Ch8相平衡与相图原理幻灯片.ppt

第八章 相平衡与相图原理,§8.1 相、相平衡与相律,一、相与相平衡,合金：由两种或两种以上的元素组成，其中至少有一种为金属，组成具有金属性的材料称为合金组元：通常把组成材料的最简单、最基本、能够独立存在的物质称为组元组织：人们用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜、电子显微镜等）所观察到的材料形貌组织组成物：组织中形貌相同的组成部分平衡状态：系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态 相：相是一个物系中，结构相同，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分相与相之间的转变称为相变 相平衡：指合金系中，参与结晶或相变的过程的各相之间的相对量和相的浓度不再改变时所达到的一种动态平衡 相图：表示合金系中合金状态、温度及成分之间关系的图解又称平衡图或状态图二、相律,吉布斯相律： f=c-p+2 C：系统的组元数 P：共存的平衡相数 f：自由度的数目，指给定合金系在平衡相数不变的前提下，可独立改变（如温度、压力、浓度等）的数目 对于不含气相的凝聚系统，可视为恒压条件，相律表述为： f=c-p+1,§8.2 二元相图,,一、二元相图的表示与建立方法,,注：杠杆定律适用于平衡结晶时的两相区。

二、杠杆定律,三、二元相图的基本类型,（一）匀晶相图,（二）共晶相图,Pb-Sn共晶合金冷却曲线及凝固过程示意图,Pb-Sn共晶显微组织,Pb-Sn亚共晶合金冷却曲线及凝固过程,Wsn=50%的Pb-Sn合金的室温显微组织,α,α+β,Pb-Sn过共晶合金冷却曲线及凝固过程示意图,Wsn=85%的Pb-Sn合金的室温显微组织,（三）包晶相图,（四）其他类型的相图,Mg-Si相图,Cd-Sb相图,K-Na相图,Cu-Pb相图,Fe-B相图,合金相图示意图,Fe-Ti相图,四、二元相图的分析,包晶相图 共晶相图 陶瓷相图,,五、相图与性能的关系,相图与合金硬度、强度及导电率之间的关系,相图与合金铸造工艺性能之间的关系,§8.3 铁碳相图,相图：表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或者组织与温度、成分间关系的图形，又称状态图或平衡图 相图的分类（根据组元数量分） 二元相图（两个组元配成的合金体系） 三元相图（三个组元配成的合金体系）,相图的建立：实验测定不同成分合金的转变温度，将所有的开始转变点连接起来，将所有的转变结束点连接起来一、基本概念,二、Fe-Fe3C相图,1、相图中的点（14个） （1）组元的熔点 A (0, 1538) 铁的熔点 D (6.69, 1227) Fe3C的熔点 （2）同素异构转变点 N（0，1394）δ-Fe γ－Fe G（0，912） γ－Fe  α-Fe,,,（4）三相共存点 S（共析点）（γ＋α＋Fe3C） C（共晶点）（γ＋L ＋Fe3C） J（包晶点）（δ＋γ＋L ）,表示恒温转变的线：HJB 包晶转变、ECF 共晶转变、 PSK 共析转变,3、相图中的相区 单相区（4个＋1个） （ L、 α 、γ、δ 、 Fe3C） 两相区（7个）L + δ, L + Fe3C，L + γ, δ + γ , γ + α γ + Fe3C , α + Fe3C,固溶度线： ES碳在奥氏体中的最大溶解度随温度的变化线 （温度，最大溶解度 ）；（0.77%--2.11%） PQ ：碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线 （温度 ，最大溶解度 ） (0.0008%—0.0218%) 同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP,4、Fe-Fe3C相图中的转变,（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单一固相的转变，属于非恒温转变。

强调！ 根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组成L γ : 由液相中直接结晶出γ相合金的成分线和BC线相交，即含碳量Wc：0.53% ~ 4.3%,L Fe3C : 由液相中直接结晶出Fe3C相合金的成分线和CD线相交，即含碳量Wc：4.3%~6.69%,（2）同素异构转变,（3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变温度降低，C在Fe中的溶解度也降低，合金的含碳量就超过溶解度，多余的碳就以Fe3C析出4）恒温转变 1）包晶转变 → HJB 线,含义：由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一定成分新固相地反应---包晶转换反应 （具有J点成分的铁-碳合金冷却至14950C，体系中的液相和δ相在转变过程中恰好全部消耗完，得到单一的γJ 相 ） 发生包晶反应的合金成分： C%：0.09%--0.53% 即合金的成分线与HJB线相交； 产物：单相奥氏体（ γJ ） 包晶点 （J点）：（0.17，1495）,2）共晶转变,含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的固相的转变 （ Fe- Fe3C系：由C点成分的液相在11480C下同时生成具有E点成分的g 相和Fe3C。

） 发生共晶反应的成分范围：Wc ：2.11 %—6.69% (合金成分线与ECF线相交) 产物：γE和Fe3C两相混合物，称为莱氏体用Ld表示 （Fe3C为基体； γE 呈粒状或杆状分布在基体上） 共晶点C (4.3,11480C),3）共析转变,含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分的新固相的转变 (在Fe—Fe3C体系中，在7270C下由S点成分的g相同是生成P点成分的α相和Fe3C； 产物： α相和Fe3C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光体，用P表示 合金范围： Wc: 0.0218 %—6.69%(合金成分线与PSK线相交) S点:共析点，（0.77，727） (具有S点成分的Fe—C合金冷却至7270C时，合金全部发生共析转变，生成珠光体),5、典型铁碳合金结晶过程分析,方法和步骤 在相图的横坐标上找出给定的成分点，过该点作成分线； 在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般用1、2、3、4等） 根据每条线表示的转变，写出每两个点之间或者重要点上发生的转变；由液相分析至室温 室温下该成分线所在的相区，合金室温下就具有那个相组织组成物则取决于冷却过程中发生的转变。

6、几种典型铁碳合金的结晶过程分析,,亚共析钢的室温组织,(a)片状珠光体 (b) 球状珠光体,共析钢凝固,8000×,F,Fe3C,,,过共析钢室温平衡组织,共晶白口铸铁的室温组织,,,网状渗碳体,过共晶白口铸铁冷却到室温后的组织,,,铁碳相图分析,,四、碳对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响,1、铁碳合金按碳的质量分数和平衡组织的分类,白口铸铁,2、碳对合金平衡组织的影响（ Fe3C的形态),,,,,,,,,,,,,铁碳合金流动性与含碳量的关系,。