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1、机机 械械 工工 程程 概概 论论 Introduction to mechanical engineering 张力菠张力菠zlbzhang163 南京航空航天高校经济与管理学院南京航空航天高校经济与管理学院第第2章章二元合金相图二元合金相图二元合金相图二元合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图相图的应用相图的应用相图的应用相图的应用第第2章章 二元合金相图与铁碳相图二元合金相图与铁碳相图2第第2章章二元合金相图二元合金相图 基本概念基本概念二元合金相图二元合金相图：表示二元合金系中不同成分的合金在温度极缓慢变表示二元合金系中不同成分的合金在温度极缓慢变更条件下，各不同温度
2、下相组成和相变更的图；更条件下，各不同温度下相组成和相变更的图；二元合金系二元合金系：由某两种元素组成的各种不同成分合金的由某两种元素组成的各种不同成分合金的总和总和；合金相图是制定铸造、锻造、热处理等工艺的重要合金相图是制定铸造、锻造、热处理等工艺的重要依据，也是探讨合金组织、组织转变及合金性能的依据，也是探讨合金组织、组织转变及合金性能的有力工具。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慢冷却或
3、加热，使原子能够进行充分扩散的状态叫平平衡状态衡状态。3第第2章章二元合金相图二元合金相图 相图的建立相图的建立全部的合金相图都是通过试验方法得到的，一般是利用合金相变时产全部的合金相图都是通过试验方法得到的，一般是利用合金相变时产生的各种变更测定相变点，绘制合金相图；生的各种变更测定相变点，绘制合金相图；建立方法建立方法：以铜镍合金为例，总共包括以下四步：以铜镍合金为例，总共包括以下四步：常用常用热分析法热分析法和和金相法金相法；建立步骤建立步骤：4第第2章章Cu-Ni合金相图的合金相图的建立步骤建立步骤：配制不同成分的配制不同成分的Cu-Ni合金，见表；合金，见表；作出每种合金的冷却曲线，
4、并找出其相变温度，即各曲线上作出每种合金的冷却曲线，并找出其相变温度，即各曲线上起先和终止结晶温度即临界点，见表；起先和终止结晶温度即临界点，见表；画出温度画出温度-成分坐标系，在各成分垂线上标出临界点温度；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，即得连接临界点中物理意义相同的点，即得Cu-Ni合金相图。合金相图。合金编号合金编号成分（）成分（）结晶温度（结晶温度（）CuNi开始开始结束结束100806040200020406080100108311701260134714101452108311381200128513821452二元合金相图二元合金相图 相图
5、的建立相图的建立5第第2章章二元合金相图二元合金相图 相图的建立相图的建立6第第2章章Cu-Ni合金相图的合金相图的解读解读：二元合金相图二元合金相图 相图的建立相图的建立第一个点第一个点A、其次个点、其次个点B分别为分别为Cu、Ni的熔点；的熔点；各结晶起先温度连线为液相线，该线以上为液相区，各结晶起先温度连线为液相线，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，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，固、液相线之间的区域固液相并存，即双相区，L+；双相区说明双相区说明Cu-Ni合金的结晶是在一个温度范围内进行的，这一
6、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分。点与纯金属的结晶有所区分。7第第2章章Cu-Ni合金相图是最简洁的二元合金相图，通常合金的相图都很困难，合金相图是最简洁的二元合金相图，通常合金的相图都很困难，但都是由几种基本相图组合而成：但都是由几种基本相图组合而成：二元匀晶相图二元匀晶相图二元共晶相图二元共晶相图二元共析相图二元共析相图二元合金相图二元合金相图种类种类：8第第2章章二元合金相图二元合金相图 匀晶相图匀晶相图概念概念：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，即图，即二元匀晶相图二元匀晶相图；例
7、例具有二元匀晶相图的合金系主要有：具有二元匀晶相图的合金系主要有：Cu-Ni、Cu-Au、Fe-Ni、W-Mo等；等；以以Cu-Ni合金为例，来分析具有合金为例，来分析具有二元匀晶相图二元匀晶相图的二元合金系的二元合金系的结晶过程与产物。的结晶过程与产物。9第第2章章二元合金相图二元合金相图 匀晶相图匀晶相图10第第2章章从二元合金相图中的从二元合金相图中的双相区双相区，不仅可知道两相的成分，不仅可知道两相的成分，还可得知两相的还可得知两相的相对重量相对重量；杠杆定律杠杆定律：探讨表明，固液二相的相对量关系，犹如力学中的杠杆探讨表明，固液二相的相对量关系，犹如力学中的杠杆定律，因此可得二元合金
8、相平衡计算的杠杆定律；定律，因此可得二元合金相平衡计算的杠杆定律；注！注！杠杆定律只适用于杠杆定律只适用于两相平衡区两相平衡区中，中，两平衡相的相对含量两平衡相的相对含量计算！计算！二元合金相图二元合金相图 匀晶相图匀晶相图11第第2章章二元合金相图二元合金相图 匀晶相图匀晶相图12第第2章章二元合金相图二元合金相图 匀晶相图匀晶相图13第第2章章二元合金相图二元合金相图 共晶相图共晶相图概念概念：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，结晶时发生共晶共晶转变转变，形成两相机械混合物的相图，即，形成两相机械混合物的相图，即共晶相图共晶相图；确定
9、成分的液相，在确定温度下，同时结晶出成分不同的两种确定成分的液相，在确定温度下，同时结晶出成分不同的两种固相的转变固相的转变，即共晶转变；，即共晶转变；例例Pb-Sn、Pb-Sb、Cu-Ag等合金系具有二元共晶相图；等合金系具有二元共晶相图；以以Pb-Sn合金为例，来分析具有合金为例，来分析具有二元共晶相图二元共晶相图的二元合金的二元合金系的结晶过程与产物。系的结晶过程与产物。14第第2章章Pb-Sn二元合金（共晶）相图二元合金（共晶）相图二元合金相图二元合金相图 共晶相图共晶相图15第第2章章Pb-Sn相图分析相图分析：e点称为点称为共晶点共晶点；ced线称为线称为共晶线共晶线；对应于对应于
10、共晶点共晶点的合金称为的合金称为共晶合金共晶合金；成分位于成分位于ce之间的合金称为之间的合金称为亚共晶合金亚共晶合金；成分位于成分位于ed之间的合金称为之间的合金称为过共晶合金过共晶合金。二元合金相图二元合金相图 共晶相图共晶相图16第第2章章二元合金相图二元合金相图 共析相图共析相图概念概念：从一个固相中同时析出从一个固相中同时析出成分和晶体结构完全不成分和晶体结构完全不同的两种新固相的转变同的两种新固相的转变过程（过程（共析转变共析转变）的相）的相图图，即，即共析相图共析相图。17第第2章章解读解读：图中图中A、B为两组元，合金结晶后得到为两组元，合金结晶后得到固溶体，固溶体，c固溶体在
11、恒固溶体在恒温下进行温下进行共析转变共析转变：c点为点为共析点共析点，dce为为共析线共析线，对应的温度为，对应的温度为共析温度共析温度；(d+e)称为称为共析体共析体；cd +e 共析转变在固态下进行，转变温度较低，原子扩散困难，故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匀整。过冷度较大，与共晶体相比，共析体组织较细小且匀整。特点特点：二元合金相图二元合金相图 共析相图共析相图18第第2章章铁碳合金铁碳合金：铁碳合金相图铁碳合金相图主要成员是主要成员是碳钢碳钢与与铸铁铸铁；铁碳合金相图铁碳合金相图：探讨极缓慢冷却或加热条件下，铁碳合金的
12、成分、探讨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更规律的图形。组织与性能之间关系及其变更规律的图形。都是以都是以铁铁和和碳碳为基本元素的为基本元素的合金，其合金，其机械、工艺性能优机械、工艺性能优良，故应用广泛；良，故应用广泛；改变更学成分和工艺条件（温度、冷却速度等），可获得改变更学成分和工艺条件（温度、冷却速度等），可获得不同的组织和性能，以满足多种须要。不同的组织和性能，以满足多种须要。19第第2章章铁碳相图的探讨范围：铁碳相图的探讨范围：C5的铁碳合金太脆，无好用价值，故实际运用的铁碳合金太脆，无好用价值，故实际运用C5%！有好用价值部分，即有好用价值部分，即
13、C6.69%的的Fe-Fe3C相图，故所探讨的铁碳合金基本组元是相图，故所探讨的铁碳合金基本组元是Fe与与Fe3C，属二元合金。，属二元合金。按按含碳量含碳量不同，可形成三种：不同，可形成三种：含碳量含碳量6.69%，形成，形成Fe3C含碳量含碳量6.69%，随含碳量增加形成，随含碳量增加形成Fe2C +FeC铁碳形成的化合物铁碳形成的化合物：铁碳合金相图铁碳合金相图20第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织因因铁素体铁素体与与渗碳体渗碳体相对数量及其分布状态的不相对数量及其分布状态的不同又可形成铁碳合金中两个基本组织：同又可形成铁碳合金中两个基本组织：由于铁与碳相互作用
14、的不同，铁碳合金在固态下的由于铁与碳相互作用的不同，铁碳合金在固态下的基本相基本相分为分为固溶体固溶体与与金属化合物金属化合物两类：两类：属金属化合物的基本相：属金属化合物的基本相：属于固溶体的基本相，包括两种：属于固溶体的基本相，包括两种：铁素体铁素体奥氏体奥氏体渗碳体渗碳体珠光体珠光体莱氏体莱氏体固态相中还有一种固态相中还有一种相相，但其对性能影响不大，故一般不，但其对性能影响不大，故一般不做考虑做考虑。21第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织铁素体铁素体：碳在碳在-Fe中的间隙固溶体，中的间隙固溶体，F或或；铁素体为铁素体为体心立方结构体心立方结构；-Fe的溶碳量
15、很小，的溶碳量很小，727时碳溶解度最大为时碳溶解度最大为0.02%，室，室温时只有温时只有0.008%；F强度、硬度很低，塑性、韧性很高，与工业纯铁相近；强度、硬度很低，塑性、韧性很高，与工业纯铁相近；F很少单独用作工程材料，是碳钢的基体相。很少单独用作工程材料，是碳钢的基体相。22第第2章章铁素体的显微组织铁素体的显微组织铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织23第第2章章奥氏体奥氏体：碳在碳在-Fe中的间隙固溶体，中的间隙固溶体，A；奥氏体为奥氏体为面心立方结构面心立方结构；-Fe 溶碳实力较强，溶碳实力较强，1148时碳溶解度最大时碳溶解度最大2.11%；奥氏体强度、硬度低
16、，而塑性高，适合压力加工成型；奥氏体强度、硬度低，而塑性高，适合压力加工成型；奥氏体奥氏体存在的温度较高，存在的温度较高，727 以上，是铁碳合金一个重以上，是铁碳合金一个重要的要的高温相高温相；铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织24第第2章章奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织25第第2章章渗碳体渗碳体：铁和铁和6.69%碳组成的金属化合物碳组成的金属化合物Fe3C，有时用，有时用cm表示；表示；渗碳体熔点为渗碳体熔点为1227；具有困难的晶体结构，成分固定；具有困难的晶体结构，成分固定；F3C复杂晶格复杂晶格Fe3C是亚稳定相，
17、确定条件下可分解成是亚稳定相，确定条件下可分解成F和石墨和石墨G：性质硬而脆，是铁碳合金的重要性质硬而脆，是铁碳合金的重要强化相强化相；F3CF +G铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织26第第2章章珠光体珠光体：铁素体和渗碳体的混合物，铁素体和渗碳体的混合物，P；此转变在固态下，从单相固溶体此转变在固态下，从单相固溶体A中同时析出两个互不相中同时析出两个互不相溶的固相（溶的固相（F和和Fe3C）组成的混台物，即）组成的混台物，即共析转变共析转变；珠光体加热至共析温度，它也会转变成奥氏体。珠光体加热至共析温度，它也会转变成奥氏体。相应温度和成分称相应温度和成分称共析温度共析温度、
18、共析成分共析成分，产物称，产物称共析体共析体；珠光体是含碳为珠光体是含碳为0.77%的奥氏体在的奥氏体在727时分解的产物：时分解的产物：AP（F +F3C）727铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织27第第2章章莱氏体莱氏体：含碳含碳4.3%的铁碳合金，的铁碳合金，1148时发生共晶反应，液态合金时发生共晶反应，液态合金中干脆结晶出中干脆结晶出A和和Fe3C的混合物，即莱氏体，的混合物，即莱氏体，Ld；共晶莱氏体性质共晶莱氏体性质硬硬而而脆脆，是，是生铁生铁的基本组织。的基本组织。降至共析温度，降至共析温度，Ld中的中的A共析分解，转变成共析分解，转变成P，故在共析温，故在共析
19、温度下，共晶度下，共晶Ld由由P和和Fe3C组成，即组成，即低温莱氏体低温莱氏体，Ld铁碳合金相图铁碳合金相图 基本相及组织基本相及组织28第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析铁碳合金相图的探讨始于铁碳合金相图的探讨始于1868年，已一百多年，对零件的选材、加工年，已一百多年，对零件的选材、加工工艺的制定具有重要的指导意义；工艺的制定具有重要的指导意义；铁碳合金相图（铁碳合金相图（Fe-Fe3C相图）相图）如下图，图中不加括号部分为如下图，图中不加括号部分为相组相组成物成物，加括号部分为，加括号部分为组织组成物组织组成物；Fe-Fe3C相图表示铁碳合金系中不同碳含量的合金在冷却
20、过程中发生相图表示铁碳合金系中不同碳含量的合金在冷却过程中发生的的相变相变，各温度下合金的，各温度下合金的相组成物相组成物和和组织组成物组织组成物，可由合金的室温组，可由合金的室温组织了解其力学性能，确定应用范围。织了解其力学性能，确定应用范围。29第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析30第第2章章Fe Fe3C 合金相图合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析31第第2章章Fe-Fe3C合金合金相图包含三个基本组成部分：相图包含三个基本组成部分：包晶是由包晶是由 L相相和一种固相转和一种固相转变为另一种固变为另一种固相，主要是合相，主要是合金中高温相的金中高温相的变
21、更，应用很变更，应用很少。少。共晶部分共晶部分共析部分共析部分包晶部分包晶部分 液体液体奥氏体奥氏体-铁铁奥奥+L+L +铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析32第第2章章1148铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析 共晶部分共晶部分33第第2章章ECF为为共晶线共晶线，C点点共共晶点晶点，共晶成分共晶成分含碳含碳4.3%，共晶温度共晶温度1148，共晶转变共晶转变为：为：E点点以左的合金结晶后得到以左的合金结晶后得到单相单相A；LA +Fe3C即液相结晶出即液相结晶出莱氏体莱氏体LdE点点是是奥氏体奥氏体的最大溶解点；的最大溶解点；铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析 共晶
22、部分共晶部分E点点也是也是钢钢和和铸铁铸铁的分界点：的分界点：钢钢含碳量含碳量2.11%；2.11%铸铁铸铁含碳量含碳量 6.69%。34第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析 共析部分共析部分72735第第2章章S点点为为共析点共析点，共析成分共析成分为为0.77%C，共析温度共析温度为为727，共析转变共析转变为：为：PSK为为共析线共析线，称为，称为A1线线；AF +Fe3C即即奥氏体奥氏体析出析出珠光体珠光体PES是碳在奥氏体中的是碳在奥氏体中的溶解度曲线溶解度曲线，记，记Acm；GS是合金冷却时是合金冷却时A转变为转变为F的起先线，加热时的起先线，加热时F转变为转变为A
23、的终止温度线，的终止温度线，记记A3；常记常记Acm，低于此温，奥氏体中将析出渗碳体，称二次渗碳体，低于此温，奥氏体中将析出渗碳体，称二次渗碳体，Fe3CII，以区分于从液体中经，以区分于从液体中经CD线结晶出的一次渗碳体，线结晶出的一次渗碳体，Fe3CI。铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析 共析部分共析部分36第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 相图分析相图分析37第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程铁碳合金按含碳量的不同，从相图上可以分为铁碳合金按含碳量的不同，从相图上可以分为工业纯铁工业纯铁、碳钢碳钢及及白口白口铸铁铸铁三类，而后两
24、种中又有更细的划分：三类，而后两种中又有更细的划分：铁碳合金：铁碳合金：工业纯铁工业纯铁碳钢碳钢白口铸铁白口铸铁 共析钢共析钢亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢 共晶白口铸铁共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 38第第2章章 类类 别别 含含 碳碳 量量()组组 织织 工工 业业 纯纯 铁铁 0.0218 F 碳碳 钢钢 亚共析钢亚共析钢 0.02180.77 F+P 共共 析析 钢钢 0.77 P 过共析钢过共析钢 0.772.11 P+Fe3C 白口铸铁白口铸铁亚共晶自口铁亚共晶自口铁 2.11 4.3 P+Fe3CLd 共晶白口铁共晶白口铁 4.3 L d
25、过共晶白口铁过共晶白口铁 4.36.69 L d Fe3C铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程39第第2章章分析铁碳合金的典型平衡结晶过程，可了解某成分合金在温度下降的分析铁碳合金的典型平衡结晶过程，可了解某成分合金在温度下降的每个阶段相的组成和相对量的变更，直至推出室温组织：每个阶段相的组成和相对量的变更，直至推出室温组织：即合金由液态缓慢冷却到室温所发生的组织转变的过程。即合金由液态缓慢冷却到室温所发生的组织转变的过程。亚共析钢亚共析钢的结晶过程的结晶过程 共析钢共析钢的结晶过程的结晶过程 过共析钢过共析钢的结晶过程的结晶过程 亚共晶白口铸铁亚共晶白口
26、铸铁的结晶过程的结晶过程 共晶白口铸铁共晶白口铸铁的结晶过程的结晶过程 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁的结晶过程的结晶过程铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程40第第2章章亚共析钢亚共析钢：含碳量含碳量0.020.77%，合金，合金点点1温度后，温度后，L起先结晶出起先结晶出A；2点后，点后，L全部凝固，变为单相全部凝固，变为单相A；到到4点，点，A碳含量为碳含量为0.77%，发生，发生共析转共析转变变，形成，形成P，原先析出的，原先析出的F保持不变。保持不变。至至3点，点，A析出析出F，F在在A晶界处优先生核晶界处优先生核长大，其成分分别沿长大，其成分分别
27、沿GP和和GS变更；变更；亚共析钢转变结束后，合金组织为亚共析钢转变结束后，合金组织为F和和P，接着冷却，接着冷却，F会析出极少量会析出极少量Fe3C，可忽视；，可忽视；最终到室温时，亚共析钢的组织由呈最终到室温时，亚共析钢的组织由呈颗粒状颗粒状的的铁铁素体素体和呈和呈层片状层片状的的珠光体珠光体组成。组成。铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程41第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程42第第2章章共析钢共析钢：含碳含碳0.77%，图中合金，图中合金；点点1温度以上为温度以上为液相液相；AF +Fe3C点点12
28、温度之间缓冷，不断结晶出温度之间缓冷，不断结晶出A；到；到2时全为时全为A；冷到点冷到点3（727），在恒温下发生），在恒温下发生共析共析转变转变：接着冷却，接着冷却，F的溶碳量沿的溶碳量沿PQ线变更，析线变更，析出出Fe3C，与，与Fe3C相混，不易辨别。相混，不易辨别。因此，共析钢室温组织仍为因此，共析钢室温组织仍为珠光体珠光体，是，是铁素体铁素体与与渗渗碳体碳体组成的片层状共析体，其显微组织中亮白色基组成的片层状共析体，其显微组织中亮白色基底为铁素体，黑色线条为渗碳体。底为铁素体，黑色线条为渗碳体。铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程43第第2章章铁
29、碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程44第第2章章L+A过共析钢过共析钢：含碳量含碳量0.772.1%，合金，合金；点点1到到3点以前的结晶过程与点以前的结晶过程与相像；相像；最终，室温下过共析钢的组织为最终，室温下过共析钢的组织为P与网与网状状Fe3C。至至4点点727时，时，A含碳量含碳量0.77%，发生，发生共析转变共析转变，形成，形成P；到到3点以后，点以后，A起先析出起先析出Fe3C，Fe3C多沿多沿A晶界呈网状分布；晶界呈网状分布；铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程45第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典
30、型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程46第第2章章亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁：含碳含碳2.14.3%，；点点1温度后，温度后，L起先析出起先析出A；2点点1148后，后，A含碳含碳2.11%，L含碳为含碳为4.3%，L发生发生共晶转变共晶转变，形成，形成Ld，合金，合金组织为组织为初晶初晶A和和Ld；23点，初晶点，初晶A和共晶和共晶A都析出都析出Fe3C；至至3点点727时时A含碳含碳0.77%，发生，发生共析共析转变转变，初晶和共晶，初晶和共晶A都变为都变为P，Ld变为低变为低温温Ld(P+Fe3C)；所谓所谓“白口白口”，指合金中的碳是以，指合金中的碳是以渗碳渗碳体体形式存在
31、，形式存在，断口断口呈呈白色白色。最终，亚共晶白口铸铁的室温组织由最终，亚共晶白口铸铁的室温组织由P、Ld和和Fe3C组成。组成。铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程47第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程48第第2章章共晶白口铸铁共晶白口铸铁：1点点1148，L发生发生共晶转变共晶转变，形成，形成Ld(共晶共晶A+Fe3C)；接着冷却，共晶接着冷却，共晶A析出析出Fe3C，与共晶，与共晶Fe3C混在一起，无法辨别；混在一起，无法辨别；至至2点点727时时A含碳降到含碳降到0.77%，发生，发生共析转变共析转
32、变，形成，形成P，Ld变为低变为低温温Ld(P+Fe3C)；最终，共晶白口铸铁的室温组织为最终，共晶白口铸铁的室温组织为Ld与与Fe3C。铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程49第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程50第第2章章过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁：到到2点点1148，剩余液相碳含量达到，剩余液相碳含量达到4.3%，L发生发生共晶转变共晶转变，形成高，形成高温温Ld(共晶共晶A+Fe3C)；冷到冷到1点，点，L中起先结晶出初晶（一次）渗碳体中起先结晶出初晶（一次）渗碳体Fe3CI，呈粗大片状，呈粗大片
33、状，在合金接着冷却的过程中不再发生变更在合金接着冷却的过程中不再发生变更；最终，过共晶白口铸铁的室温组织为最终，过共晶白口铸铁的室温组织为Ld与与Fe3C。铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程51第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程52第第2章章铁碳合金相图铁碳合金相图 典型成分合金平衡结晶过程典型成分合金平衡结晶过程亚亚共析共析钢钢（20钢钢）共析共析钢钢 过过共析共析钢钢（T12钢钢）亚亚共晶白口共晶白口铸铁铸铁 共晶白口共晶白口铸铁铸铁 过过共晶白口共晶白口铸铁铸铁 53第第2章章相图的应用相图的应用推
34、断合金的组织推断合金的组织推断合金的组织推断合金的组织依据相图分析性能依据相图分析性能依据相图分析性能依据相图分析性能在工艺中的应用在工艺中的应用在工艺中的应用在工艺中的应用依据相图，可以推断在温度缓慢变更条件下，任一成分的依据相图，可以推断在温度缓慢变更条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织的组成成分，各相的化学成分及合金在某个温度时的组织的组成成分，各相的化学成分及各相所占的比例。各相所占的比例。54第第2章章相图的应用相图的应用 分析性能分析性能合金的性能取决于其成分及组织，某些工艺性能如铸造性能还与合金合金的性能取决于其成分及组织，某些工艺性能如铸造性能还与合金的结晶特点有关；的结晶
35、特点有关；而相图表明白合金的成分、组织及结晶特点，故利用相图可大致推断而相图表明白合金的成分、组织及结晶特点，故利用相图可大致推断合金的性能，并作为选用材料和制定工艺的参考：合金的性能，并作为选用材料和制定工艺的参考：合金形成单相固溶体合金形成单相固溶体合金形成单相固溶体合金形成单相固溶体合金形成两相混合物合金形成两相混合物合金形成两相混合物合金形成两相混合物55第第2章章相图的应用相图的应用合金形成单相固溶体合金形成单相固溶体：合金的性能与组元的性质及溶质原子的溶合金的性能与组元的性质及溶质原子的溶入量有关；入量有关；对确定的溶剂和溶质，溶质溶入溶剂量愈对确定的溶剂和溶质，溶质溶入溶剂量愈多
36、，合金强度、硬度愈高，电阻率愈大，多，合金强度、硬度愈高，电阻率愈大，电阻温度系数电阻温度系数()愈小；愈小；形成单相固溶体的合金具有较好综合力学形成单相固溶体的合金具有较好综合力学性能，但固溶强化提高强性能，但固溶强化提高强/硬度有限！硬度有限！固溶体合金的力学性能、物理性能与合金成分的关系 分析性能分析性能56第第2章章两相混合物合金的硬度、电阻与相图的关系在单相固溶体在单相固溶体和和区内，力学、物理性区内，力学、物理性能与成分呈能与成分呈曲线关系曲线关系；两相区两相区内，性能介于两组成相之间，与内，性能介于两组成相之间，与成分呈成分呈直线关系直线关系，是两相的平均值；，是两相的平均值；当
37、形成细小的共晶体和共析体时，合金当形成细小的共晶体和共析体时，合金的力学性能将偏离直线关系而出现如虚的力学性能将偏离直线关系而出现如虚线所示的高峰。线所示的高峰。留意：只是当合金两相的晶粒较粗且分布匀整时，性能与成留意：只是当合金两相的晶粒较粗且分布匀整时，性能与成分的关系才符合直线关系。分的关系才符合直线关系。合金形成两相混合物合金形成两相混合物：相图的应用相图的应用 分析性能分析性能57第第2章章合金铸造性能取决于合金铸造性能取决于结晶温度间隔结晶温度间隔，即，即相图中液相线与固相线之间的距离；相图中液相线与固相线之间的距离；共晶合金及纯铁在恒温下结晶，结晶温共晶合金及纯铁在恒温下结晶，结
38、晶温度间隔最小，故流淌性最好；度间隔最小，故流淌性最好；两相混合物合金的铸造性能与相图的关系在铸造工艺中的应用在铸造工艺中的应用：依相图可确定浇注温度，一般在依相图可确定浇注温度，一般在在液相在液相线以上线以上50100，相图的应用相图的应用 在工艺中的应用在工艺中的应用58第第2章章热锻热锻/轧的要求：轧的要求：塑性好塑性好，变形抗力小变形抗力小；锻压常选的材料：锻压常选的材料：单项固溶体单项固溶体，以固溶体为主的以固溶体为主的合金合金；如如低碳钢、低碳钢、A不锈钢、合金元素含量低的铝合金等；不锈钢、合金元素含量低的铝合金等；问问为什么钢在锻造时要加热？加热到什么程度？为什么钢在锻造时要加热？加热到什么程度？锻压成型工艺之锻压成型工艺之自由锻自由锻视频视频在热锻在热锻/轧中的应用轧中的应用：Fe Fe3C 合金相图合金相图相图的应用相图的应用 在工艺中的应用在工艺中的应用59