1、二元相圖的分析和使用,1,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,一、 二元相圖中的幾何規(guī)律 相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點接觸除外）相區(qū)接觸法則； 三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點； 若兩個三相區(qū)中有2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)； 單相區(qū)邊界線的延長線應(yīng)進入相鄰的兩相區(qū)。,二元相圖的分析和使用,2,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,二、 相圖分析步驟 以穩(wěn)定的化合物分割相圖； 確定各點、線、區(qū)的意義； 分析具體合金的結(jié)晶過程及其組織變化。 注：虛線、點劃線的意義尚未準確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn) 變線、有序無序轉(zhuǎn)變線。,二元相圖的分析和使用,3,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,三、

2、相圖與合金性能的關(guān)系 根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能,二元相圖的分析和使用,4,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,三、相圖與合金性能的關(guān)系 根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能 鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離X X越大，成分偏析越嚴重（因為液固相成分差別大）； X越大，流動性越差（因為枝晶發(fā)達）； X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區(qū)大）。,二元相圖的分析和使用,5,第五節(jié) 二元相圖的分析和使用,三、 相圖與合金性能的關(guān)系 塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。 熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。,8h,二元相圖的分析和使用,6,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,Smith W F. Fo

3、undations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,二元相圖的分析和使用,7,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,1 組元和相 （1）組元： 鐵石墨相圖：Fe,C; 鐵滲碳體相圖：Fe-Fe3C。 （2）相：L, , A(), F(), Fe3C(K)。 （其定義）,二元相圖的分析和使用,8,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,2 相圖分析 點：14個。 線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線： GS,ES,PQ。 區(qū)：5個單相區(qū)，7個兩相區(qū)，3個三相區(qū)。 相圖標注：相組成物標注的相圖; 組織組成物標注的相圖。,二元相圖的分析和使用,9,

4、第六節(jié) 鐵碳合金相圖,2 相圖分析 點：14個。,二元相圖的分析和使用,10,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,2 相圖分析 線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線： GS, ES, PQ。 區(qū)：5個單相區(qū)，7個兩相區(qū)，3個三相區(qū)。 相圖標注：相組成物標注的相圖。 組織組成物標注的相圖。,二元相圖的分析和使用,11,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,3 合金分類 工業(yè)純鈦（C%2.11%）,二元相圖的分析和使用,12,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,第 四 章 相 圖 第 五 節(jié) 相圖 分析,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 （1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。,2h-10h,由學(xué)生分析七種

5、合金的結(jié)晶過程，下次課重點分析。布置課下列表計算相組成物和組織組成物的相對含量。,二元相圖的分析和使用,13,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 （1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。 工業(yè)純鐵結(jié)晶過程（+Fe3C，三次滲碳體最大量計算）,二元相圖的分析和使用,14,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 （1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。 共析鋼結(jié)晶過程 P（+Fe3C）,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGR

6、AW.HILL.3/E,二元相圖的分析和使用,15,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 亞共析鋼結(jié)晶過程 （+P）(Fe3C?),Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,二元相圖的分析和使用,16,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 亞共析鋼結(jié)晶過程 （+P）,二元相圖的分析和使用,17,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 過共析鋼結(jié)晶過程（P+Fe3C，二次滲碳體最大量計算）,Smith W F. Foundations of Material

7、s Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,二元相圖的分析和使用,18,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 共晶白口鐵結(jié)晶過程 Ld（P+ Fe3C+ Fe3C共晶） （Ld-Ld轉(zhuǎn)變） Ld（+ Fe3C共晶）,二元相圖的分析和使用,19,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 亞共晶白口鐵結(jié)晶過程 （ P+ Fe3C+ Ld ）,二元相圖的分析和使用,20,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 過共晶白口鐵結(jié)晶過程 （ Fe3C+ Ld ）,二元相圖的分析和使用,21,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,第 四 章 相 圖 第 五

8、節(jié) 相圖 分析,4 平衡結(jié)晶過程及其組織 （2）重要問題 Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意義 及其最大含量計算。 Ld-Ld轉(zhuǎn)變。 二次杠桿的應(yīng)用。,2h-12h,由學(xué)生寫出7種合金室溫組織組成物和相組成物含量表；分析亞共析鋼、亞共晶鐵的凝固過程、滲碳體的最大含量計算、默寫與修改相圖。,二元相圖的分析和使用,22,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,5 含碳量對平衡組織和性能的影響 （1）對平衡組織的影響（隨C%提高） 組織：Fe3C LdFe3C； 相：減少，F(xiàn)e3C增多； Fe3C形態(tài)：Fe3C（薄網(wǎng)狀、點狀） 共析Fe3C（層片狀） Fe3C（網(wǎng)狀） 共晶Fe3C（基體） Fe3C（粗大片狀）。

9、,二元相圖的分析和使用,23,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,5 含碳量對平衡組織和性能的影響 （2）對力學(xué)性能的影響 隨C%提高, 強度、硬度升高， 塑韌性下降。,二元相圖的分析和使用,24,第六節(jié) 鐵碳合金相圖,5 含碳量對平衡組織和性能的影響 （3）對工藝性能的影響 適合鍛造：C%2.11%，可得到單相組織。 適合鑄造：C%4.3%，流動性好。 適合冷塑變：C%0.25%，變形阻力小。 適合熱處理：0.0218-2.11，有固態(tài)相變。,二元相圖的分析和使用,25,第七節(jié) 相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ),1 固溶體的自由能成分曲線 G=xAA+ xBB +xAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）=f（xA，x

10、B） G0 Hm -T Sm (式5-20) 其中： =NZVAB-（VAA+VBB）/2 （為A，B原子間相互作用參數(shù)，與原子間結(jié)合能有 關(guān);V 原子間的結(jié)合能。),二元相圖的分析和使用,26,第七節(jié) 相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ),2 化學(xué)位與相平衡條件 （1）化學(xué)位：偏摩爾吉布斯自由能。用 表示。 化學(xué)位的確定：在自由能成分曲線上，過成分點的切線與兩縱 軸的交點。 （2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學(xué)位分別相等。 A= A= 在自由能成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線。,二元相圖的分析和使用,27,第七節(jié) 相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ),3 二元系自由能曲線與相圖的關(guān)系,二元相圖的分析和使用,28,第八節(jié) 鑄錠

11、組織及其控制,1 鑄錠組織 （1）鑄錠三區(qū) 表層細晶區(qū)(強過冷,非均勻形核) 柱狀晶區(qū)(純金屬:過冷度減小,形核困難,沿散熱方向生長; 合金:成分過冷,一次軸發(fā)達,沿散熱方向生長. ) 中心等軸晶區(qū)(均勻散熱、液相區(qū)成 分過冷、熔體對流導(dǎo) 致細晶漂移或枝晶破 碎。）,二元相圖的分析和使用,29,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,1 鑄錠組織 （2）組織控制 受澆鑄溫度、冷卻速度、 化學(xué)成分、變質(zhì)處理、 機械振動與攪拌等因素 影響。,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,二元相圖的分析和使

12、用,30,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,2 鑄錠缺陷 （1）微觀偏析 （2）宏觀偏析:整個鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象. 正偏析: k01的合金鑄錠中心溶質(zhì)含量較高的現(xiàn)象. 反偏析: . 密度偏析:由于初生相與剩余液體密度差異而導(dǎo)致鑄錠上下部分成分 不均勻的現(xiàn)象.,二元相圖的分析和使用,31,第八節(jié) 鑄錠組織及其控制,2 鑄錠缺陷 （3）夾雜與氣孔 夾雜：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。 氣孔：析出型和反應(yīng)型。 （4）縮孔和疏松 形成：凝固時體積縮小補縮不足形成縮孔。 分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散縮孔（疏松，枝晶骨架相 遇，封閉液體，造成補縮困難形成。）,二元相圖的分析和使用,32,本章小結(jié)與習(xí)題討論課,1 分析下列說法是否正確及其原因。 (1) 鐵素體與奧氏體的主要區(qū)別是含碳量不同。 (2) 正溫度梯度下，純金屬與固溶體合金凝固時都以平面狀生長。 (3) 在二元相圖中