材料热力学课件9相图分析实例.ppt

1,2019/8/10,8 分析和使用二元相图,8.1 二元相图的一般分析方法 8.2 Fe-Fe3C相图 8.3 Cu-Sn合金系相图 8.4 Mg2SiO4-SiO2系相图 8.5 ZrO2-SiO2系相图,2,2019/8/10,8.1 相图中的线条和相区分析,相图中的所有线条代表发生相转变的温度和平衡相的成分 转变中每碰到一条线，都表示将发生某种相转变，相成分随温度的改变也是沿着这些线条变化 每一相区代表相型相同的状态 单相区：一种具有独特结构和性质的相的成分和温度范围，若单相区为一根垂直线，表示该相的成分不变 两相区：两边相邻的两个单相区的相，其边界线分别表示该两相的平衡成分，边界线倾斜则表示两相的成分和相对量均随温度改变而发生变化，发生两个相互溶解或析出的变化 三相区：必为一水平线，表示等温反应 三个单相区分别交于水平线上的两个端点和线中间一点，水平线上下方分别与三个两相区毗邻，根据与水平线相连的三个单相区的类别和分布特点，可确定三相平衡的类型,3,2019/8/10,二元相图的几何规律,二元相图中三相区的几种错误画法,1.相区接触法则：二元相图中，相邻相区的相数差为1；相数差大于一的相区只能相交于一点； 2.如果两个三相区中有两个共同的相，这两条水平线之间必定是这两个相组成的两相区。

3.与水平线端点毗邻的单相区边界线延长线应进入相邻两相区,4,2019/8/10,二元合金相图一般分析方法,1.寻找稳定化合物； 2.区别各相区； 3.找出三相共存水平线； 相图仅表示平衡状态，按相图可以较准确分析合金处于平衡状态下的相和组织变化,5,2019/8/10,8.2 Fe-Fe3C相图,Fe3C在一定条件下可以分解为Fe和石墨，因此铁碳相图可有两种形式：Fe-Fe3C相图和Fe-C相图，将二者画在一起，称为铁碳双重相图铁碳双重相图,6,2019/8/10,,,Fe的三种同素异构转变： α-Fe（低于912℃，bcc） γ-Fe（912~1394℃，fcc） δ-Fe （1394~1538℃，bcc） 碳在铁中的存在形态： 三种固溶体（碳溶解在铁中）： 铁素体F ：碳溶解在α-Fe中 奥氏体A ：碳溶解在γ-Fe中 δ-铁素体：碳溶解在δ-Fe中，又称高温铁素体，符号δ-F， 化合物：碳与铁形成Fe3C、Fe2C等复杂结构的化合物，钢中的Fe3C称渗碳体 游离碳（石墨）,Fe-Fe3C相图中的相,铁素体：正交结构,7,2019/8/10,,,,三种等温反应： 包晶反应（1495℃） ：LB+δH→AJ L0.53+δ0.09=A0.17 共晶反应（1148℃） ： LC→ AE＋Fe3C L4.30=A2.11+Fe3C （莱氏体） 共析反应（727℃） ： AS→ FP＋Fe3C A0.77=F0.0218+Fe3C（珠光体）,Fe-Fe3C相图中的等温反应,8,2019/8/10,三条固态转变线,GS 奥氏体中开始析出铁素体，A→F (A3温度) ES 碳在奥氏体中的溶解度曲线(Acm温度)，低于此温度时，A→Fe3CⅡ PQ 碳在铁素体中的溶解度线， F→ Fe3CⅢ,,,,9,2019/8/10,工业纯铁：C少于0.0218%，P点左 碳钢： C在0.0218~2.11%，PE间 共析钢（0.77%C） 亚共析钢（0.0218~0.77%C） 过共析钢(0.77~2.11%C) 铸铁： C大于2.11%，E点右 共晶铸铁（4.30%C） 亚共晶铸铁（2.11~4.30%C） 过共晶铸铁（4.30~6.69%C） 根据碳的存在状态铸铁区分为白口铸铁（全部碳都以Fe3C形态存在）和灰口铸铁（部分或全部碳以石墨形态存在）,Fe-C合金的三种典型材料,按含碳量及室温平衡组织分为：,10,2019/8/10,几种典型铁碳合金冷却过程的组织转变,11,2019/8/10,1.工业纯铁（含碳量0.01%合金①）,晶界,,晶界,,平衡组织：F+（Fe3C）III,,12,2019/8/10,工业纯铁的平衡凝固组织： F+（Fe3C）III,13,2019/8/10,共析转变AS→FP+Fe3C（珠光体P，由铁素体和渗碳体两相交迭排列的细层片状组织）,2.共析钢（wc%=0.77②）,平衡组织：珠光体,,转变温度下珠光体中铁素体F的含量：,室温下珠光体中铁素体F的含量：,14,2019/8/10,共析钢的显微组织×1000 白色的铁素体和黑色渗碳体,15,2019/8/10,2.亚共析钢（0.0218wc%＜0.77③）,T5时平衡组织：F+珠光体,,,16,2019/8/10,亚共析钢组织：F+P,wc＝0.20％,wc＝0.40％,含碳量增加，铁素体（白色组织）减少，珠光体组织增加,17,2019/8/10,3.过共析钢（0.77wc%＜2.11④）,T4时平衡组织：P+Fe3CⅡ,,,18,2019/8/10,过共析钢的显微组织，×1000,白色网状Fe3CⅡ,,,19,2019/8/10,4. 共晶白口铸铁（wc%=4.3⑤）,,T1：共晶转变：LC→AE+Fe3C，莱氏体(Ld)， T1~T2：A→Fe3CII，附着在原渗碳体上， T2：共析转变：A→F+Fe3CIII（珠光体）。

T1：,20,2019/8/10,莱氏体Ld中的奥氏体转变为珠光体后，Ld即称为“变态莱氏体”--Ld’,21,2019/8/10,5.亚共晶白口铸铁（2.11wc%＜4.3⑥）,平衡组织： Ld’＋P＋ Fe3CⅡ,,,22,2019/8/10,23,2019/8/10,过共晶白口铸铁的显微组织，×500,6.过共晶白口铸铁（4.3wc%＜6.69⑦）,平衡组织： Ld’＋Fe3CⅠ,长条状一次渗碳体(Fe3C)Ⅰ初晶,,,24,2019/8/10,按组织分区的铁碳合金相图,,F+Fe3CⅢ,25,2019/8/10,8.3 Cu-Sn合金系相图,Cu-Sn合金是工业上常用的铜合金（锡青铜），只有非稳定中间相， 5个非稳定单相区：γ、δ、ε、ξ、η 、η′（有序） 各相都有一定的固溶度,26,2019/8/10,,,,,,11条水平线的恒温反应 Ⅰ包晶反应：L+α→β Ⅱ包晶反应：L+β→γ Ⅲ包晶反应：L+ε→η Ⅳ共析反应：β→α+γ Ⅴ共析反应：γ→α+δ Ⅵ共析反应：δ→α+ε Ⅶ共析反应：ξ→δ+ε Ⅷ包析反应：γ+ε→ξ Ⅸ包析反应：γ+ξ→δ Ⅹ熔晶反应：γ→ε+L Ⅺ共晶反应：L→η+θ 还有一条有序-无序转变水平线，发生η→η′（有序）转变（186~189℃）,Cu-Sn合金系相图,Cu-Sn相图,,27,2019/8/10,Cu-Sn合金系合金O的结晶过程,,,Cu-Sn相图,t1~t2: L→α， t2： L+α→β， t2~t3: β→α， t3： β→α+γ， t3~t4: γ→α t4： γ→α+ δ ， t4~t5: α→δ， t5： δ→ α+ ε， t＜t5: α→ ε 室温：α+ε,,28,2019/8/10,8.4 Mg2SiO4-SiO2系相图,两个液相L1、L2 三个固相Mg2SiO4、MgSiO3、SiO2 三个恒温反应： 偏晶反应（1695℃） L2 → L1+ SiO2 包晶反应（1557℃） L+ Mg2SiO4 → MgSiO3 共晶反应（1543℃） L → MgSiO3+ SiO2,Mg2SiO4-SiO2系相图,29,2019/8/10,8.5 ZrO2-SiO2系相图,四个单相：L、α、ZrSiO4、SiO2 两个恒温反应 包晶反应： L+α→ ZrSiO4 共晶反应： Le→ ZrSiO4+ SiO2,ZrO2-SiO2系相图,,,30,2019/8/10,ZrO2-SiO2系相图,o~d′内固溶体合金：L→α； d~p内： L→α， Lb+αd→ ZrSiO4 ， 室温组成为α + ZrSiO4,不同区域内合金的凝固过程,31,2019/8/10,,,,,,x合金凝固后组织组成物相对量：,相的相对量：,p~b内： L→α， Lb+αd→ ZrSiO4 ， L→ZrSiO4， Le→ ZrSiO4+ SiO2， 最终组织为： 锆莫石（ZrSiO4）+共晶体,,x,。