第2章 二元合金相图与铁碳合金相图
59页1、机 械 工 程 概 论 Introduction to mechanical engineering,张力菠 南京航空航天大学经济与管理学院,2,二元合金相图 铁碳合金相图 相图的应用,第2章 二元合金相图与铁碳相图,3,二元合金相图, 基本概念,二元合金相图:,表示二元合金系中不同成分的合金在温度极缓慢变化条件下,各不同温度下相组成和相变化的图;,二元合金系:,由某两种元素组成的各种不同成分合金的总和;,合金相图是制定铸造、锻造、热处理等工艺的重要依据,也是研究合金组织、组织转变及合金性能的有力工具。,指极缓慢的冷却或加热,此时发生相变,原子可进行充分的扩散,得到的组织是稳定或平衡的,这种极缓慢冷却或加热,使原子能够进行充分扩散的状态叫平衡状态。,4,二元合金相图, 相图的建立,所有的合金相图都是通过实验方法得到的,一般是利用合金相变时产生的各种变化测定相变点,绘制合金相图;,建立方法:,以铜镍合金为例,总共包括以下四步:,常用热分析法和金相法;,建立步骤:,5,Cu-Ni合金相图的建立步骤:,配制不同成分的Cu-Ni合金,见表; 作出每种合金的冷却曲线,并找出其相变温度,即各曲线上
2、开始和终止结晶温度即临界点,见表; 画出温度-成分坐标系,在各成分垂线上标出临界点温度; 连接临界点中物理意义相同的点,即得Cu-Ni合金相图。,二元合金相图, 相图的建立,6,二元合金相图, 相图的建立,7,Cu-Ni合金相图的解读:,二元合金相图, 相图的建立,第一个点A、第二个点B分别为Cu、Ni的熔点; 各结晶开始温度连线为液相线,该线以上为液相区,L ; 各结晶终止温度连线为固相线,该线以下为固相区,; 固、液相线之间的区域固液相并存,即双相区,L +;,双相区说明Cu-Ni合金的结晶是在一个温度范围内进行的,这一点与纯金属的结晶有所区别。,8,Cu-Ni合金相图是最简单的二元合金相图,通常合金的相图都很复杂,但都是由几种基本相图组合而成:,二元匀晶相图 二元共晶相图 二元共析相图,二元合金相图,种类:,9,二元合金相图, 匀晶相图,概念:,二元合金系中二组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图,即二元匀晶相图;,例,具有二元匀晶相图的合金系主要有:Cu-Ni、Cu-Au、Fe-Ni、W-Mo等;,以Cu-Ni合金为例,来分析具有二元匀晶相图的二元合金系的结晶过程与产物。,1
3、0,二元合金相图, 匀晶相图,11,从二元合金相图中的双相区,不仅可知道两相的成分,还可得知两相的相对重量;,杠杆定律:,研究表明,固液二相的相对量关系,如同力学中的杠杆定律,因此可得二元合金相平衡计算的杠杆定律;,注!,杠杆定律只适用于两相平衡区中,两平衡相的相对含量计算!,二元合金相图, 匀晶相图,12,二元合金相图, 匀晶相图,13,二元合金相图, 匀晶相图,14,二元合金相图, 共晶相图,概念:,两组元在液态时无限互溶,固态时有限溶解,结晶时发生共晶转变,形成两相机械混合物的相图,即共晶相图;,一定成分的液相,在一定温度下,同时结晶出成分不同的两种固相的转变 ,即共晶转变;,例,Pb-Sn、Pb-Sb、Cu-Ag等合金系具有二元共晶相图;,以Pb-Sn合金为例,来分析具有二元共晶相图的二元合金系的结晶过程与产物。,15,Pb-Sn二元合金(共晶)相图,二元合金相图, 共晶相图,16,Pb-Sn相图分析:,e点称为共晶点; ced线称为共晶线; 对应于共晶点的合金称为共晶合金; 成分位于ce之间的合金称为亚共晶合金; 成分位于ed之间的合金称为过共晶合金。,二元合金相图, 共晶相
4、图,17,二元合金相图, 共析相图,概念:,从一个固相中同时析出成分和晶体结构完全不同的两种新固相的转变过程(共析转变)的相图 ,即共析相图。,18,解读:,图中A、B为两组元,合金结晶后得到固溶体,c固溶体在恒温下进行共析转变:,c点为共析点, dce为共析线,对应的温度为共析温度; (d + e ) 称为共析体;,c,d + e,共析转变在固态下进行,转变温度较低,原子扩散困难,故过冷度较大,与共晶体相比,共析体组织较细小且均匀。,特点:,二元合金相图, 共析相图,19,铁碳合金:,铁碳合金相图,主要成员是碳钢与铸铁;,铁碳合金相图:,研究极缓慢冷却或加热条件下,铁碳合金的成分、组织与性能之间关系及其变化规律的图形。,都是以铁和碳为基本元素的合金,其机械、工艺性能优良,故应用广泛;,改变化学成分和工艺条件(温度、冷却速度等),可获得不同的组织和性能,以满足多种需要。,20,铁碳相图的研究范围:,C5的铁碳合金太脆,无实用价值,故实际使用C5%!,有实用价值部分,即C6.69%的Fe-Fe3C相图,故所研究的铁碳合金基本组元是Fe与Fe3C,属二元合金。,按含碳量不同,可形成三种:,
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