二元合金相图分析实例PPT课件
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二元合金与相图.ppt
共晶组织 形态
Pb-Sn共晶组织
层片状(Al-CuAl2定向凝固)
条棒状(Sb-MnSb横截面)
螺旋状（Zn-Mg）
共晶组织形态
针 状 共 晶
树 枝 状 共 晶
放 射 状 共 晶
螺 旋 状 共 晶
在共晶转变过程中，L、
、 三相共存, 三个相的
量在不断变化，但它们各 自成分是固定的。 共晶组织中的相称共晶相. 共晶转变结束时， 和
反应名称 图形特征 反应式 L⇄ + 说明 恒温下由一个液相同时 结晶出两个成分结构不 同的新固相。 恒温下由一个液相包着 一个固相生成另一个新 的固相。
共晶反应
包晶反应
L+ ⇄
共析反应
恒温下由一个固相同时 ⇄ + 析出两个成分结构不同 的新固相。
7、相图与合金性能之间的关系
C2 2E QL ( QE ) 100%, Q 100% CE CE
在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应： L ⇄( + ) ，转变为共晶组织，共晶体的重量与转 变前的液相重量相等, 即QE =QL 分比为：
C2 2E 100 %,Q 100 % CE CE
固溶线。
固溶体的溶解度随
温度降低而下降。
⑤ 共晶线：水平线CED叫做共晶线。
在共晶线对应的温度下（183 ℃），E点成分的合金
同时结晶出C点成分的 固溶体和D点成分的 固溶
体，形成这两个相的机械混
合物：LE ⇄(C + D) 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 固相的转变称作共晶转变 或共晶反应。
反应结束后，在共晶温度下、 两相的相对重量百
第3章二元合金相图及应用PPT课件
31.10.2020
工程材料
99-30
合金I的结晶过程
温度继续下降, 从β中析出二次α。
31.10.2020
工程材料
99-31
合金I的结晶过程
室温组织为 β+二次α 。
组成相和组织组成物的成分和相对重量可根据杠杆定 律来确定。
31.10.2020
工程材料
99-32
相图与性能的关系
具有匀晶相图、共晶相图的合金的机械性能和物理性 能随成分而变化的一般规律见下图
工程材料
99-38
渗碳体（Cem渗en碳tit体e）组织金相图
定义——C与Fe的化合物（Fe3C）。 代表符号： Cm
性能：含碳6.69%，其硬度高，极脆，塑性几乎 为0，熔点为1227℃。
铁碳合金中渗碳体量多会导致材料力学性能变坏。 适量渗碳体若弥散分布在基体上，可提高材料强 度和硬度。
31.10.2020
31.10.2020
工程材料
99-21
合金Ⅳ的结晶过程
31.10.2020
工程材料
99-22
组织和相的关系
31.10.2020
工程材料
99-23
共析相图
31.10.2020
d点成分(共析成分)的合金从 液相经过匀晶反应生成 γ相后, 继续冷却到d 点温度(共析温度) 时, 在此恒温下发生共析反应: γ → (α+β)
分数相对重量。
液相在共晶反应后全部转变为共晶 体(α+β) , 这部分液相的质量分 数就是室温组织中共晶体 (α+β)
的质量分数。 初生 αc冷却不断析出 βII, 到室 温后转变为 αf和 βII。按照杠杆 定律, 可求出 αf、βII占 αf＋ βII的质量分数(注意, 杠杆支点在 c'点), 再乘以初生 αc在合金中的 质量分数, 求得 αf、βII占合金的 质量分数。
7-二元合金相图PPT模板
示例 现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
如左图所示，A点为Cu的 熔点（1 083℃），B点为Ni的 熔点（1 455℃），该相图上面 一条是液相线，下面一条是固 相线，液相线和固相线把相图 分成三个区域，即液相区L、固 相区α及液固两相区L＋α。
Cu-Ni合金相图及结晶过程示意图
示例 现以Cu-Ni二元合金相图为例进行分析。
金属材料与热处理
合金的结晶过程较为复杂，通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。
相图是表示合金系在平衡条件下，在不同温度、成分下各相 关系的图解，又称为平衡图或状态图。
利用相图，可知各种成分的合金在不同温度的组织状态及一定 温度下发生的结晶和相变，了解不同成分的合金在不同温度下的相 组成及相对含量，了解合金在加热和冷却过程中可能发生的转变。
2.铁碳合金中的相
铁素体
碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶 体称为铁素体，用符号F或α表 示。
奥氏体
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶 体称为奥氏体，用符号A或γ表 示。
铁素体仍保持α-Fe的体心立方 晶格。铁素体中碳的溶解度极小， 室温时约为0.000 8%，在727℃时 碳的溶解度最大，仅为0.021 8%。 铁素体的力学性能与工业纯铁相似， 即塑性、韧性较好，强度、硬度较 低。
45钢室温下的显微组织如下图所示。
亚共析钢结晶过程示意图
如左图所示， F呈白色块状，P 呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块 状。所有亚共析钢的室温组织都是F ＋P，只是随碳含量的增加，P越来越 多，F越来越少。
过共析钢
1点以上
1～2点
2～3点
3～4点
过共析钢结晶过程示意图
4点～室温
如上图所示，当温度降到1点时，开始从液相中析出A，降到2点 时液相全部结晶为A。温度降至3点时，开始从A中析出二次渗碳体 （Fe3CⅡ）。温度继续降低，Fe3CⅡ的量不断增多，并呈网状沿奥氏 体晶界分布。剩余A的成分沿ES线变化，冷却至4点时，其中碳的质 量分数达到共析成分，发生共析反应，转变为P。继续冷却，合金组 织不变。
二元系相图ppt课件
26
3. 固溶体的不平衡结晶－D
枝晶偏析程度大小与铸造时冷却条件、原子的扩散能 力，相图形状有密切关系: (1) 在其它条件不变时，V冷越大，晶内偏析程度严重， 但得到枝晶较小。如果冷速极大，致使偏析来不及发 生，反而又能够得到成分均匀的铸态组织。 (2) 偏析元素在固溶体中扩散能力越小，相图上液、 固相线间距离的间隔愈大，形成树枝晶状偏析的倾向 愈大。 ❖ 要消除枝晶偏析采用均匀化退火(扩散退火) （diffusion annealing）。
固溶体的凝固与纯金属的凝固相比有两个显 著特点：
⑴.固溶体合金凝固时结晶出来的固相成分与 原液相成分不同。上述结晶出的晶体与母相化 学成分不同的结晶称为异分结晶(又称选择结 晶)；纯金属凝固结晶时结晶出的晶体与母相 化学成分完全一样称为同分结晶
⑵.固溶体凝固需要一定的温度范围，在此温 度范围内，只能结晶出一定数量的固相。
❖ (3) 二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反 应。在这条水平线上存在3个表示平衡相的成分点，其中两 点在水平线两端，另一点在端点之间，水平线的上下方分别 与3个两相区相接。
❖ (4) 当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分界 线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区。 15
第七章 二元系相图 及其合金凝固
1
本章要求
1. 几种基本相图： 匀晶相图（Cu-Ni合金相图）、 共 晶相图（Pb-Sn合金相图）、包晶相图（Pt-Ag合金 相图）。
2. 相律，杠杆定律及其应用。 3. 二元合金相图中的几种平衡反应： 共晶反应、共析反
应、包晶反应、包析反应 、偏晶反应、熔晶反应、合 晶反应。 4. 二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。 5. 熟练掌握Fe-Fe3C相图。熟悉Fe-C合金中各相与组织 的结构。会几种典型Fe-C合金的冷却过程分析 。熟练
3. 固溶体的不平衡结晶－D
枝晶偏析程度大小与铸造时冷却条件、原子的扩散能 力，相图形状有密切关系: (1) 在其它条件不变时，V冷越大，晶内偏析程度严重， 但得到枝晶较小。如果冷速极大，致使偏析来不及发 生，反而又能够得到成分均匀的铸态组织。 (2) 偏析元素在固溶体中扩散能力越小，相图上液、 固相线间距离的间隔愈大，形成树枝晶状偏析的倾向 愈大。 ❖ 要消除枝晶偏析采用均匀化退火(扩散退火) （diffusion annealing）。
固溶体的凝固与纯金属的凝固相比有两个显 著特点：
⑴.固溶体合金凝固时结晶出来的固相成分与 原液相成分不同。上述结晶出的晶体与母相化 学成分不同的结晶称为异分结晶(又称选择结 晶)；纯金属凝固结晶时结晶出的晶体与母相 化学成分完全一样称为同分结晶
⑵.固溶体凝固需要一定的温度范围，在此温 度范围内，只能结晶出一定数量的固相。
❖ (3) 二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反 应。在这条水平线上存在3个表示平衡相的成分点，其中两 点在水平线两端，另一点在端点之间，水平线的上下方分别 与3个两相区相接。
❖ (4) 当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交则分界 线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区。 15
第七章 二元系相图 及其合金凝固
1
本章要求
1. 几种基本相图： 匀晶相图（Cu-Ni合金相图）、 共 晶相图（Pb-Sn合金相图）、包晶相图（Pt-Ag合金 相图）。
2. 相律，杠杆定律及其应用。 3. 二元合金相图中的几种平衡反应： 共晶反应、共析反
应、包晶反应、包析反应 、偏晶反应、熔晶反应、合 晶反应。 4. 二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。 5. 熟练掌握Fe-Fe3C相图。熟悉Fe-C合金中各相与组织 的结构。会几种典型Fe-C合金的冷却过程分析 。熟练
二元合金的相结构与相图 ppt课件
如：GaAs半导体材料的性能远远超过硅半导体； Nb3Sn具有高的超导转变温度； NiAl、Ni3Al是超音速飞机喷气发动机的候选材料； NiTi、CuZn记忆合金材料。
ppt课件
24
1 正常价化合物——服从原子价规律
特点：成分固定不变，可用化学式表示，由金属元素与周期 表中ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素组成，电负性相差较大，结合键以 离子键、共价键或金属键为主。
这时的相称为这种条件下的平衡相。
如纯铁，在常压下： 1538℃以上—— L相为平衡相。 在1538℃时 —— L相和δ相两相平衡
ppt课件
31
一、二元相图的表示方法
1、合金存在状态的确定： ℃
由于合金熔炼、加工均在常 800
压下进行，所以合金状态由 700
600
成分和温度确定。
500
2、二元合金用直角坐标系 400 表示：横坐标表示合金成分，300
6.726Ẵ
(2) 间隙化合物(B只能形成~)
结 构 复 杂 —— 如 钢 中 的 Fe3C、
Mn3C、Cr23C6、Fe3W3C等。
b
性能：很高的熔点和硬度，但不
如间隙相，加热易分解。
用途：钢中的重要强化相。
ppt课件
c
a
5.077Ẵ
铁原子 碳原子
Fe3C的晶格结构
27
固溶体
小结
有限固溶体
间隙固溶体
重点：间隙固溶体，置换固溶体，相律与杠杆定律，固溶体
合金的平衡结晶过程，共晶相图和包晶相图典型合金的平衡结
晶及其组织。
学时数：p8p学t课件时
2
§1 合金中的相
合金:
两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或 烧结，或用其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
二元合金与相图课件PPT
2021/3/10
4
1. 固溶体的分类
（1）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分固溶体可分为置换 固溶体与间隙固溶体两种。
置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子
形成置换固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取 决于两者的晶格类型、原子直径及它们在周期表中的位置。
2021/3/10
5
间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。
电子化合物主要以金属键结合, 具有明显的金属特性, 可 以导电。它们的熔点和硬度较高，塑性较差，在许多有色金属 中为重要的强化相。
2021/3/10
11
3. 间隙化合物 由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原 子半径较小的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。尺寸较 大的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，尺寸较小的非金属 原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。根据结构特点，间隙化 合物分间隙相和复杂结构的间隙化合物两种。
提高的现象称为固溶强化。
固溶体引起的晶格畸变
2021/3/10
8
固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当
时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降
低。例如：纯铜的σb为220 MPa, 硬度为40 HB, 断面收缩率 ψ为70%。当加入1%的镍形成单相固溶体后, 强度升高到390
第三章 二元合金相图 概述
纯金属具有良好的导电导热性，但机械性能差，而且提炼 困难，价格昂贵，故工业上广泛应用的是合金材料。
合金 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。
例如:钢（铁和碳的合金） 黄铜（铜和锌的合金） 组元 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。
第四章二元合金相图PPT课件
又因为：Q合金=QL+Qa 所以（QL+Qa ）% × b%=QL% × a%+Qa % × c%
由杠杆定律可算出在T1时液相和固相在合金中的质量 分数：
运用杠杆定律时要注意: 只适用于相图中两相区并且只能在平衡状态下使用。 杠杆定律的应用：
1、确定某一温度下两平衡相的成分 2、确定某一温度下两平衡相的相对量
（a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图
三、相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示 在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平 衡相数之间的关系式。在衡压条件下，其数学 表达式为: f=c-p+1 式中 f－自由度数 c－组元数 p－平衡相数
第二节 二元合金相图的基本类型
一、匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams
共晶合金组织的形态
( 机械混合物，两相交 替分布其中黑色片层为 α 相，白色基体为β 相）
（3）合金III的平衡结晶过程
（ 亚共晶合金）结晶过程分三个阶段，即匀晶反应+共晶反应 +二次结晶反应。
L
L+a初 L+a初+（ ac+βd)
a初+（ ac+βd)
（ a初+βII）+（ a+β）
合金的室温 和β。
其结晶过程与合金iii相似只是匀晶产物为初晶二次结晶产物为4合金的平衡结晶过程进化心理学综合了进化生物学的各种理论和当代心理学的研究法则主张用进化论的视野来看待和研究人格问题为人格心理学核心概念的建构提供了一个系统的框架
工程材料与热加工基础
The Fundamentals of Engineering Materials & Heat
由杠杆定律可算出在T1时液相和固相在合金中的质量 分数：
运用杠杆定律时要注意: 只适用于相图中两相区并且只能在平衡状态下使用。 杠杆定律的应用：
1、确定某一温度下两平衡相的成分 2、确定某一温度下两平衡相的相对量
（a）冷却曲线 （b）Cu-Ni相图
三、相律
相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示 在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平 衡相数之间的关系式。在衡压条件下，其数学 表达式为: f=c-p+1 式中 f－自由度数 c－组元数 p－平衡相数
第二节 二元合金相图的基本类型
一、匀晶相图及固溶体的结晶 Isomorphous Phase Diagrams
共晶合金组织的形态
( 机械混合物，两相交 替分布其中黑色片层为 α 相，白色基体为β 相）
（3）合金III的平衡结晶过程
（ 亚共晶合金）结晶过程分三个阶段，即匀晶反应+共晶反应 +二次结晶反应。
L
L+a初 L+a初+（ ac+βd)
a初+（ ac+βd)
（ a初+βII）+（ a+β）
合金的室温 和β。
其结晶过程与合金iii相似只是匀晶产物为初晶二次结晶产物为4合金的平衡结晶过程进化心理学综合了进化生物学的各种理论和当代心理学的研究法则主张用进化论的视野来看待和研究人格问题为人格心理学核心概念的建构提供了一个系统的框架
工程材料与热加工基础
The Fundamentals of Engineering Materials & Heat
二元合金相图ppt课件
1100
Ma/Mb =(Cb-C)/（C-Ca）
1000
若M=Ma+ Mb为已知量，那么， 900
两相的绝对含量为：
800 0
Ca
Cb
20
40 C
60
80
100
Ma=(Cb-C)（Ma+Mb）/（Cb-Ca） Biblioteka iW (%) CuCu
Mb=(C-Ca)（Ma+Mb）/（Cb-Ca）
Ca
C
Cb
Ma
1M3 b
总结：由质量分数的计算式
Ma ×（C- Ca）=Mb× (Cb- C) 并结合相图，可知，此式类似与杠杆定律的应用， 所以这种方法又称杠杆定律。
Ca
C
Cb
Ma
Mb
注意：
使用条件：只适合平衡结晶的两相区
解决问题： （1）确定二平衡相的成分
（2）确定二平衡相的数量 14
平衡结晶：在结晶过程中，原子的扩散在固 相、液相及固液相之间非常充分，能跟得上相变 的速度，最终形成成分均匀的固溶体。
1400
1400
（L+ ）
1300
1200
1200
1100
1000
1000
900
800
t
800 0
20
40
60
80
100
W (%)
Cu-Ni合金相图的建立
Cu
8
（二）二元匀晶相图分析
两线：液相线、固相线 1、相图分析 三区：液相、液相+固相、固相
1500
L
1400
1300
1200
+ L
《二元合金相图》PPT课件
Q LL% b,c Q aa% ab
Q 0
ac Q 0
ac
• 运用杠杆定律时注意，它只适用于相图中的两相 区，并且只能在平衡状态下使用。
• 杠杆定律的应用： ①确定某一温度下两平衡相的成分； ②确定某一温度下两平衡相的相对量。
2021/3/26
17
4. 非平衡结晶与枝晶偏析
实际金属的结晶主要以树枝状长大：这是由于当冷却 速度较大，特别是存在有杂质时，晶体与液体界面的 温度会高于近处液体的温度，形成负温度梯度，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。
4.4.1 铁碳合金的基本组织 4.4.2 铁碳合金相图 4.4.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系 42.402.14/3/2F6 e-Fe3C相图的应用
教学内容
2
§4.1 二元合金相图的建立
§4.1.1 名词涵义
组元：组成合金的独立的最基本的单元。一般是 一种元素（如Pb-Sn合金中的Pb和Sn） 或一种稳 定的化合物（如Fe3C） 。
2021/3/26
18
• 固溶体结晶时成分是变化的，如果冷却较快，原子扩散不 能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。
• 一个晶粒中先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结 晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多，结果造成在一个晶粒 内化学成分的分布不均，这种现象称为枝晶偏析。
• 消除枝晶偏析的方法采用扩散退火（或均匀化退火）。
合金系： 由两个或两个以上组元按不同比例配制 成的一系列不同成分的合金（如Pb-Sn系，FeFe3C 系） 。
相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的 简明图。
2021/3/26
3
• 相图上所表示的组织都 是在非常缓慢冷却的条 件下获得的，都是接近 平衡状态的组织，也称 为状态图或平衡图。
第四章-二元合金PPT课件
含量
Q 0 0 ..5 5 8 3 0 0 ..4 4 5 5 1% 0 0 6.5 1 %
Q L0 0 ..5 5 8 8 0 0 ..4 5 5 3 1% 0 0 3.5 8 %
-
41
⑶ 枝晶偏析
• 合金的结晶只有在缓慢冷却条件 下才能得到成分均匀的固溶体。 但实际冷速较快，结晶时固相中 的原子来不及扩散，使先结晶出 的枝晶轴含有较多的高熔点元素 （如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶 的枝晶间含有较多的低熔点元素( 如Cu-Ni合金中的Cu)。
组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金 属元素，也可以是化合物。
• 什么是相？
相—合金中成分相同、晶体结构相 同、具有同一聚集状态的组成部分
显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、
数量、大小和分布的组合。
-
3
黄铜
单相合 金
Al-Cu两相合金
两相合
-
金4
分类
-
19
第二节 二元合金相图
金属材料性能由组织决定， 而组织由化学成分和工艺过程决定。
组织（显微组织）
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌
组织由相构成，
观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。
-
20
基本概念
❖相 图： ❖组 元： ❖合金系： ❖相平衡：
-
21
• 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析。
• 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金
属元素，如C、N、B 等，而溶剂元素一般 是过渡族元素。
形成间隙固溶体的一
般规律为r质/r剂<0.59。
间隙固溶体都是无序
Q 0 0 ..5 5 8 3 0 0 ..4 4 5 5 1% 0 0 6.5 1 %
Q L0 0 ..5 5 8 8 0 0 ..4 5 5 3 1% 0 0 3.5 8 %
-
41
⑶ 枝晶偏析
• 合金的结晶只有在缓慢冷却条件 下才能得到成分均匀的固溶体。 但实际冷速较快，结晶时固相中 的原子来不及扩散，使先结晶出 的枝晶轴含有较多的高熔点元素 （如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶 的枝晶间含有较多的低熔点元素( 如Cu-Ni合金中的Cu)。
组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金 属元素，也可以是化合物。
• 什么是相？
相—合金中成分相同、晶体结构相 同、具有同一聚集状态的组成部分
显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、
数量、大小和分布的组合。
-
3
黄铜
单相合 金
Al-Cu两相合金
两相合
-
金4
分类
-
19
第二节 二元合金相图
金属材料性能由组织决定， 而组织由化学成分和工艺过程决定。
组织（显微组织）
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌
组织由相构成，
观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。
-
20
基本概念
❖相 图： ❖组 元： ❖合金系： ❖相平衡：
-
21
• 合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析。
• 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金
属元素，如C、N、B 等，而溶剂元素一般 是过渡族元素。
形成间隙固溶体的一
般规律为r质/r剂<0.59。
间隙固溶体都是无序
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下图。γ是顺磁性
（ paramagnetism ） ， 具 有 fcc 结 构 。 晶粒呈平直多边形。
16
碳在γ－Fe晶格中的位置
2020/11/10
17
奥氏体的显微组织
2020/11/10
18
2.Fe—C合金中的基本相 －C
(5)铁素体（ferrite）
铁素体（α或F）是C溶于α－Fe形成的 间隙固溶体称为铁素体（ferrite）。C原 子 溶 于 八 面 体 间 隙 。 单 相 α 相 在 GPQ 以 左部分。铁素体的含碳量非常低，在 727℃ 时 C 在 α － Fe 中 最 大 溶 解 量 为 0.0218%， 室 温下含 碳 仅为 0.005%， 所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50-80) 低，塑性(延伸率δ为30%~50%)高。铁 素体的显微组织与工业纯铁相同。晶粒 常呈多边形。是铁磁性，具有bcc结构。
(1)液相(L) Fe与C在高温下形成的液体 溶液。(ABCD线以上)
(2)δ相[高温铁素体（high temperature ferrite）] C在δ－Fe的间隙固溶体。在 1495℃时最大溶解量可达 0.09%，为bcc结构，也称高 温铁素体（high temperature ferrite）。
2020/11/10
3
1538 1495 1394
Fe
2020/11/10
4
1.Fe—C合金中的组元
Fe-Fe3C相图
铁碳合金中 组元： 纯铁(Fe)和 渗碳体（Fe3C）
2020/11/10
Fe3C
5
(1) 纯铁（Fe）
▪ 纯铁（pure iron） WFe > 99.8%，原子序数 26 ， 原 子 相 对 质 量 55.85 ， 纯 铁 的 熔 点 1538℃，汽化点2738℃，密度7.87g/㎝³。
▪ 纯 铁 固 态 下 具 有 同 素 异 构 转 变 （ allotropic transformation）：912°C以下为体心立方 (bcc)晶体结构，912°C到1394°C之间为面 心立方(fcc)结构, 1394°C到熔点之间为体心 立方(bcc)结构。
▪ 纯铁具有磁性转变（770/768℃磁性转变、 magnetic transformation）。纯铁的强度 低，塑性好(软)，很少用于结构材料。主要利 用铁磁性（ferromagnetism）。
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纯铁的同素异构转变
2020/11/10
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纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
2020/11/10
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纯铁的显微组织
2020/11/10
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(2) 渗碳体(Fe3C)－A
▪ 渗碳体（cementite）是Fe—C合 金中碳以化合物(Fe3C)形式出现的。 它具有复杂的晶格。Fe3C是由C原 子构成的一个斜方晶格， C原子周 围 有 六 个 Fe 原 子 ， 构 成 一 个 八 面 体 ， 而 每 个 Fe 原 子 属 于 两 个 八 面 体共有，Fe:C=3:1。 ▪ Fe3C熔点为1227℃，Fe3C是一种亚稳化合物，在一定条件 下，渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。所以 Fe—Fe3C相图又叫介稳定系相图，Fe－C相图又叫稳定系相 图，若把Fe—Fe3C相图与Fe－C相图画在同一图上，称为 Fe－C合金双重相图，如图7.50。两相图各有不同适用范围。
7.3.8 二元合金相图分析实例
重点：铁碳相图
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7.3.8 二元合金相图分析实例
▪ Fe—C合金的组织和性能 ▪ Al2O3—SiO2系的组织和性能 ▪ Cu—Zn合金相图 ▪ Cu—Sn合金 ▪ 其他例子
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一. Fe—C合金的组织和性能 ▪ 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材
1148°C 时 最 多 可 以 溶 解 2.11% 的 碳 ， 到727°C时含碳量降到0.8%。碳原子
存在于面心立方晶格中正八面体的中心，
单 相 γ 区 存 在 于 NJBESGN 区 域 内
（ 727---1459℃ ） 。 奥 氏 体 的 硬 度 (HB170-220)较低，塑性(延伸率δ为 40%-50%) 高 。 奥 氏 体 的 显 微 组 织 见
(3)渗碳体（cementite） 前面 已讨论过.
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2.Fe—C合金中的基本相 －B
（4） 奥氏体（austenite）
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奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的
间隙固溶体称为奥氏体（austenite）。
γ具有fcc结构。具有面心立方晶体结构
的奥氏体可以溶解较多的碳，
状。渗碳体硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接 近于0。它是钢铁材料中的主要强化相。Fe3C中碳 和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固溶体。 Fe被Cr、Mn等原子金属置换，形成以Fe3C为基的 固溶体，称为合金渗碳体。
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2. Fe—C合金中的基本相 －A
在Fe—Fe3C相图中，Fe—C合金在不同条件(成分，温度)下，可 有六个基本相： L相、δ相、γ相、α相、Fe3C相、石墨（C）2020/11/Fra bibliotek010
渗碳体的晶格
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Fe-Fe3C双重相图－1
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Fe-Fe3C双重相图－2
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(2) 渗碳体(Fe3C)-B
▪ Fe3C在230℃以下具有铁磁性，常用A0表示这个
临界点。 ▪ Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条
料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基 本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合 金（alloys of the iron－carbon system）。因此， 学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问 题是非常重要的。 ▪ 铁碳相图(如图7.50)是一个较复杂的二元合金相图， 它概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。 在FF物ee铁是23CC碳硬-、F合脆eF2e金C相C,中。，F，e所后2FC以面e-与F，三eCCF部可e和-分以CF相e相形C图图-成C实可一四际以系个上列划部没化分分合有成。物应由Fe：用于-FF价化ee33值合CC,、 （工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此， 通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
（ paramagnetism ） ， 具 有 fcc 结 构 。 晶粒呈平直多边形。
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碳在γ－Fe晶格中的位置
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奥氏体的显微组织
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2.Fe—C合金中的基本相 －C
(5)铁素体（ferrite）
铁素体（α或F）是C溶于α－Fe形成的 间隙固溶体称为铁素体（ferrite）。C原 子 溶 于 八 面 体 间 隙 。 单 相 α 相 在 GPQ 以 左部分。铁素体的含碳量非常低，在 727℃ 时 C 在 α － Fe 中 最 大 溶 解 量 为 0.0218%， 室 温下含 碳 仅为 0.005%， 所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50-80) 低，塑性(延伸率δ为30%~50%)高。铁 素体的显微组织与工业纯铁相同。晶粒 常呈多边形。是铁磁性，具有bcc结构。
(1)液相(L) Fe与C在高温下形成的液体 溶液。(ABCD线以上)
(2)δ相[高温铁素体（high temperature ferrite）] C在δ－Fe的间隙固溶体。在 1495℃时最大溶解量可达 0.09%，为bcc结构，也称高 温铁素体（high temperature ferrite）。
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1538 1495 1394
Fe
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1.Fe—C合金中的组元
Fe-Fe3C相图
铁碳合金中 组元： 纯铁(Fe)和 渗碳体（Fe3C）
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Fe3C
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(1) 纯铁（Fe）
▪ 纯铁（pure iron） WFe > 99.8%，原子序数 26 ， 原 子 相 对 质 量 55.85 ， 纯 铁 的 熔 点 1538℃，汽化点2738℃，密度7.87g/㎝³。
▪ 纯 铁 固 态 下 具 有 同 素 异 构 转 变 （ allotropic transformation）：912°C以下为体心立方 (bcc)晶体结构，912°C到1394°C之间为面 心立方(fcc)结构, 1394°C到熔点之间为体心 立方(bcc)结构。
▪ 纯铁具有磁性转变（770/768℃磁性转变、 magnetic transformation）。纯铁的强度 低，塑性好(软)，很少用于结构材料。主要利 用铁磁性（ferromagnetism）。
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纯铁的同素异构转变
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7
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
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纯铁的显微组织
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(2) 渗碳体(Fe3C)－A
▪ 渗碳体（cementite）是Fe—C合 金中碳以化合物(Fe3C)形式出现的。 它具有复杂的晶格。Fe3C是由C原 子构成的一个斜方晶格， C原子周 围 有 六 个 Fe 原 子 ， 构 成 一 个 八 面 体 ， 而 每 个 Fe 原 子 属 于 两 个 八 面 体共有，Fe:C=3:1。 ▪ Fe3C熔点为1227℃，Fe3C是一种亚稳化合物，在一定条件 下，渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。所以 Fe—Fe3C相图又叫介稳定系相图，Fe－C相图又叫稳定系相 图，若把Fe—Fe3C相图与Fe－C相图画在同一图上，称为 Fe－C合金双重相图，如图7.50。两相图各有不同适用范围。
7.3.8 二元合金相图分析实例
重点：铁碳相图
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7.3.8 二元合金相图分析实例
▪ Fe—C合金的组织和性能 ▪ Al2O3—SiO2系的组织和性能 ▪ Cu—Zn合金相图 ▪ Cu—Sn合金 ▪ 其他例子
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一. Fe—C合金的组织和性能 ▪ 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材
1148°C 时 最 多 可 以 溶 解 2.11% 的 碳 ， 到727°C时含碳量降到0.8%。碳原子
存在于面心立方晶格中正八面体的中心，
单 相 γ 区 存 在 于 NJBESGN 区 域 内
（ 727---1459℃ ） 。 奥 氏 体 的 硬 度 (HB170-220)较低，塑性(延伸率δ为 40%-50%) 高 。 奥 氏 体 的 显 微 组 织 见
(3)渗碳体（cementite） 前面 已讨论过.
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2.Fe—C合金中的基本相 －B
（4） 奥氏体（austenite）
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奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的
间隙固溶体称为奥氏体（austenite）。
γ具有fcc结构。具有面心立方晶体结构
的奥氏体可以溶解较多的碳，
状。渗碳体硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接 近于0。它是钢铁材料中的主要强化相。Fe3C中碳 和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固溶体。 Fe被Cr、Mn等原子金属置换，形成以Fe3C为基的 固溶体，称为合金渗碳体。
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2. Fe—C合金中的基本相 －A
在Fe—Fe3C相图中，Fe—C合金在不同条件(成分，温度)下，可 有六个基本相： L相、δ相、γ相、α相、Fe3C相、石墨（C）2020/11/Fra bibliotek010
渗碳体的晶格
2020/11/10
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Fe-Fe3C双重相图－1
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Fe-Fe3C双重相图－2
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(2) 渗碳体(Fe3C)-B
▪ Fe3C在230℃以下具有铁磁性，常用A0表示这个
临界点。 ▪ Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条
料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基 本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合 金（alloys of the iron－carbon system）。因此， 学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问 题是非常重要的。 ▪ 铁碳相图(如图7.50)是一个较复杂的二元合金相图， 它概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。 在FF物ee铁是23CC碳硬-、F合脆eF2e金C相C,中。，F，e所后2FC以面e-与F，三eCCF部可e和-分以CF相e相形C图图-成C实可一四际以系个上列划部没化分分合有成。物应由Fe：用于-FF价化ee33值合CC,、 （工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此， 通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。