件内超过材料的强度极限时在应力集中处将导致开裂.4. 回火:本质上是淬火马氏体分解以及碳化物析出、聚集长大的过程.它与淬火不同点是由非平衡态向平衡态稳定态的转变.4. 化学热处理:是将工件放在一定的活性介质中加热使非金属或金属元素扩散到工件表层中、改变表面化学成分的热处理工艺.如:渗入碳、氮、硼、钒、铌、铬、硅等元素第五部分宏观检验一. 宏观检验主要可分为低倍组织及缺陷酸蚀检验、断口检验、硫印检验等.二. 酸蚀试验在宏观检验领域中酸蚀检验是最常用的检验金属材料缺陷、评定钢铁产品质量的方法.如果一批钢材在酸蚀中显示出不允许存在的缺陷或超过允许程度的缺陷时其它检验可不必进行.1. 酸蚀试验:是用酸蚀方法来显示金属或合金的不均匀性.1 热酸浸蚀实验方法2 冷酸浸蚀实验方法3 电解腐蚀实验方法2. 酸蚀试验所检验的常见组织和缺陷A:偏析:是钢中化学成分不均匀现象的总称.在酸蚀面上偏析若是易蚀物质和气体夹杂物析集的结果将呈现出颜色深暗、形状不规则而略凹陷、底部平坦的斑点;若是抗蚀性较强元素析集的结果则呈颜色浅淡、形状不规则、比较光滑微凸的斑点.根据偏析的位置和形状可分为中心偏析、锭型偏析或称方框偏析、点状偏析、白斑和树枝状组织.中心偏析:出现在试面中心部位形状不规则的深暗色斑点.锭型偏析:具有原钢锭横截面形状的、集中在一条宽窄不同的闭合带上的深暗色斑点.B. 疏松:这种缺陷是钢凝固过程中由于晶间部分低熔点物最后凝固收缩和放出气体而产生的孔隙.在横向酸蚀面上这种孔隙一般呈不规则多边形、底部尖狭的凹坑这种凹坑多出现在偏析斑点之内.根据疏松分布的情况可分为中心疏松和一般疏松.C. 夹杂:宏观夹杂可分为外来金属、外来非金属和翻皮三大类.D. 缩孔:由于最后凝固的钢液凝固收缩后得不到填充而遗留下来的宏观孔穴.E. 气泡:由于钢锭浇注凝固过程中所产生和放出气体所造成的.一般可分为皮下气泡和内部气泡两类.a. 皮下气泡: 由于浇注时钢锭模涂料中的水分和钢液发生作用而产生的气体.b. 内部气泡:又可分为蜂窝气泡和针孔气泡.蜂窝气泡是由于钢液去气不良所导致一般为不允许存在的缺陷存在钢坯内部在试面上较易浸蚀象排列有规律的点状偏析但颜色更深暗些;针孔是因为较深的皮下气泡在锻轧过程中未焊合而被延伸成细管状在横试面上呈孤立的针状小孔.白点:也称发裂是由于氢气脱溶析集到疏松孔中产生巨大压力和钢相变时所产生的局部内应力联合造成的细小裂缝.在横试面上呈细短裂缝三. 硫印检验是一种定性检验是用来直接检验硫元素并间接检验其它元素在钢中偏析或分布情况的操作.硫印检验时先用5~10%的稀硫酸水溶液浸泡相纸5分钟左右后取出去除多余的硫酸溶液把湿润的相纸感光面贴到受检表面上应确保相纸与试样面的紧密接触不能发生任何滑动排除相纸与试样面的气泡和液滴.其化学反应大致为:MnS+H2SO4→MnSO4+H2S↑FeS+H2SO4→FeSO4+H2S↑H2S+2AgBr→2HBr+Ag2S↓几秒到几分钟后将从试面上揭下的相纸在水中冲洗约10分钟然后放入定影液中定影10分钟以上取出后在流动水中冲洗30分钟以上干燥后既成.四. 断口检验1. 脆性断口:通常工程上把没有明显塑性变形的断裂统称为脆性断裂发生脆性断裂的断口为脆性断口.脆性断口也称晶状断口是指出现大量晶界破坏的耀眼光泽断口断口中晶状区的面积与断口原始横截面积的百分比则是脆性断面率也称晶状断面率.2. 结晶状断口:此种断口具有强烈的金属光泽有明显的结晶颗粒断面平齐而呈银灰色.是一种正常的断口.属于脆性断口.3. 纤维状断口:这种断口呈无光泽和无结晶颗粒的均匀组织.通常在断口的边缘有明显的塑性变形.一般情况下是允许存在的.属于韧性断口.4. 瓷状断口:是一种类似瓷碎片的断口呈亮灰色、致密、有绸缎的光泽和柔和感.是一种正常的断口.5. 台状断口:这种断口出现在纵向断面上呈比基体颜色略浅、变形能力稍差、宽窄不同、较为平坦的片状平台状.多分布在偏析内.6. 撕痕状断口:这种断口出现在纵向断面上沿热加工方向呈灰白色、变形能力差致密而光滑的条带.7. 层状断口:这种断口出现在纵向断面上呈劈裂的朽木状或高低不平的、无金属光泽的、层次起伏的条带条带中伴有白亮或灰色线条.8. 缩孔残余断口:出现在纵向断口的轴心区是非结晶状条带或疏松区有时伴有非金属夹杂物或夹杂沿条带常带有氧化色.9. 石状断口:在断口表面呈现粗大而凹凸不平的沿晶界断裂的粗晶颜色暗灰而无金属光泽象有棱角的沙石颗粒堆砌在一起.。
Fe-C相图--2016解析
工业纯铁的显微组织:
铁素体＋三次渗碳体 F+ Fe3CIII
工业纯铁的退火组织 400× 显微组织：铁素体＋三次渗碳体
三个重要的点：
共晶EUTECTIC点C
共析EUTECTOID点S
包晶PERITECTIC点J
铁碳合金相图中重要的线：
液相线ABCD，固相线AHJECF
水平线HJB
水平线ECF
水平线PSK
GS线、ES线、PQ线
包晶点J和包晶线HJB
包晶点J和包晶线HJB
温度： 1495℃；成分： 0.17%C。
ES
PQ
HJB ECF MO PSK 230 ℃线
分界线，也表示碳在-Fe铁中的溶解 度和过共析钢的上临界点Acm 分界线，也表示温度低于共析温度时 碳在-Fe中的溶解度 包晶反应平衡线 共晶反应平衡线 -Fe磁性转变线 共析反应平衡线，也表示下临界点A1 Fe3C的磁性转变线A0
铁碳合金的分类
铁碳合金的分类
S 727 0.000 共析点
8
0.77
Fe-Fe3C相图中特性线及含义
特性线
说明
ABCD AHJECF HN
JN GP
GOS
液相线
固相线
相与（ +）相区分界线也是碳在 -Fe中的溶解度曲线
（ +）相区与相区分界线
相区与（ +）相区的分界线，也 表示高于A1温度时碳在-Fe中的溶 解度
（ +）相区与相区分界线，也表 示亚共析钢的上临界温度A3
包晶反应
LB+ H AJ 即 L0.53+ 0.09A0.17 水平线HJB为包晶反应
线。
共晶点C和共晶线ECF
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金,按成分可分为三类：⑴ 工业纯铁（〈0.0218％ C ），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵ 碳钢(0.0218%~2。
11％C ），其特点是高温组织为单相A,易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0。
77%C)、共析钢（0.77％C ）和过共析钢(0。
77%～2.11％C ）。
⑶ 白口铸铁（2。
11％～6。
69%C ），其特点是铸造性能好，但硬而脆,白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2。
11％~4。
3%C ）、共晶白口铸铁（4.3%C ）和过共晶白口铸铁(4.3-6.69%C)下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化.图3—26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置㈠ 工业纯铁(图3-26中合金①）的结晶过程合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体.继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。
温度降低到3点以后，开始从d 铁素体中析出奥氏体，在3～4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，d 铁素体全部转变为奥氏体。
在4~5点之间,不发生组织转变。
冷却到5点时,开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。
在6-7点之间冷却，不发生组织转变.温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。
7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为:%31.0%1000008.069.60008.00218.03=⨯--=ⅢC Fe Q .图3—27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
工业纯铁的室温组织为a+Fe 3C III ,如图3—28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe 3C III 。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②)的结晶过程共析钢的含碳量为0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量0。
金属共晶相图(详实参照)
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5.26, 下面以它为例进行讲解。
首先分析相图中的点,线和相区。
图5.26 铅锡相图一、相图分析1、点： tA ，tB点分别是纯组元铅与锡的熔点，为327.5o C和231.9o C。
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LE →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、tA EtB线：为液相线，其中tAE线：为冷却时L→α的开始温度线，EtB线：为冷却时L→β的开始温度线。
tA MENtB线：为固相线，其中tAM线：为冷却时L→α的终止温度线，tBN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LE→（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tA EtB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。
tAMF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。
tBNG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tA EMtA区为L+α相区，在tBENtB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Sn61.9%的合金。
二元相图——铁碳相图部分
室温P组织中Fe何时二次渗碳体的含量 最大? 约多少?
2.11 0.77 22.6% 6.69 0.77
Fe3C II
22
过共析钢的室温组织
硝酸酒精浸蚀
苦味酸浸蚀
23
亚共晶钢的结晶过程
亚共晶铸铁的结晶组织
P（黑色树枝状）
图中树枝状的大块黑色组成体是先共晶A转变成 的P，其余部分为变态莱氏体。由先共晶A中析出的二 次渗碳体依附在共晶渗碳体上而难以分辨。
25
P(由初生 A 转变而来)
亚共晶白口铁的室温组织
26
共晶组织结晶
共晶铸铁的结晶组织
P（黑色颗粒）
1148C L4.3 2.11 Fe3C
28
P(黑色颗粒）
渗碳体
共晶白口铁的室温组织
29
二次渗碳体的相对量由杠杆法则计算可达11.8％，其实常依附于共晶渗碳体而无法分辨。
过共晶组织
2.4 二元相图实例分析
Fe-Fe3C相图
1. 铁碳合金中存在哪些基本相?
铁素体(BCC结构)----C原子溶于 - Fe形成的固溶体； 奥氏体(FCC结构)----C原子溶于 - Fe形成的固溶体； 渗碳体(正交点阵)------C与铁原子形成复杂结构的化合物； 石墨(六方结构)------碳以游离态石墨稳定相存在。
奥氏体
渗碳体（Cementite, Fe3C ）
• Fe 和 C 形成的复杂结构的金属化合物（间隙化合物）， 其碳含量为Wc=6.69％，熔点为1227℃，
根据生成条件不同 , 有条状、网状、片状、粒状等形 态， Fe3C的大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响。
4%硝酸酒精浸蚀 呈白色
4%苦味酸溶液浸蚀 呈暗黑色
铅锡共晶相图分析
1、相图分析图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线，ACEDB线为固相线，A点为铅的熔点（327℃），B点为锡的熔点（232℃）。
相图中有L、α、β三种相，形成三个单相区。
L代表液相，处于液相线以上。
α是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。
β是Pb溶解在Sn中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。
在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+α、L+β和α+β。
图3-12 Pb-Sn二元合金相图相图中的水平线CED称为共晶线。
在水平线对应的温度（183℃）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的α固溶体和D点成分的β固溶体：LE ⇄ ( αC+ βD)。
这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3-12可见，该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变，结晶出单相α固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相α固溶体冷却，合金组织不发生变化。
温度降到3点以下，α固溶体被Sn 过饱和，由于晶格不稳，便出现第二相—β相，显然，这是一种固态相变。
铁碳合金相图分析
⑶ 白口铸铁(2.11~6.69%C)
铸造性能好，硬而脆 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C) ② 共晶白口铸铁(4.3%C)
③ 过共晶白口铸铁
(4.3~6.69%C)
典型铁碳合金平衡结晶过程分析
1.工业纯铁 2.共析钢
3.亚共析钢 4.过共析钢 5.共晶白口铁
6.亚共晶白口铸铁 7.过共晶白口铸铁
2、含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升 高，塑性、韧性下降。 0.77%C时，组织为100%P， 钢的性能即P的性能。 ＞0.9%C, Fe3CⅡ为 晶界连续网 状, 强度下降, 但硬度仍上升。 ＞2.11%C, 组织中有以Fe3C为 基的Le’，合金太脆。
d.形态：组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。
e.性能：强度低、塑性好，钢材热 加工都在区进行。 碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
⑶ 渗碳体：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。 a.晶格结构：复杂正交 b.性能： Fe3C硬度高、脆性大，塑性几乎为零。 Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解： Fe3C→3Fe+C（石墨），该反应对铸铁有重要意义。 c.溶解度：由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下 碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。
6．亚共晶白口铸铁 2.11%<C%<4.3%
相组成物：F，Fe3C 相相对量：
F%=
Fe3C%= 组织组成物：P，Le’，Fe3CII
亚共晶白口铁金相
7．过共晶白口铸铁
亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析
L’d—变态莱氏体
相组成物 ：F，Fe3C F%=
Fe3C%= 组织组成物：Le’，Fe3C
第六节 三元相图解读
3、三元相图的表示方法
以水平浓度三角形表示成分，以垂直浓度三 角形的纵轴表示温度，三元相图是一个三角 棱柱的空间图形。一般由实验方法测定。 但由于形状复杂，多采用等温截面、垂直截 面和投影图来表示和研究。
等温截面是平行于浓度三角形在三元空间图 形上所取的界面。表示一定温度下不同合金 所处相的状态，不同温度的等温截面可分析 三元合金中随温度发生的变化。
三元相图引言
在恒压下，二元系只有两个独立变量：温 度和成分，相图是平面图。三元系将有温 度和两个成分参数构成的三个独立变量， 因此三元相图是空间立体图，给表达和学 习认识上带来相当的困难。
6.1 概述
1、三元相图成分表示方法--浓度三角形
浓度三角形为等边三角形。顶点代 表纯组元A、B、C。三边表示相应的 二元合金；按顺时针或逆时针方向 标注合金成分；三角形内任意一点x 的三组元成分确定：过x点分别做三 边的平行线，分别截取wA=Cb, wB=Ac, wC=Ba 。 Cb+Ac+Ba=AB=BC=CA=1 相应地也可以根据合金成分确定合 金在相图中的位置。
6-3 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 面： 液相面：3个 两元共晶面：6个 三元共晶面：1个 区： 单相区：4个 两相区：3个 三相区：4个 四相区：1个
6-3 三元共晶相图
（1）相图分析 区： 单相区：4个 两相区：3个 三相区：4个 四相区：1个
2
（ ） 结 晶 过 程
—— 适用于两相平衡的情况
WB
M" O " N "
A
B
N (b)
N’ MNO点在一条直线上
O
O’
M
(a)
铅锡共晶相图分析(图文借鉴)
1、相图分析图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线，ACEDB线为固相线，A点为铅的熔点（327℃），B点为锡的熔点（232℃）。
相图中有L、α、β三种相，形成三个单相区。
L代表液相，处于液相线以上。
α是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。
β是Pb溶解在Sn中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。
在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+α、L+β和α+β。
图3-12 Pb-Sn二元合金相图相图中的水平线CED称为共晶线。
在水平线对应的温度（183℃）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的α固溶体和D点成分的β固溶体：LE⇄ ( αC + βD)。
这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3-12可见，该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变，结晶出单相α固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相α固溶体冷却，合金组织不发生变化。
温度降到3点以下，α固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，便出现第二相—β相，显然，这是一种固态相变。
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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冶金物理化学--相图
基本概念回顾v自由度：体系的总变量数减去独立方程数的式，为 独立变量数，也即体系的自由度。
----计算方法冶金物理化学—相图体系总变量数为：(m-1)r+2（考虑温度和压力条件下）其中：假设体系有m个组元，存在r个相，则其中m-1个组元应为独立组 元。
则变量数为：(m-1)r独立方程数：(r-1)m 故自由度: f=m+2-r相律：若C表示组元的数量，P表示相的数量，则 相律常写为f=C-P+2。
冶金物理化学（相图）基本概念回顾 几个定义：v组元：组成系统的独立化学组成物。
合金中元素 视为组元，陶瓷中某一化合物视为组元。
v相：在一个多相体系中由界面分开的物质的均匀 部分，它们具有相同的物理、化学性质和晶体结 构。
v自由度：平衡状态下，在不改变相的类型和数目 时，可以独立变化的状态函数的数量。
冶金物理化学（相图）二元相图的类型v十二个基本类型1、具有最低共溶点或称简单共晶； 2、具有稳定化合物或称同分熔点化合物； 3、具有异分熔点化合物； 4、具有固相分解的化合物； 5、固相晶型转变； 6、液相分层； 7、形成连续固溶体； 8、具有最低点或最高点的连续固溶体； 9、具有低共熔点并形成不连续固溶体； 10、具有转熔反应并形成有限固溶体； 11、具有共析反应； 12、具有包析反应。
冶金物理化学（相图）二元相图的几何元素---面、线v 二元相图由曲线、水平线、垂直线和斜线组成，这些 线把整个图面分成若干区域 区域，形成若干交点 交点。
从而形成相 图中的基本几何元素点、线、面。
v二元相图的几何元素---线二元相图的垂直线：是两组分形成化合物的组成线，可以是 稳定化合物也可以是不稳定化合物。
在化合物的熔点温度，液相和固相有相同的组成，此种化合物 即为稳定化合物，又称同分熔点化合物 同分熔点化合物；若化合物没有固定熔点 仅有分解温度，作为分解产物的固相和液相组成都与原固相化合 物不同，此化合物即为不稳定化合物，也称为异分熔点化合物 异分熔点化合物。
铅锡共晶相图分析
１、相图分析图3-12为一般共晶型的Pｂ-Ｓn合金相图。
其中AEB线为液相线,ＡCEDB 线为固相线，Ａ点为铅的熔点(3２７℃)，B点为锡的熔点（2３2℃)。
相图中有Ｌ、a、b三种相,形成三个单相区。
Ｌ代表液相,处于液相线以上。
a是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Ｐb的封闭区域内。
b是Pｂ溶解在Sn 中所形成的固溶体,位于靠近纯组元Ｓｎ的封闭区域内。
在每两个单相区之间,共形成了三个两相区，即L＋ａ、Ｌ+b和a＋b。
图3-12 Pｂ-Sn二元合金相图相图中的水平线ＣED称为共晶线。
在水平线对应的温度(183℃）下,E点成分的液相将同时结晶出C点成分的a固溶体和Ｄ点成分的b固溶体:ＬE⇄（ａC + bＤ)。
这种在一定温度下,由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度,代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金,位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、ａ、b三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的ＣF线和DG线分别为Sｎ在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线）,称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3-12可见，该合金液体冷却时,在２点以前为匀晶转变,结晶出单相a 固溶体,这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在２、3点之间，为单相a固溶体冷却,合金组织不发生变化。
温度降到3点以下,a固溶体被Ｓn过饱和,由于晶格不稳，便出现第二相—b相,显然，这是一种固态相变。
《相图及其类型》课件
目 录
• 相图概述 • 单组分系统相图 • 二组分系统相图 • 三组分系统相图 • 相图的实验测定方法
相图条件下，描述物质中不同相之间关系的图解。它通过图形和数据 展示物质在不同温度、压力等条件下的相态变化，是研究物质相变规律的重要工 具。
三组分系统相图的分类
简单相图
三个组分之间只发生两两相互作用， 形成两个或三个单相区和一个或两个 双相区。
复杂相图
三个组分之间发生三组分相互作用， 形成多个单相区和多相区，具有更复 杂的相平衡关系。
三组分系统相图的实例分析
实例一
水-盐-烃三组分系统相图在石油工业中的 应用，用于研究油藏中水、盐、烃的相 平衡关系，指导石油开采和分离过程。
VS
实例二
硫酸-水-原料油三组分系统相图在化学工 业中的应用，用于研究硫酸、水和原料油 之间的反应和分离过程，提高生产效率和 产品质量。
相图的实验测定方
05
法
热分析法
差热分析法（DSC）
通过测量物质在加热或冷却过程中温度的变 化，确定物质的状态变化和相变。
热重分析法（TGA）
通过测量物质在加热过程中质量的变化，研 究物质在加热过程中的分解、氧化等反应。
要点一
总结词
描述合金的相图特点
要点二
详细描述
合金的相图是单组分系统相图中的另一种类型，它展示了 合金在不同成分和温度下的相变情况。在相图中，我们可 以看到合金的固溶线、共晶点和包晶点等关键点的位置， 以及在这些点之间发生的相变过程。这些相变过程对于合 金的制备、加工和使用具有重要意义，因为它们决定了合 金在不同条件下的力学、物理和化学性质。
二组分系统相图
03
液态完全互溶的二组分系统相图
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1. 由材料的成分和温度预知平衡相； 2. 材料的成分一定而温度发生变化
时其他平衡相变化的规律； 3. 估算平衡相的数量。
预测材料的组织和性能
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第一节 相图知识
二、相图与冷却曲线的关系：
成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果 系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将 不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全小时 的温度，利用这一特点，由实测的冷却曲线可以作出相图。
典型相图分析
➢相图知识 ➢二元匀晶相图与固溶体的凝固 ➢二元共晶相图 ➢二元包晶相图 ➢复杂二元相图的分析方法 ➢三元相图
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一、相律 第一节 相图知识
对于恒压条件：f = c – p + 1 系统中有p相，c个组元，则成分引起的变数p(c-1)个。系 统总的变数为p(c-1)+1 在多相平衡时，任一组元在各相间的化学位相等， 每个 组元可写出个p-1等式，平衡条件总数为c(p-1)
一般用占总体数量的百分 比的相对值来表示。如果 把线段axc当成一杠杆，则 他们满足杠杆力的平衡原 理，所以称之为杠杆定律。
用杠杆定律来分析在理解和使用都精有品好课的件 直观性和方便。适用所有两相平衡。
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
三、固溶体材料冷却时组织转变
过程：
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1点以上液体冷却
1点开始凝固，固体成 分在对应固相线处
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
五、固溶体中溶质的分布
例一：定向凝固时溶质分布规律
在冷却速度较快时的凝固是非平衡凝固，从相图中可见，在略低于开始 凝固温度t 1下开始析出的固体的成分为α1，到t 2温度晶体表面生长的成分 可为α2，由于扩散速度跟不上来，心部的成分来不及达到和表面一样就冷却 到下一温度t 3，因此析出的固体的成分表里不一，平均成分也偏离了固相线。 到固达 体平的衡平和均固成相分线回交到点合的金温 成度 分时t f液时体还精品消有课失液件，相凝存固在过，程继才续结冷束却。到一更低的温度，
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
四、固溶体材料非平衡冷却
非平衡凝固的特点有：①凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线； ②凝固过程进行到一更低的温度才能完成；③生成固体的成分是不均匀的。 随着冷却速度的加大，这些差别特点表现的愈明显。
结果：生成固体的成分不均匀较偏析，快速冷却时在一个晶粒内部先后结晶 的成分有差别，所以称为晶内偏析，金属的晶体往往以树枝晶方式生长，偏 析的分布表现为不同层次的枝晶成分有差别，因此这种偏析又称枝晶偏析。
k0 CS /CL
实际凝固时原子的迁移需要一过程，液体 和固体的成分达不到相图所示的平衡状态， 这时分析采用“有效分配系数”，它定义为：
ke 凝边固界时层固以－外液的界 相 液 浓 面 的 体 度 处 (浓 C平 L(C )固 B度 S均 )i
有效分配系数不是一常数，而精是品课随件凝固过程有所变化。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
一、相图形式
两组元在液态和固态都能无限互溶。如Cu—Ni、Ag—Au形 成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图。
相图的构成：由两条曲线将 相图分为三个区。左右两端 点分别为组元的熔点。上面 的一条曲线称为液相线，液 相线之上为液相的单相区， 常用L表示；下面的一条曲 线称为固相线，固相线之下 为固溶体的单相区，常用α 表示；两条曲线之间是双相 区，标记L+α表示。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
五、固溶体中溶质的分布
由于固溶体凝固中，析出固体的成分与液体不相同，并 且在凝固时达不到平衡，所以凝固后溶质的分布是不均匀的， 当然这种不均匀有时也可带来有利的利用。下面仅就几种特 例讨论。
如图所示相平衡分配系数。
1－2之间，温度下降， 液体数量减少，固体数 量增加，成分沿液相线 和固相线变化，
到2点，液体数量为0， 固体成分回到合金原始 成分，凝固完成
2点以下固体冷却，无 组织变化
第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
三、固溶体材料冷却时组织转变
特点：
1.与纯金属凝固一样由 形核和长大来完成结晶 过程，实际进行在一定 的过冷度下。
2.凝固在一温度范围内 进行。只有在温度不断 下将时固体量才增加， 温度不变，液固数量维 持平衡不变。
3.凝固过程中液体和固 体的成分在不断变化。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
四、固溶体材料非平衡冷却
过程：
从固溶体的凝固特征可知，在晶体长 大过程中，组元元素在析出的固相中不断 的发生迁移。但原子在固体中的迁移相对 结晶过程是较慢的(原子的迁移是扩散过 程，以后专门讨论)，可见完全达到平衡 凝固是较困难的，需要相当长的时间，一 般的冷却凝固达不到平衡状态。
f=变数-条件数= p(c-1)精+品1课-件 c(p-1)=c-p+1
第一节 相图知识
一、相律
二元相图：当存在两个组元时，成分也是变量，但一种组元的含 量为独立，另一组元则为余下部分。为在二维平面上表示， 通常只考虑在常压下，取两个变量温度和成分。横座标用线 段表示成分，纵座标表示温度。平面上以按这时平衡状态下 存在的相来分隔。(如图)
晶内偏析的程度决定于：相图中液—固相线相距愈远，组元元素原子的迁移 能力愈低(扩散系数小)，冷却速度愈大，造成的晶内偏析将愈严重。
消除偏析的方法：前两条原因是不可更改的，但并不是采用慢速冷却，因为 慢速冷却会使晶粒变大，最高和最低成分之间的距离加大消除更困难，而是 快速冷却，细化晶粒，会带来晶内的偏析，即宏观均匀而微观有大的差别， 凝固后重新加热到略低于熔点温度，进行一段时间的保温，让原子在这时进 行扩散迁移，达到均匀，这种方法称为均匀化退火。
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第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固
二、两相平衡时的数量分配规律－－杠杆定律
如图，合金x在温度T1将由两相长期并存，这时两相的成分 和数量保持不变。过x点作水平线交液相线和固相线于a、c点， 经热力学证明a、c点的成分分别为平衡的液体和固体的成分，
设mL和m分别为两相的数量， 由物质不灭可推导出：