冶金物理化学简明教程第三章相图 ppt课件
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相图分析ppt课件
当碳在铁中的含量超过溶解度时，多余碳以Fe3C 形式存在于铁碳合金，称为渗碳体。
Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 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。
42
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⒉ 碳在铁中的固溶度
形成稳定化合物的合金： 性能-成分曲线出现拐点。
❖共晶合金
两相机械混合物的合金: 性能与合金成分呈直线关
系，是两相性能的算术平
均值。
混= ∙Q + β∙Qβ
HB混=HB ∙Q +HBβ∙Qβ
(Q 、Qβ为两相相对重量)36
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相图铸造性能的关系
固溶体合金:
液固相线间距越大、偏
析倾向大, 树枝晶发达, 流动性降低, 补缩能力 下降, 分散缩孔增加.
三条水平线hjbpskfe55一工业纯铁002二钢002214c高温组织为单相亚共析钢002077c共析钢077c过共析钢077214c214二fefec合金的平衡结晶过程56三白口铸铁214669c铸造性能好亚共晶白口铸铁21443c共晶白口铸铁43c过共晶白口铸铁43669c21457工业纯铁的结晶过程12点间转变为34点间56点间7点开始从中析出fe585921460共析相图与共晶相图相似共析相图与共晶相图相似共析线共析线pskpsk线线共析点共析点s点点共析温度共析温度共析共析成分成分共析合共析合金金共析成共析成分合金分合金亚共析合金亚共析合金共共析线上共析点以左的合析线上共析点以左的合金金过共析合金过共析合金共析线共析线上共析点以右的合金上共析点以右的合金
61
铁碳合金相图
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冶物化课件3
(1)指出图中析出初晶的起 始温度； (2)指出图中形成二元共晶
的起始温度； (3)指出图中形成三元共晶 的起始温度.
CaO-SiO2-FeO在1500 ℃ 等温截面图如下：
(1)标出各相区组成。 (2)组成为w(CaO)=55%,w(SiO2)=25%,w(FeO)=20%的熔渣 在此温度析出什么固相？
(3) 标出与析出固相达到平衡的液相位置。 (4) 怎样才能使熔渣中固相减少？
体系初始点为p,此体系 由此降温，试回答以下 问题：
罗策布浓度三角形
由等边三角形内任 意一点，分别向三个 边作平行线，逆时针 (或顺时针)方向读取 平行线在各边所截线 段，此三线段长度之 和为一常数，等于三 角形的边长。
将三角形每一边长分 为100等份，每个顶 点仍代表纯组元。
等含量规则：平行于浓度三角形的任何一边的直线，在此 线上的所有点所代表的三元系中，直线所对的顶角组元的 浓度均相同，见左图
2.2.1 相图的基本定律
2.2.1.2 相律
相律是Gibbs研究热力学平衡体系中物相数随体系组元
数及其它热力学参数变化时发现的规律，又称Gibbs相律。 可用下式表达： F=C-P2 (“2”指温度和压强这两个变量)
F－自由度(即数学上的自由变量。体系所处状态可自由变化的温度、 压强和各组元浓度都可看作自由度为1) ； P－相数； C－独立组元数=S(物种数)-R(独立化学平衡数)-R’(浓度关系数）
（3）生成不稳定化合物型
（不稳定化合物为C)
(4)有低共熔点(E)的 固熔体部分互熔型
(5)固熔体全部互溶型
(6)有转熔点固熔体部分互熔型
(7)有最低点的固熔体 完全互熔型
(8)有液相分层型
L
(9)有一个化合物(D) 在固相分解型
的起始温度； (3)指出图中形成三元共晶 的起始温度.
CaO-SiO2-FeO在1500 ℃ 等温截面图如下：
(1)标出各相区组成。 (2)组成为w(CaO)=55%,w(SiO2)=25%,w(FeO)=20%的熔渣 在此温度析出什么固相？
(3) 标出与析出固相达到平衡的液相位置。 (4) 怎样才能使熔渣中固相减少？
体系初始点为p,此体系 由此降温，试回答以下 问题：
罗策布浓度三角形
由等边三角形内任 意一点，分别向三个 边作平行线，逆时针 (或顺时针)方向读取 平行线在各边所截线 段，此三线段长度之 和为一常数，等于三 角形的边长。
将三角形每一边长分 为100等份，每个顶 点仍代表纯组元。
等含量规则：平行于浓度三角形的任何一边的直线，在此 线上的所有点所代表的三元系中，直线所对的顶角组元的 浓度均相同，见左图
2.2.1 相图的基本定律
2.2.1.2 相律
相律是Gibbs研究热力学平衡体系中物相数随体系组元
数及其它热力学参数变化时发现的规律，又称Gibbs相律。 可用下式表达： F=C-P2 (“2”指温度和压强这两个变量)
F－自由度(即数学上的自由变量。体系所处状态可自由变化的温度、 压强和各组元浓度都可看作自由度为1) ； P－相数； C－独立组元数=S(物种数)-R(独立化学平衡数)-R’(浓度关系数）
（3）生成不稳定化合物型
（不稳定化合物为C)
(4)有低共熔点(E)的 固熔体部分互熔型
(5)固熔体全部互溶型
(6)有转熔点固熔体部分互熔型
(7)有最低点的固熔体 完全互熔型
(8)有液相分层型
L
(9)有一个化合物(D) 在固相分解型
冶金原理第三章.ppt
原理：当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加 入第3组分，其溶解度改变，但其活度未变，因为第3组 分引起活度系数发生了变化。 B[B ]饱和
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
12
2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
23
溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
19
3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
13
2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
12
2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
23
溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
19
3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
13
2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
6.相图PPT课件
算得到合金III在室温下的三种组织组成物的相对质量为
（请自行推导） ω：( )
c g fg
2d cd
100%
ω
(
II
)
fc 2 d 1 0 0 % fg cd
ω (
)
2c 100% .c d
20
合金III结晶过程和合金组织
图6-12 亚共晶合金的结晶过程示意图 图6-13 亚共晶合金组织
此外，图6-23中成分c点的合金在平衡条件下不发 生包晶反应，但在快冷不平衡条件下由于扩散受抑制， α相出现枝晶偏析，平均固相线成分偏移，在包晶反应 温度，仍会有液相存在，也可发生包晶反应，形成β 相。
线上标出临界点温度。
将具有相同意义的点连接成线，标明各区域 内所存在的相，即得到Cu-Ni合金相图，见图6-2。
.
4
建立相图的示意图
图6-2 建立Cu-Ni相图的示意图
..2.1 相律
相律是表示材料在平衡条件下，系统的
自由度数f与组元数c和平衡相数p三者之间
关系的定律。它们之间的关系为：
.
11
6.3.2 平衡结晶过程分析
图6-4 匀晶相图合金的结晶过程
在1点温度以上，合金
为液相L。缓慢冷却至1－
2温度之间时，合金发生
均晶反应：
L
从液相中逐渐结晶出
固溶体，2点温度时，合
金全部结晶α为固溶体。 2－3温度区间为固溶体α
的降温过程。其他成分合
金的结晶过程与其类似。
.
12
匀晶结晶特点
材料的相状态由其成分和所处温度来决定。 相图就是反映材料在平衡状态下相状态与成分和 温度关系的图形。相图不仅反映了不同成分材料 在不同温度下所存在的相及其相平衡关系，而且 反映了温度变化时的相变过程及组织形成的规律。 因此，相图是研究和使用材料、制订材料生产和 加工工艺的主要依据。本章仅研究二元相图。
相图在冶金中的应用全解PPT课件
第11页/共59页
第一讲：绪论
• 组元（指独立组元）
• 组元是构成平衡体系中各相所需要的最少的独立 成分。
• 组元数不一定等于构成该体系的物种数。 • 组元数与物种数的区别和联第12页/共59页
第一讲：绪论
• 组元（指独立组元）
• 体系的组元数为1，单元系 • 组元数为2、二元系 • 其余类推
Temperature (oC)
CaO - MgO
Data from FToxid - FACT oxide database 2010
ASlag-liq
0.236
0.410
2374o
AMonoxide + AMonoxide#2
2825o
0.944
0.2
0.4
0.6
0.8
1
mole MgO/(CaO+MgO)
)
G fus A(TB )
RT
ln
a(l) A(TB
)
T
* f,
A
G
fus A
0
fus
H
A
Tf*,
A
S
fus A
第36页/共59页
第二讲：二元系
• 简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理
• A的熔点 处 T f*, A
•
fus
S
A
设
fus
H
A
T* f ,A
随温度
变化fu不sSA大和， f则usH
A
TB
)
T* f ,A
G fus A(TB )
RT
ln
a(l) A(TB
)
R
T
ln
a
第一讲：绪论
• 组元（指独立组元）
• 组元是构成平衡体系中各相所需要的最少的独立 成分。
• 组元数不一定等于构成该体系的物种数。 • 组元数与物种数的区别和联第12页/共59页
第一讲：绪论
• 组元（指独立组元）
• 体系的组元数为1，单元系 • 组元数为2、二元系 • 其余类推
Temperature (oC)
CaO - MgO
Data from FToxid - FACT oxide database 2010
ASlag-liq
0.236
0.410
2374o
AMonoxide + AMonoxide#2
2825o
0.944
0.2
0.4
0.6
0.8
1
mole MgO/(CaO+MgO)
)
G fus A(TB )
RT
ln
a(l) A(TB
)
T
* f,
A
G
fus A
0
fus
H
A
Tf*,
A
S
fus A
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第二讲：二元系
• 简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理
• A的熔点 处 T f*, A
•
fus
S
A
设
fus
H
A
T* f ,A
随温度
变化fu不sSA大和， f则usH
A
TB
)
T* f ,A
G fus A(TB )
RT
ln
a(l) A(TB
)
R
T
ln
a
3金属的结晶与相图PPT课件
非均匀形核更为普遍。
均匀形核
10
3、晶核的长大方式
晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状 长大。
树枝状长大的实际观察
均匀长大
11
实际金属结晶主要以树枝状长大. 这是由于存在负温度梯度，且晶
核棱角处的散热条件好，生长快， 先形成一次轴，一次轴又会产生 二次轴…，树枝间最后被填充。 负温度梯度
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
14
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
15
2、固态转变的特点
⑴形核一般在某些特定部位发 生（如晶界、晶内缺陷、特定 晶面等）。
固态相变的晶界形核
(Sn-0.5%Cu铸态，255K)
12
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
13
三、同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
构转变。同素异构转变属于 相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
线。
21
二、二元相图的基本类型与分析
1、二元匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
22
相图由两条线构成， 上面是液相线，下面 是固相线。
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线 以下为固溶体区， 两条线之间为两相共 存的两相区（L+ ）。
均匀形核
10
3、晶核的长大方式
晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状 长大。
树枝状长大的实际观察
均匀长大
11
实际金属结晶主要以树枝状长大. 这是由于存在负温度梯度，且晶
核棱角处的散热条件好，生长快， 先形成一次轴，一次轴又会产生 二次轴…，树枝间最后被填充。 负温度梯度
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
14
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
15
2、固态转变的特点
⑴形核一般在某些特定部位发 生（如晶界、晶内缺陷、特定 晶面等）。
固态相变的晶界形核
(Sn-0.5%Cu铸态，255K)
12
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
13
三、同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
构转变。同素异构转变属于 相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
线。
21
二、二元相图的基本类型与分析
1、二元匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
22
相图由两条线构成， 上面是液相线，下面 是固相线。
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线 以下为固溶体区， 两条线之间为两相共 存的两相区（L+ ）。
金属的凝固与相图ppt课件
第三章 材料的凝固与相图
凝固与结晶的基本概念 纯金属的结晶 合金的结晶与相图 铸态组织与冶金缺陷
1
3.1 凝固与结晶的概念
1.凝固
物质由液态转变成固态的过程。
晶体？ 非晶体？
2.结晶
*由液态转变成晶体固态物质的过程。
工程上一般把金属由液态转变为固态的加工过程 称为铸造。
将液态金属浇铸到锭模或铸模中冷却为一定形状 的块体称为铸锭。也可以直接浇注成铸件。
14
结晶的热力学条件及结构条件
1.金属结晶的热力学条件: G=H–ST
G– 物体的自由能 H – 物体的焓值 S–熵 T – 温度 K
15
G/ T=-S
F
液相
ΔG
固相
ΔT
Tn To TL
T
16
2.金属结晶的结构条件
近程有序结构
远程有序结构
结晶
结构起伏
17
二.结晶过程
形核 长大
18
结晶的一般规律: 形核、长大。
28
29
细化铸态金属晶粒措施之一： 增大过冷度
过冷度ΔT增大,形核速 率N和长大速度G都会增大。
ΔT较小时，N的增长率 小于G；
ΔT较大时，N的增长率 大于G。
30
增大过冷度的主要办法： 1、降低浇注温度。 2、提高浇注后的冷却速度（如采用金属型铸模）。
高速急冷可获得超细晶或纳米晶粒。 超高速急冷可使液态金属难以结晶而得到非晶 态结构。非晶态金属具有很高的强度和韧性及优异 的电磁性能和高的抗腐蚀性能等。
液态金属结构
11
当温度下降至结晶温度以下时，原子团不再消失并迅 速长大形成规则排列的பைடு நூலகம்胚→晶核→晶粒→固态晶体 金属。规则排列的原子结构，称长程有序。。
凝固与结晶的基本概念 纯金属的结晶 合金的结晶与相图 铸态组织与冶金缺陷
1
3.1 凝固与结晶的概念
1.凝固
物质由液态转变成固态的过程。
晶体？ 非晶体？
2.结晶
*由液态转变成晶体固态物质的过程。
工程上一般把金属由液态转变为固态的加工过程 称为铸造。
将液态金属浇铸到锭模或铸模中冷却为一定形状 的块体称为铸锭。也可以直接浇注成铸件。
14
结晶的热力学条件及结构条件
1.金属结晶的热力学条件: G=H–ST
G– 物体的自由能 H – 物体的焓值 S–熵 T – 温度 K
15
G/ T=-S
F
液相
ΔG
固相
ΔT
Tn To TL
T
16
2.金属结晶的结构条件
近程有序结构
远程有序结构
结晶
结构起伏
17
二.结晶过程
形核 长大
18
结晶的一般规律: 形核、长大。
28
29
细化铸态金属晶粒措施之一： 增大过冷度
过冷度ΔT增大,形核速 率N和长大速度G都会增大。
ΔT较小时，N的增长率 小于G；
ΔT较大时，N的增长率 大于G。
30
增大过冷度的主要办法： 1、降低浇注温度。 2、提高浇注后的冷却速度（如采用金属型铸模）。
高速急冷可获得超细晶或纳米晶粒。 超高速急冷可使液态金属难以结晶而得到非晶 态结构。非晶态金属具有很高的强度和韧性及优异 的电磁性能和高的抗腐蚀性能等。
液态金属结构
11
当温度下降至结晶温度以下时，原子团不再消失并迅 速长大形成规则排列的பைடு நூலகம்胚→晶核→晶粒→固态晶体 金属。规则排列的原子结构，称长程有序。。
冶金物理化学简明教程PPT精品课程课件全册课件汇总
魏寿昆（1907~)，天津人，中国科学院院士。德国德累斯顿工 科大学工学博士 ,《冶金过程热力学》、《活度在冶金中的应 用》。 在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理 论为红土矿脱铬、金川矿提镍、等多反应中金属的提取和分离 工艺奠定了理论基础。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
2.1 国外
1920~1932年，黑色冶金中引入物理化学理论； 1920 年， P.Oberhoffer（奥伯霍夫）首次发表钢液中 Mn-O平衡问题的论文； 1925 年， Farady Society （法拉第学会）在英国伦敦 召开炼钢物理化学学术年会。
2. 冶金物理化学的发展
1926 年， C.H.Herty（赫蒂）在美国发表《平炉炼钢 过程中C、S、Mn等元素变化规律》论文，且专门领 导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。
1. 本课程作用及主要内容
火法冶金特点：一高三多
1. 本课程作用及主要内容
1.2 作用
将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶金过程中， 阐明冶金过程的物理化学规律，为控制和强化冶金过 程提供理论依据。
为去除某些元素保留某些元素而选择合适的冶炼条件 （温度、气氛）。例如炼钢过程。此类问题将由本课 程解决。
1.4.2 冶金动力学
与物理化学的差异： 物化：只是单相中微观的化学反应，也称微观动 力学； 冶金动力学：对多相，还伴有传热、传质现象， 为宏观动力学； 一般说来，由于高温，所以化学反应速度快，多 为扩散为限制行环节； 现状：数据不全，误差大，模型的适用性差。2. 冶金物理化学的发展
主要为第二定律 工具：等温方程式 正向 逆向 平衡 测定 计算（查表）CP→K（0） CP→＝A＋BT 估计值 统计热力学
冶金物理化学简明教程第三章相图 ppt课件
DG E
相
A
C
冶
金 三、浓度三角形规则
物
理 6. 相对位规则
化 • 质心位：M点位于△DEF内。
学 简
重量关系：WM= WD+WE +WF 反应： D＋F＋ E →M
B
明
教
F
程
M
第
DG E
三
A
C
章
三元共晶点：D＋E+F → M
相
冶
金 三、浓度三角形规则
物 理
6.相对位规则
B
化
M点位于△DEF外情况（析出）
面：初晶区
明
4个初晶区（A）、（B）、 A
（C）、（AmBn）
教 线：二次共晶线（界线）
程
内界线，侧界线 点：二元、三元共晶点
第 2. 缓冷分析
三
e4
D
AmBn(D) e1
B
E2 e5 E1
e3
e2
章 相
AmBn与C的二元共晶点，是该线上的温度最低 点，又是E1E2线上的温度最高点。
C
冶
金 二、生成稳定化合物类型 物 理 2. 温度最高点规则：（内界线上的交点）
明
φ
1
2
3
4
教
程
f
3
2
1
0
第
三
章
相
冶
金 物 一、简单三元共晶相图
理 1. 相图组成
化 学
读图（点tA、线、面的物理意义）tA
简
相律： 在浓度三角形内A： f =4－φ
明
在浓度三e1’ 角形边A上： f =3－e3’φ
教 程
tB
三元相图教程ppt课件
e1 E1
C E2 e2
（4） 三角形规则
C
用途：确定结晶产物和
结晶终点。
内容：原始熔体组成点 所在三角形的三个顶点表
C
e4
E
m P
e3
示的物质即为 其结晶产物；
与这 三个物质相应的初晶
A
S
区所包围的三元无变量点 A
e1
Q
B
．
S
B
是其结晶终点。
46
2） 不同组成的结晶路程分析 A、划分副三角形， 确定组成点的位置； B、 分析析晶产物和析晶终点； C、分析析晶路线，正确书写其结晶路程； D、利用规则检验其正确性。
A
结论：从M3中取出M1
＋M2愈多，则M点离M1和
M2愈远。
C
M
M3 PP M1
M2 B
17
四、 三元相图的基本类型
1)具有一个低共熔点的简单三元相图
高温熔体
对C晶体饱和： p=2, f=2
低共熔点：同时对晶 体C、A、B饱和， p=4,f=0; 至液相消失 到达界线：同时对晶体 C、A饱和; p=3, f=1 18 18
(2)三侧面：构成三个简单二元系统状态图，并具有相 应的二元 低共熔点；
(3)二元系统的液相线在三元系统中发展为液相面，液 相面代表了一种二相平衡状态，三个液相面以上的空间 为熔体的单相 区；
(4)液相面相交成界线，界线代表了系统的三相平衡状 态，f ＝ 1；
(5)三个液相面和三条界线在空间交于E/点，处于四相 平衡状态， f ＝ 0；
E1为I相应副 三角形的交叉 位，则为单转 熔点
40
无变量点 E1处于其相应 副三角形 △ADC的共轭 位，则为双转 熔点,在E1点发 生l+C+A=D
第三章铁碳合金相图PPT课件
化学工业出版1社6
（二）含碳量与工艺性能间的关系 1.铸造性能 2.锻压性能 3.焊接性能 4.切削加工性能 5.热处理性能
化学工业出版1社7
第五节 碳 素 钢 碳素钢（碳钢）是指wC≤2.11%，并含有少量锰、硅、 硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
一、杂质元素对碳钢性能的影响 （一）锰的影响 钢中的一种有益元素。 （二）硅的影响 钢中的有益元素。 （三）硫的影响 产生热脆性。可改善钢的切削加工性能。 （四）磷的影响 产生冷脆现象。改善钢的切削加工性利。 （五）非金属夹杂物的影响
化学工业出版社3
第二节 铁碳合金相图
铁碳合金相图：表示在平衡条件下，不同成分的铁 碳合金、在不同温度下与组织或状态之间关系的图形。
温度/ ℃
1600A
L+δ
δ δ+A
H
B
L
J
D
1400
1394℃
L+A
1200
A
1148℃
L+Fe3CⅠ F
E
C
1000 G 912℃
F+A
A+Fe3CⅡ
A+Fe3CⅡ+Ld
Q255、Q275钢 强度较高，可代替30、40钢制造较重 要的某些零件。
化学工业出版社5
二、铁碳合金的分类 分为工业纯铁、钢和白口铸铁。 （一）工业纯铁 wC＜0.0218%的铁碳合金，其室温组织：铁素体。 （二）钢 0.0218~2.11%C的铁碳合金。 1.共析钢 成分为0.77%C的铁碳合金，室温组织： 珠光体； 2.亚共析钢 成分为0.0218~0.77%C的铁碳合金，室 温组织：铁素体+珠光体； 3.过共析钢 成分为0.77~2.11%C的铁碳合金，室温 组织：珠光体+二次渗碳体。
第六节三元相图 ppt课件
各线、面、区在 投影图中的位置
相图分析： 线：三条单变量曲线
液相面交线 两相共晶线 面：2个液相面 3个固相面 2个固溶面 2个三相共晶面 区：3个单相区 3个两相区 1个三相区
44
合 金 结 晶 过 程
45
合金室温组织
a、b单变量线间 ：La+b
成分点位于 a相单变量线投影线与 L 相单变量线投影线之间，其初生 相为 a，凝固结束时的组织为初晶 a+bII+共晶（a+b）；成分点位于 b 相单变量线投影线与L相单变量线 投影线之间，其初生相为 b，凝固 结束时的组织为初晶 b+aII+共晶 （a+b）；成分点位于 L 相单变量 线投影线上的材料，没有初生相， 凝固后的组织为共晶（a+b）。
征
与
垂直
曲边三差 别 角形
截面 图
可 以
正立 作 为
倒立
判
上或下顶点 与液相区相
定 共 晶 型
侧顶点与液 相区相连接
连接
三 相
区
与
包
晶
型
三
相
区
的
55
依
6.5三组元固态有限互溶，有四相共晶反应的三元相图
56
从占有空间的角度看,固态有限互溶三元共晶相图比固态完全不互溶 三元共晶相图要多三个单相区(a,b,)和三个固态两相区 (a+b,b+,+a),请见下表:
48
6.5三相包晶平衡区的三元相图
49
3条单变量 曲线 液相面 固相面 固溶面
50
材料的平衡冷却过程分析
首先从液相L中析出成分为 b1的固溶体而进入两相区 液相的成分变化到E1E2线上 的L2,b相的成分变化到nq线 上的b2，此时L2位于b2O的 连线上。
相图及其应用PPT课件
8
组分数（组元，Component）
组分数：是为了表示体系中各种性质所需要的最少
物种数，或者在一定温度、压力下，体系中可以任意 改变其数量的物质数目，用C表示。 注意：
体系中的物种数(S )和组分数(C )这两个概念的区别 体系中有几种物质，则物种数 S 就是多少；而组分数 C 则
3）固相： 固溶体：即固体溶液，固体以分子或原子状态均匀地分 散到另一种固体的晶格中，形成性质均匀的固体溶液。 对体系中的固体来说，如果固体之间不形成固溶体，则 不论固体分散得多细，一种固体物质就有一个相。 而同一种固体的不同颗粒仍属同一相，因为尽管颗粒之 间有界面，但体相的性质是相同的。 例如：糖和沙子混合，尽管混得很均匀，仍然是两个相。
6
相 （Phase）
1）气相：对体系中的气体来说，由于在通常条件，不论 有多少种气体混合在一起，均能无限掺合，所以体系中 的气体只可能有一个气相。
2）液相：对体系中的液体来说，由于不同液体的互溶程 度不同，可以有一个液相、两个液相，一般不会超过三 个液相（特殊情况可能超过）。
7
相 （Phase）
1. 相图中点、线、区域的含意
由于在普通物理中已学过水的单元系统相图，这里仅就几个 重要的但容易被忽略的问题讨论一下。
① 三相点
同一物质有时可成气态，有时可成液态，有时可成固态，在固态 中 还可能产生相变，这就是说同一物质在不同的温度、压力下可以不同相 状态存在。但是三个相同时共存的只能在唯一的温度和唯一的压强下， 这在T-P图中表现为一个确定的坐标点。这一点当然也必然是三条平衡曲 线的交点，此点称为三相点。
30
一元系统相图
对于水的相图大家都较熟悉， 气、液、固三相点其温度为 273.16K，蒸气压是0.610kPa。 由 于 很 接 近 273.15K ， 所 以 有 些初学者往往误认为三相点就 是水的冰点，实际完全不是一 回事。
组分数（组元，Component）
组分数：是为了表示体系中各种性质所需要的最少
物种数，或者在一定温度、压力下，体系中可以任意 改变其数量的物质数目，用C表示。 注意：
体系中的物种数(S )和组分数(C )这两个概念的区别 体系中有几种物质，则物种数 S 就是多少；而组分数 C 则
3）固相： 固溶体：即固体溶液，固体以分子或原子状态均匀地分 散到另一种固体的晶格中，形成性质均匀的固体溶液。 对体系中的固体来说，如果固体之间不形成固溶体，则 不论固体分散得多细，一种固体物质就有一个相。 而同一种固体的不同颗粒仍属同一相，因为尽管颗粒之 间有界面，但体相的性质是相同的。 例如：糖和沙子混合，尽管混得很均匀，仍然是两个相。
6
相 （Phase）
1）气相：对体系中的气体来说，由于在通常条件，不论 有多少种气体混合在一起，均能无限掺合，所以体系中 的气体只可能有一个气相。
2）液相：对体系中的液体来说，由于不同液体的互溶程 度不同，可以有一个液相、两个液相，一般不会超过三 个液相（特殊情况可能超过）。
7
相 （Phase）
1. 相图中点、线、区域的含意
由于在普通物理中已学过水的单元系统相图，这里仅就几个 重要的但容易被忽略的问题讨论一下。
① 三相点
同一物质有时可成气态，有时可成液态，有时可成固态，在固态 中 还可能产生相变，这就是说同一物质在不同的温度、压力下可以不同相 状态存在。但是三个相同时共存的只能在唯一的温度和唯一的压强下， 这在T-P图中表现为一个确定的坐标点。这一点当然也必然是三条平衡曲 线的交点，此点称为三相点。
30
一元系统相图
对于水的相图大家都较熟悉， 气、液、固三相点其温度为 273.16K，蒸气压是0.610kPa。 由 于 很 接 近 273.15K ， 所 以 有 些初学者往往误认为三相点就 是水的冰点，实际完全不是一 回事。
第三章 金属的相变和相图 ppt课件
3、结晶的条件
纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件）下结晶时，所 得到的结晶温度称为理论结晶温度（Tm ）。实际生产中，冷却速 度较大，液态金属将在低于Tm的某一温度（Tn）下开始结晶。金 属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论 结晶温度与实际结晶温度之差(ΔT=Tm—Tn)叫做过冷度。
20
f CP12
第二节 二元合金相图
3、相平衡和相律 （1）相平衡 是指各相的化学热力学平衡。包括有： A 机械平衡：合力为0 B 热平衡：温差消失 C 化学平衡：各相的化学势相等，各组元浓度不再变化 当同时达到三种平衡称作是化学热力学平衡。 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
f CP2
11
第一节 纯金属的相变
（2）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体 的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液—固相界面 向液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有 关。长大的方式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生 长（最常见的方式）。
12
式立中可，变f参为数体（系如的温f自度由C 、度压数P力．、1它浓是度指等不）影的响数体目系；平C衡为状体态系的的独 组元数；P为相数。
对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的 影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：
21
f CP12
第二节 二元合金相图
（2）相率 自由度是指在平衡系统中独立可变的因素，如温度、压力、
在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总 体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有一定的规律的这就 是短程有序。
短程有序结构总是处于“时聚时散，此起彼伏”的变化中， 这种结构不稳定的现象称为结构起伏，他是产生晶核的基础。其 中尺寸较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶 核，因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排 列的固态结构的过程。
纯金属液体在无限缓慢冷却条件（平衡条件）下结晶时，所 得到的结晶温度称为理论结晶温度（Tm ）。实际生产中，冷却速 度较大，液态金属将在低于Tm的某一温度（Tn）下开始结晶。金 属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论 结晶温度与实际结晶温度之差(ΔT=Tm—Tn)叫做过冷度。
20
f CP12
第二节 二元合金相图
3、相平衡和相律 （1）相平衡 是指各相的化学热力学平衡。包括有： A 机械平衡：合力为0 B 热平衡：温差消失 C 化学平衡：各相的化学势相等，各组元浓度不再变化 当同时达到三种平衡称作是化学热力学平衡。 按照热力学条件，这种限制可用吉布斯相律表示，即：
f CP2
11
第一节 纯金属的相变
（2）晶核的长大：一旦晶核形成，晶核就继续长大而形成晶粒。晶体 的长大过程可以看作是液相中的原子向晶核表面迁移、液—固相界面 向液相不断推进的过程。界面的推进速度与界面处液相的过冷程度有 关。长大的方式有两种：一种是平面状态生长；另一种是树枝状态生 长（最常见的方式）。
12
式立中可，变f参为数体（系如的温f自度由C 、度压数P力．、1它浓是度指等不）影的响数体目系；平C衡为状体态系的的独 组元数；P为相数。
对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的 影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：
21
f CP12
第二节 二元合金相图
（2）相率 自由度是指在平衡系统中独立可变的因素，如温度、压力、
在非晶态结构中，原子排列没有规律周期性，原子排列从总 体上是无规则的，但是，近邻的原子排列是有一定的规律的这就 是短程有序。
短程有序结构总是处于“时聚时散，此起彼伏”的变化中， 这种结构不稳定的现象称为结构起伏，他是产生晶核的基础。其 中尺寸较大的短程有序排列的原子集团（称为晶胚）可能称为晶 核，因此金属结晶的实质就是短程有序的液态结构到长程有序排 列的固态结构的过程。
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T
γC2S=α'C2S
性质
熔化 熔化 熔化分层 熔化分层 低共溶点 熔化 低共溶点 转熔 熔化 低共溶点 固相反应（化合） 固相反应（化合） 晶型转变 晶型转变 晶型转变
CaO-SiO2系二元相图
冶
金
物 理 一、 概论
化 1.相律
学 简
fK25 ff 0 4,,
5 1
明 教
四维空间图
程 第
对凝聚体系： fK14fmax 3
第 三
•相数：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。
章 气液——有几个分层就有几个相；
相
固——有几种晶型就有几个相。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
B
简
明
OE W D
教 程
OE
DO W E
第
D A
C
三
章
相
冶
金 物 三、浓度三角形规则
理 4. 背向规则：液相组成向远离析出组元的方向变化。
化 学 体系点D冷却到液相面温度，开始析出固相A。
简
B
明
DE W A
图 章相
第 三
教简 程明
化物 学理
冶 金
（8 学时）
冶
金
物 一、 基本概念
理
化 学
•相图：相平衡体系的几何图示。描述多相体系中相 状态与T、P、x等的关系。
简
•凝聚系：没有或不考虑气相的体系。
明 教
•自由度：在一定范围内可以任意独立改变而不致发 生相变化的变数（如温度、压力和浓度等）的个数。
程
•组元：组成系统的独立化学组成物。合金中元素视 为组元，熔渣中某一化合物视为组元。
学
简
明
共晶反应
教 程
共析反应
第
偏晶反应
三 章
熔晶反应
相
分解型
L S1+S2
S S1+S2 L1 L2+S S1L+S2
冶
金
物 二、 二元相图
理 化 4. 相变反应类型
学
简
明
包晶反应
教
程
包析反应
第
固相合成
三
章
合晶反应
相
合成型
L+ S1 S2 S1+S2 S3 A+B Am B n L1+L2S
冶
章
（1）共晶反应
相
L=S1+S2
冶
金
物 二、 二元相图
理
化 2. 基本类型
学
L
L
简
A+L
（AmBn+L）
D
明
B+L
A+L
B+L
教 A+
A+B
程 AmBn
AmBn+B
第
A+AmBn AmBn+B
三 A AmBn
BA
AmBn
B
章
3.具有不稳定化合物
（2）包晶反应 (转熔反应)
4.固相分解化合物型
相
L+S1=S2
冶
金 二、浓度三角形
物
B
理
化
学
c
简
P
a
明
教
A
b
C
程 第
每边分成100份
三 章 相
Pa Bc A%
Pb
aC
B%Pa
Pb
Pc
AB
BC
AC
Pc Ab C%
冶
金 物
三、浓度三角形规则
理 化
1. 等含量规则：与某一边平行的直线上，任一点对应 顶点组元的量都相等。
学
B
简
明
教
a P
程
b
第
三 章
A
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
冶
金
物 一、 基本概念
理 化
相律： 多相体系平衡的基本规律。说明平衡体系中相数、
学 独立组元数与自由度的关系。
简
明 考虑到温度、压力两个变数时：f =K–φ+2
教
f：自由度； K：独立组元数； φ ：相数
教
程
第
三
570℃
章
相
图中 符号
相平衡
P
CaO=L
Q
SiO2=L
A
方石英+LB=LA
B
方石英+LB=LA
C
CS+磷石英=L
D
CS=L
E
CS+C3S2=L
F
C3S2=αC2S+L
G
α-C2S=L
H
CaO+αC2S=L
M
αC2S+CaO=C3S
N
αC2S+CaO=C3S
O
CS+磷石英=CS+石英
R
αC2S=α'C2S
程 对有其他影响因素的平衡体系，如磁场、电场等： 第 为：f = K–φ+n
三
章 对于凝聚系，可以不考虑体系压力： 相 为：f = K–φ+1
冶
金
物 一、 基本概念
理
化 实例：FeO-Fe-O2系
学
简 当FeO、Fe是固态时，体系有3相，有一个氧化反应：
明
Fe+1/2O2=FeO，
教
K=3-1=2，自由度 f =2-3+2=1。分解压是温度的函数。
冶
金
物 二、 二元相图
理 化
2. 基本类型 L
学
简 A+L
B+L
明 教A+ α-B NhomakorabeaA+L
D
L L1+L2
A+ L2
B+L
程
A+ β-B
A+ B
第A
BA
B
三
5.固相晶形转变
6.液相分层
章
（3）偏晶反应
相
L1=S1+L2
冶
金
物 二、 二元相图
理
化 2. 基本类型
学
简
明
L
教
L+S
程
第
S
三 章
A
B 7.连续固溶体型
相
L
L+S S
A
B
L L+S
S
A
B
8.连续固溶体型
冶
金
物 二、 二元相图
理
化 2. 基本类型
学
简
L
明
As+L
教
As
Bs+L Bs
程
As+Bs
L
β+L
E
β
α+L
α
α+β
第A
BA
B
三 章
9. 有限固溶体型 具有最低共熔点
10. 有限固溶体型 具有转熔点
相
冶
金
物 二、 二元相图
理 化 3. 相变反应类型
金 物
典型的二元相图
理
Fe－O二元相图是分析铁的氧化、铁氧化物还原
化
与分解的基础
学
简
特殊线
明
单相区
教
程
第
三
章
相
冶 金 物 浮士体： 理 • 溶解[O]的FeO相 化 • 不同温度下含氧量不同 学 • 不存在化学计量的FeO 简 • 表示FexO，x<1 明 教 程 第 三 章 相
冶
金
物
理
化
学
简
明
三 即得三维空间立体图，又称三元立体熔度图。
章
相
冶
金
缺点：难以表达清楚
物
解决办法：
理 化
1.投影平面图
学
2.等温截面图
简
A
明
教 程
A
e1 E e3
第 三
B
C
e2
B
C
章
相
1.投影平面图
冶
金
物 2.等温截面图
L+B
理 200℃
化
结线三角形
学
简
L+C
明
教
f
L+A
程
第
三
L+A＋C
章
相
等温线：封闭曲线（线上各点温度相等）。
程
第 对于铁液中的FeO、Fe，相数为2，
三
自由度f =2-2+2=2，
章
影响氧分压的除了温度，还有铁液中FeO的活度。
相
冶
金
物 二、 二元相图
理
化 2. 基本类型
学
L
简
L
（AmBn+L）
明
A+L
A+L B+L
B+L
教
E
程
A+B
A+AmBn
AmBn+B
第A
BA
AmBn
B
三
1.简单共晶型
2.具有稳定化合物
c
d
C
相