二元相圖的分析和使用[務實應用]

1、 一、一、 二元相圖中的幾何規(guī)律二元相圖中的幾何規(guī)律 相鄰相區(qū)的相數差相鄰相區(qū)的相數差1 1（點接觸除外）相區(qū)接觸法則；（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；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)中有若兩個三相區(qū)中有2 2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組 成的兩相區(qū)；成的兩相區(qū)； 單相區(qū)邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區(qū)。單相區(qū)邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區(qū)。 1運用材料 二、二、 相圖分析步驟相圖分析步驟 以穩(wěn)定的化合物分割相圖；以穩(wěn)定的化合物分割相圖； 確定各點、線、區(qū)的

2、意義；確定各點、線、區(qū)的意義； 分析具體合金的結晶過程及其組織變化。分析具體合金的結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據、磁學轉注：虛線、點劃線的意義尚未準確確定的數據、磁學轉 變線、有序無序轉變線。變線、有序無序轉變線。 2運用材料 三、相圖與合金性能的關系三、相圖與合金性能的關系 根據相圖判斷材料的力學和物理性能根據相圖判斷材料的力學和物理性能 3運用材料 三、相圖與合金性能的關系三、相圖與合金性能的關系 根據相圖判斷材料的工藝性能根據相圖判斷材料的工藝性能 鑄造性能：根據液固相線之間的距離鑄造性能：根據液固相線之間的距離X X X X越大，成分偏析越嚴重（因為液

3、固相成分差別大）；越大，成分偏析越嚴重（因為液固相成分差別大）； X X越大，流動性越差（因為枝晶發(fā)達）；越大，流動性越差（因為枝晶發(fā)達）； X X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區(qū)大）。越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區(qū)大）。 4運用材料 三、三、 相圖與合金性能的關系相圖與合金性能的關系 塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。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。熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。 8h 5運用材料 Smith W F. Foundations of Materials Science

4、and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 6運用材料 1 1 組元和相組元和相 （1 1）組元：）組元： 鐵石墨相圖：鐵石墨相圖：Fe,C;Fe,C; 鐵滲碳體相圖：鐵滲碳體相圖：Fe-FeFe-Fe3 3C C。 （2 2）相：）相：L, , A(), L, , A(), F(), Fe F(), Fe3 3C(K)C(K)。 （其定義）（其定義） 7運用材料 2 2 相圖分析相圖分析 點：點：1414個。個。 線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其余三條線：線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其余三條線： GS,ES,PQGS,ES,PQ。 區(qū)：區(qū)：5 5個單相區(qū)，

5、個單相區(qū)，7 7個兩相區(qū)，個兩相區(qū)，3 3個三相區(qū)。個三相區(qū)。 相圖標注：相組成物標注的相圖相圖標注：相組成物標注的相圖; ; 組織組成物標注的相圖。組織組成物標注的相圖。 8運用材料 2 2 相圖分析相圖分析 點：點：1414個。個。 9運用材料 2 2 相圖分析相圖分析 線：兩條磁性轉變線；三條線：兩條磁性轉變線；三條等溫等溫轉變線；其余三條線：轉變線；其余三條線： GS, ES, PQGS, ES, PQ。 區(qū)：區(qū)：5 5個單相區(qū)，個單相區(qū)，7 7個兩相區(qū)，個兩相區(qū)，3 3個三相區(qū)。個三相區(qū)。 相圖標注：相組成物標注的相圖。相圖標注：相組成物標注的相圖。 組織組成物標注的相圖。組織組成物

6、標注的相圖。 10運用材料 3 3 合金分類合金分類 工業(yè)純鈦（工業(yè)純鈦（C%0.0218%C%0.0218%） 碳鋼（碳鋼（0.0218C%2.11%0.0218C%2.11%C%2.11%） 11運用材料 第 四 章 相 圖 第 五 節(jié) 相 圖 分 析 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 （1 1）典型合金（）典型合金（7 7種）的平衡結晶過程、組織變化、室種）的平衡結晶過程、組織變化、室 溫組織及其相對量計算。溫組織及其相對量計算。 2h-10h,由學生分析七種合金 的結晶過程，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。 12運用材料 4 4 平衡

7、結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 （1 1）典型合金（）典型合金（7 7種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其 相對量計算。相對量計算。 工業(yè)純鐵結晶過程（工業(yè)純鐵結晶過程（ +Fe+Fe3 3C C ，三次滲碳體最大量計算） 三次滲碳體最大量計算） 13運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 （1 1）典型合金（）典型合金（7 7種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及 其相對量計算。其相對量計算。 共析鋼結晶過程共析鋼結晶過程 P P（ +Fe+Fe3 3C C） Smith W

8、F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 14運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 亞共析鋼結晶過程亞共析鋼結晶過程 （ +P+P）( (Fe3C?)?) Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 15運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 亞共析鋼結晶過程亞共析鋼結晶過程 （ +P+P） 16運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其

9、組織 過共析鋼結晶過程（過共析鋼結晶過程（P+FeP+Fe3 3C C ，二次滲碳體最大量計算） ，二次滲碳體最大量計算） Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 17運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 共晶白口鐵結晶過程共晶白口鐵結晶過程 LdLd（P+ P+ FeFe3 3C C + Fe + Fe3 3C C共晶 共晶） ） （L Ld d-L-Ld d 轉變轉變） Ld（ + Fe3C共晶）共晶） 18運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過

10、程及其組織 亞共晶白口鐵結晶過程亞共晶白口鐵結晶過程 （ P+ P+ FeFe3 3C C + + L Ld d ） 19運用材料 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 過共晶白口鐵結晶過程過共晶白口鐵結晶過程 （ FeFe3 3C C + + L Ld d ） 20運用材料 第 四 章 相 圖 第 五 節(jié) 相 圖 分 析 4 4 平衡結晶過程及其組織平衡結晶過程及其組織 （2 2）重要問題）重要問題 FeFe3 3C C , Fe , Fe3 3C C , Fe , Fe3 3C C 的意義 的意義 及其最大含量計算。及其最大含量計算。 L Ld d-L-Ld d 轉變。轉變。

11、二次杠桿的應用。二次杠桿的應用。 2h-12h,由學生寫出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。 21運用材料 5 5 含碳量對平衡組織和性能的影響含碳量對平衡組織和性能的影響 （1 1）對平衡組織的影響（隨）對平衡組織的影響（隨C%C%提高）提高） 組織：組織：FeFe3 3C C L Ld d FeFe3 3C C ； ； 相：相：減少，減少，FeFe3 3C C增多；增多； FeFe3 3C C形態(tài)：形態(tài)：FeFe3 3C C （薄網狀、點狀） （薄網狀、點狀） 共析共析FeFe3 3C C（層片狀）（層片

12、狀） FeFe3 3C C （網狀） （網狀） 共晶共晶FeFe3 3C C（基體）（基體） FeFe3 3C C （粗大片狀）。 （粗大片狀）。 22運用材料 5 5 含碳量對平衡組織和性能的影響含碳量對平衡組織和性能的影響 （2 2）對力學性能的影響）對力學性能的影響 隨隨C%提高提高, 強度、硬度升高，強度、硬度升高， 塑韌性下降。塑韌性下降。 23運用材料 5 5 含碳量對平衡組織和性能的影響含碳量對平衡組織和性能的影響 （3 3）對工藝性能的影響）對工藝性能的影響 適合鍛造：適合鍛造：C%2.11%C%2.11%，可得到單相組織。，可得到單相組織。 適合鑄造：適合鑄造：C%C%4.3

13、%4.3%，流動性好。，流動性好。 適合冷塑變：適合冷塑變：C%0.25%C%0.25%，變形阻力小。，變形阻力小。 適合熱處理：適合熱處理：0.0218-2.110.0218-2.11，有固態(tài)相變。，有固態(tài)相變。 24運用材料 1 1 固溶體的自由能固溶體的自由能成分曲線成分曲線 G=xA A+xB B+ xAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）=f（xA，xB） G0 Hm -T Sm (式式5-20) 其中：其中： =NZVAB-（VAA+VBB）/2 （為為A A，B B原子間相互作用參數，與原子間結合能有原子間相互作用參數，與原子間結合能有 關關; ;V V 原子間的結合能。原子

14、間的結合能。) ) 25運用材料 2 2 化學位與相平衡條件化學位與相平衡條件 （1 1）化學位：偏摩爾吉布斯自由能。用）化學位：偏摩爾吉布斯自由能。用 表示表示。 化學位的確定：在自由能化學位的確定：在自由能成分曲線上，過成分點的切線與兩縱成分曲線上，過成分點的切線與兩縱 軸的交點。軸的交點。 （2 2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學位分別相等。）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學位分別相等。 A A = = A A= = 在自由能在自由能成分曲線上，表現為各曲線間有公切線。成分曲線上，表現為各曲線間有公切線。 26運用材料 3 3 二元系自由能曲線與相圖的關系二元系自由能曲線與相圖的關

15、系 27運用材料 1 1 鑄錠組織鑄錠組織 （1 1）鑄錠三區(qū)）鑄錠三區(qū) 表層細晶區(qū)表層細晶區(qū)( (強過冷強過冷, ,非均勻形核非均勻形核) ) 柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)( (純金屬純金屬: :過冷度減小過冷度減小, ,形核困難形核困難, ,沿散熱方向生長沿散熱方向生長; ; 合金合金: :成分過冷成分過冷, ,一次軸發(fā)達一次軸發(fā)達, ,沿散熱方向生長沿散熱方向生長. ). ) 中心等軸晶區(qū)中心等軸晶區(qū)( (均勻散熱、液相區(qū)成均勻散熱、液相區(qū)成 分過冷、熔體對流導分過冷、熔體對流導 致細晶漂移或枝晶破致細晶漂移或枝晶破 碎。）碎。） 28運用材料 1 1 鑄錠組織鑄錠組織 （2 2）組織控制）組織控制

16、 受澆鑄溫度、冷卻速度、受澆鑄溫度、冷卻速度、 化學成分、變質處理、化學成分、變質處理、 機械振動與攪拌等因素機械振動與攪拌等因素 影響。影響。 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 29運用材料 2 2 鑄錠缺陷鑄錠缺陷 （1 1）微觀偏析）微觀偏析 （2 2）宏觀偏析）宏觀偏析: :整個鑄錠范圍內的成分不均勻現象整個鑄錠范圍內的成分不均勻現象. . 正偏析正偏析: k: k0 011的合金鑄錠中心溶質含量較高的現象的合金鑄錠中心溶質含量較高的現象. . 反偏析反偏析: : .

17、 . 密度偏析密度偏析: :由于初生相與剩余液體密度差異而導致鑄錠上下部分成分由于初生相與剩余液體密度差異而導致鑄錠上下部分成分 不均勻的現象不均勻的現象. . 30運用材料 2 2 鑄錠缺陷鑄錠缺陷 （3 3）夾雜與氣孔）夾雜與氣孔 夾雜：外來夾雜和內生夾雜。夾雜：外來夾雜和內生夾雜。 氣孔：析出型和反應型。氣孔：析出型和反應型。 （4 4）縮孔和疏松）縮孔和疏松 形成：凝固時體積縮小補縮不足形成縮孔。形成：凝固時體積縮小補縮不足形成縮孔。 分類：分類：集中縮孔集中縮孔（縮孔、縮管）和（縮孔、縮管）和分散縮孔分散縮孔（疏松，枝晶骨架相（疏松，枝晶骨架相 遇，封閉液體，造成補縮困難形成。）遇，封閉液體，造成補縮困難形成。） 31運用材料 1 分析下列說法是否正確及其原因。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。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。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，杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，而且也能用于計算三在二元相圖中，杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，而且也能用于計算三