合金相图
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铁碳合金相图分析
1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温
合金相图.ppt
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。
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。
二元合金相图
第二章二元合金相图纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。
合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。
合金相图正是研究这些规律的有效工具。
一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。
其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。
组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。
由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。
二元以上的合金称多元合金。
合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。
利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。
掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。
在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。
本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。
2.1 合金中的相及相图的建立在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。
液态物质为液相，固态物质为固相。
相与相之间的转变称为相变。
在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。
由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。
组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。
由不同组织构成的材料具有不同的性能。
合金相图的名词解释
合金相图的名词解释合金相图是研究合金中不同化学成分和温度下的相结构和相变规律的重要工具。
它可以帮助我们预测和理解合金的性能、组织结构和工艺制备过程，对于材料科学和工程领域具有极大的意义。
在本文中，我们将对合金相图的概念进行解释，并介绍一些与其相关的关键术语和应用。
1. 合金合金是由两种或两种以上金属元素以及其他非金属元素组成的固体溶液。
与单一金属相比，合金具有更好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
合金可以根据组分和成分比例的不同形成不同的相结构和相变规律。
2. 相相是指在给定温度和压力下具有一定化学组成和结构的物质。
在合金中，相可以是固溶体、化合物或者间隙相。
相之间的界面可以通过合金相图来描述。
3. 合金相图合金相图是以温度和成分为坐标的二维或三维图表，用于描述合金的相结构和相变规律。
合金相图可以反映合金中不同成分、不同温度下相的组成、相变温度和相的稳定性。
通过研究合金相图，我们可以了解不同相的存在区域、相变路径和相变机制。
4. 成分在合金相图中，成分指的是合金中各元素的相对含量。
成分的变化可以改变合金的相结构和性能。
合金相图通常以原子百分比来表示不同元素的含量。
5. 凝固相变凝固相变是指液态合金在降低温度时从液态转变为固态的过程。
合金的凝固相变可以通过合金相图来分析和预测。
凝固相变的方式和路径取决于合金的成分和冷却速率。
6. 变质相变变质相变是指合金在固态下在不同温度和压力下发生的相变。
变质相变可以是固相转液相、固相转固相、固相转化合物等。
合金相图可以揭示不同相之间的稳定性和相变方式。
7. 相平衡相平衡指的是在给定温度和压力下，合金中各相的存在和相互转化达到动态平衡的状态。
合金相图可以描述不同相之间的平衡关系和平衡线。
8. 相间反应相间反应指的是在合金中两个或多个相之间的相互转化。
相间反应可以是温度驱动或成分驱动的。
通过合金相图，我们可以了解不同相间反应的发生条件和反应路径。
9. 应用合金相图在材料科学和工程领域中有着广泛的应用。
第四章-二元合金相图
Pb WSn(%) Sn
G
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
概括起来，过共晶合金平衡结晶过程为：
t1温度以上： 液态 L70 L
19
t1~ t2温度： 液相中析出 ， t2温度时发生共晶反应： L61.9 t2温度以下： 初 Ⅱ
97.5
室温组织： 初 + Ⅱ + （+）共晶
一、相律
在恒压下，在纯固态或纯液态情况下，出现的相数 小于等于主元数。在液固共存（恒温）条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而，对二元合金， 固态下出现的相数为1或2，液固共存（恒温）条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。 二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
标注在温度— 成分坐标中 无限缓冷下测各 合金的冷却曲线 连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如：0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
1400
1400 1300
L
（L+ ）
T
Ni
WCu(%)
Cu
将铸件加热到低于固相线100~200℃的温 度，进行长时间保温，使偏析元素充分进行扩 散，以达到成分均匀化。
设A、B组元的熔点分别为1450℃和1080℃，它们 在液态和固态都无限互溶，则这两种组元组成的 二元相图叫作二元 相图；先结晶的固溶体 中含 组元多，后结晶的固溶体中含 组元多，这种成分不均匀现象称为 ， 通过 工艺可以减轻或消除这种现 象。
G
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
概括起来，过共晶合金平衡结晶过程为：
t1温度以上： 液态 L70 L
19
t1~ t2温度： 液相中析出 ， t2温度时发生共晶反应： L61.9 t2温度以下： 初 Ⅱ
97.5
室温组织： 初 + Ⅱ + （+）共晶
一、相律
在恒压下，在纯固态或纯液态情况下，出现的相数 小于等于主元数。在液固共存（恒温）条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而，对二元合金， 固态下出现的相数为1或2，液固共存（恒温）条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。 二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
标注在温度— 成分坐标中 无限缓冷下测各 合金的冷却曲线 连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如：0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
1400
1400 1300
L
（L+ ）
T
Ni
WCu(%)
Cu
将铸件加热到低于固相线100~200℃的温 度，进行长时间保温，使偏析元素充分进行扩 散，以达到成分均匀化。
设A、B组元的熔点分别为1450℃和1080℃，它们 在液态和固态都无限互溶，则这两种组元组成的 二元相图叫作二元 相图；先结晶的固溶体 中含 组元多，后结晶的固溶体中含 组元多，这种成分不均匀现象称为 ， 通过 工艺可以减轻或消除这种现 象。
合金相图
2．Cu-Ni合金的平衡结晶过程如b)图所示。 3．杠杆定理
不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。
1）确定两平衡相的成分
如图（a）所示，水平线与液相线L的交点 x1 即为相的成分。
2）确定两平衡相的相对量 方法是：
① 设试验合金重量为1，液、固相重量分别为QL、QS ，则 QL+QS =1；
4.2 二元合金相图的基本类型和分析
一、二元匀晶相图
在液态和固态两组元都能无限互溶的相图称为均晶相图。 二元合金系Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、Fe-Ni、W-Mo等具有这类相 图。 1．Cu-Ni相图分析
分析：
① 液相线—曲线Al1B ② 固相线—曲线Aa4B ③ 液相区—液相线以上的液相L区域 ④ 固相区—固相线以下的固a相区域 ⑤ 液相线与固相线之间为液、固两相区（L+a） ⑥ A为Cu的熔点（1083℃），B为Ni的熔点（1452℃）。
三、二元包晶相图
二组元在液态无限互溶，在固态有限固溶且发生包晶 反应。如Fe-Fe3C合金（Fe3C----渗碳体）。 1．相图分析 包晶相图组成如图所示。 包晶反应过程如图所示。
2．合金结晶过程 Fe-Fe3C合金结晶过程如图所示。
四、形成稳定化合物的二元合金相图
分析： ① 稳定化合物指熔化前不分解的化合物。 ② 可将稳定化合物看作一个组元，从而把整个相图看成由若
“二元合金相图的基本类型和分析”部分结束！ 请转入：
“铁碳合金相图及应用”
100 %
或 QL x1 Qs x2
3）注意：杠杆定律只能用于两相平衡共存时计算。
4．成分偏析 实际生产条件下为非平衡结晶，因此，先后结晶的部
分成分会不相同。 ① 枝晶偏析（晶内偏析）：先结晶的枝轴与后结晶的枝轴
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
第五章 三元合金相图
二元共晶
三元共晶
第四节三元共晶相图
通过成分三角形 顶点的变温截面
第四节三元共晶相图
(四) 投影图 1. 投影图分析
2. 合金O结晶过程 L----L+A------------L+A+(A+B)---------------A+(A+B)+(A+B+C)
二元共晶 三元共晶
第四节三元共晶相图
3.合金O在室温下的相和 组织含量
第一节三元合金相图的表示方法
B （1）确定O点的成分 1）过O作A角对边的平行线 B% C% 2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量 3）同理求组元B、C的含量 O A C
← A%
第一节三元合金相图的表示方法
C B
A
Oa+Ob+Oc=AB=AC=BC=100% A浓度:Oa=Of=Cb B浓度:Ob=Od=Ac C浓度:Oc=Ba A浓度:55% B浓度:20% C浓度:25%
90 • 标出 50%A+20%B+30%C 的合金 60 B% 50 40 30 20 10 A 90 80 70 60
B
10 20 30 40
80
70
50
C%
60
70 80
90 50 40 ← A% 30 20 10 C
第一节三元合金相图的表示方法
二、在成分三角形中具有特定意义的直线 B 成分三角形中特殊的点和线
第五章 三元合金相图
三元系相图简介
相图基本知识
三元相图的主要特点——立体图形，主要由曲面构成
三元系相图简介
垂直轴表示温度。 成分表示在棱柱底，通常是 一等边三角形。 棱柱的每个侧面表示三个二 元系统，如AB，BC，AC。
5.1_三元合金相图
34
本节要点
概念：成分三角形、截面图、水平截面、垂直截 面、等温线投影图、直线法则、重心定律
三元合金成分的确定 截面图和投影图 杠杆定律和中心法则
下节内容：固态互不溶解的三元共晶相图
35
思考题
1 下图的成分三角形中有P、R、S、T 四个材料点， 问哪个点的材料，其成分为： A=20%， B=10%，C=70%
B
B%
C%
A
← A%
C
6
浓度确定
确定O点的成分
B
1）过S作A角对边的平行线
2）求平行线与A坐标的截距
得组元A的含量
B%
3）同理求组元B、C的含量 O
A
← A%
C%
C
7
课堂练习
B
1 确定合金I、II、
90
III、IV的成分
80
I 点：
A%=60% B%=30% C%=10%
70
60 B% 50
40 30 I
(BM BN) BO BN
BO BN BM BN
N O M N
NO MN
1
1
NO MN
OM MN
ON OM
推论：当给定材料在一定温度下处于两相平衡状态时，若其
中一相的成分给定，另一相的成分点必在两已知成分点连线
的延长线上；若两个平衡相的成分点已知，材料的成分点必
然位于此两个成分点的连线上。
19
其它浓度三角形
1） 等腰浓度三角形
组元B的含量很少
B
成分点靠近AC边
按比例放大AB、BC边
A
C
20
2） 直角浓度三角形
组元A占绝大多数时
原点为基体组元A
本节要点
概念：成分三角形、截面图、水平截面、垂直截 面、等温线投影图、直线法则、重心定律
三元合金成分的确定 截面图和投影图 杠杆定律和中心法则
下节内容：固态互不溶解的三元共晶相图
35
思考题
1 下图的成分三角形中有P、R、S、T 四个材料点， 问哪个点的材料，其成分为： A=20%， B=10%，C=70%
B
B%
C%
A
← A%
C
6
浓度确定
确定O点的成分
B
1）过S作A角对边的平行线
2）求平行线与A坐标的截距
得组元A的含量
B%
3）同理求组元B、C的含量 O
A
← A%
C%
C
7
课堂练习
B
1 确定合金I、II、
90
III、IV的成分
80
I 点：
A%=60% B%=30% C%=10%
70
60 B% 50
40 30 I
(BM BN) BO BN
BO BN BM BN
N O M N
NO MN
1
1
NO MN
OM MN
ON OM
推论：当给定材料在一定温度下处于两相平衡状态时，若其
中一相的成分给定，另一相的成分点必在两已知成分点连线
的延长线上；若两个平衡相的成分点已知，材料的成分点必
然位于此两个成分点的连线上。
19
其它浓度三角形
1） 等腰浓度三角形
组元B的含量很少
B
成分点靠近AC边
按比例放大AB、BC边
A
C
20
2） 直角浓度三角形
组元A占绝大多数时
原点为基体组元A
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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。
性能: 一般较硬、脆
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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
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
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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。
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
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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
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
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二、匀晶相图
七个双相区
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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 ℃ 。
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三、相图分析
共晶转变反应式:
LC 1148℃
间隙固溶体 固溶体分类
无限固溶体 按固溶度分
有限固溶体
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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
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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
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三、共晶相图
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+
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
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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。
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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。
相图主要研究合金相、成分、温度三者之间关系
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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
合金中的相
固溶体 化合物
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纯铁内部结构示意图
Al-Cu两相合金
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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:
α – Fe + C = F
( 铁素体 )
体心
六方
体心
上Hale Waihona Puke 页下一页返回一、固溶体
置换式固溶体 按溶质原子所占位置
（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
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第三节 铁碳合金相图
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。
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一、 相的种类
（1）铁素体 碳在-Fe中形成的固溶体，
使组织组分与相应的相组分相呼应，才能进而应 用
杠杆定律近似计算组织组分的相对百分含量。
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F + Fe3C
Ld`+P＋Fe3CⅡ Ld` Ld`+Fe3CⅠ
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• 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
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• 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。
莱氏体：硬而脆
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3、杠杆定律及其应用
温
度
L
a
TL Tn TS
S
Qs
QL
A acb
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杠杆定理
QS + QL = 1 aQS + bQL = c
QL=(ac／ab) 100%
QS=(bc／ab) 100%
b
平衡结晶时，可由杠杆 定律确定两平衡相的
B 成分和重量比。
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。
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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。
⑵ 相区：
单相区： L、、；
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。
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（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
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共晶组织模型
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（3）合金Ⅱ（ 亚共晶合金）
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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。
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2、典型合金的结晶过程
（1） 合金Ⅰ（端际固溶体）
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1.共析钢 (wc =0.77%)
4
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2、亚共析钢[0.0218%< wc <0.77%]
4
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3、过共析钢[0.77 %< wc < 2.11 %]
4
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3、过共析钢[0.77 %< wc < 2.11 %]
过共析钢组织金相图
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含1.4%C钢的组织
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3、过共析钢[0.77 %< wc < 2.11 %]
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4、共晶铸铁
4
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室温平衡组织： Ld′（P+Fe3C）
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4、共晶铸铁
亚共晶铸铁：P+ Fe3CⅡ+ Ld′ 过共晶铸铁：Fe3CⅠ+Ld′
思考题：
分析亚共晶和过共晶铸铁的结晶过程， 绘出它们的室温组织结构。
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★含碳量对机械性能的影响
珠光体P：为F+Fe3C的混合物，呈层片状，由 于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；
亚共析钢：由F+P组成，随碳量增加，珠光体 量增加，强度性能
过共析钢：P+ Fe3CII组成，当含碳量1%， Fe3CII断续分布在晶界处，强度性能；当含碳 量>1%， Fe3CII呈网状分布在晶界处，强度性 能
共析转变反应式:
AS 727℃
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( AE + Fe3C ) ( FP + Fe3C )
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A T°
G
Fe - FEeCF3线C:共相晶图转变
匀晶相图
L L→L共d(晶A+相Fe3图C)
D
G不S线同（成A分3的L）+A开：A始冷析却出时
A
铁素体F的温度线
E
P1S1K4线8℃(A1线）C:共析转变L+ Fe3CⅠ
亚共析钢: 含碳0.0218 ～ 0.77% 共析钢: 含碳0.77% 过共析钢: 0.77 ～ 2.11% •白口铸铁:含碳2.11 ～ 6.69%, 可分为三种: 亚共晶白口铁:含碳2.11 ～ 4.3% 共晶白口铁:含碳4.3% 过共晶白口铁:含碳4.3 ～ 6.69%