第二章合金結(jié)構(gòu)和相圖

1、 2.1 2.1 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)一、合金的基本概念一、合金的基本概念 1 1、合金、合金 指由指由兩種或兩種以上兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的的具有金屬特性具有金屬特性的物質(zhì)。的物質(zhì)。Fe3C,黃銅（黃銅（CuZn）2 2、組元、組元 組成合金最基本的、獨(dú)立的單元，簡稱元。組成合金最基本的、獨(dú)立的單元，簡稱元。3 3、合金系、合金系 若干給定組元按不同的比例配制成一系列成分不同若干給定組元按不同的比例配制成一系列成分不同的合金，構(gòu)成合金系統(tǒng)，簡稱合金系。碳鋼和灰鑄鐵的合金，構(gòu)成合金系統(tǒng)，簡稱合金系。碳鋼和灰鑄鐵屬于鐵碳合金系屬于鐵碳合

2、金系4、相、相 合金中具有同一化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分由合金中具有同一化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分由界面分開的獨(dú)立均勻的部分。界面分開的獨(dú)立均勻的部分。 5、組織、組織在金相顯微鏡下觀察到的，材料內(nèi)部的微觀形貌圖像在金相顯微鏡下觀察到的，材料內(nèi)部的微觀形貌圖像（顯微組織）（顯微組織）鐵素體鐵素體二、合金的相結(jié)構(gòu)二、合金的相結(jié)構(gòu) 根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為金的相可分為固溶體和金屬化合物兩大類。固溶體和金屬化合物兩大類。1、固溶體、固溶體 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置不同，根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置

3、不同，可將固溶體分為可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體置換固溶體和間隙固溶體。1）置換固溶體）置換固溶體 溶質(zhì)原子部分地占據(jù)溶劑晶格節(jié)點(diǎn)溶質(zhì)原子部分地占據(jù)溶劑晶格節(jié)點(diǎn)的位置而形成的固溶體。的位置而形成的固溶體。 置換固溶體的形成和溶解度與二組元的負(fù)電性，置換固溶體的形成和溶解度與二組元的負(fù)電性，原子半徑差和晶格類型有關(guān)。原子半徑差和晶格類型有關(guān)。（1）若二組元在周期表中位置相近，負(fù)電性相差很小，化學(xué)親）若二組元在周期表中位置相近，負(fù)電性相差很小，化學(xué)親和力較弱，容易形成置換固溶體。否則易形成化合物。和力較弱，容易形成置換固溶體。否則易形成化合物。（2）二組元的原子半徑相差小且小于）二組元的原

4、子半徑相差小且小于1415時(shí)，有利于形成置換固時(shí)，有利于形成置換固溶體。否則易形成間隙固溶體。溶體。否則易形成間隙固溶體。（3）若二組元的晶格類型相同時(shí)，能）若二組元的晶格類型相同時(shí)，能形成無限的固溶體，否則形成有限固形成無限的固溶體，否則形成有限固溶體。溶體。 例例. （CuNi）合金）合金 Cu的原子序數(shù)為的原子序數(shù)為29，原，原子半徑為子半徑為2.55 A,Ni為為28，原子半徑為，原子半徑為2.44A，在周期表中的位置相近，原子半徑相差很小，在周期表中的位置相近，原子半徑相差很小，晶體結(jié)構(gòu)都為面心立方晶格，故形成置換固晶體結(jié)構(gòu)都為面心立方晶格，故形成置換固溶體，其溶解度是無限的。溶體，

5、其溶解度是無限的。 （CuZn） Zn的原子半徑的原子半徑2.75A,晶體結(jié)構(gòu)為密晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，形成置換固溶體，其溶解度是有限排六方，形成置換固溶體，其溶解度是有限的。的。 2）間隙固溶體）間隙固溶體 溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格各節(jié)點(diǎn)的間隙中而形成的溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格各節(jié)點(diǎn)的間隙中而形成的固溶體。固溶體。 由于溶劑晶格的間隙是有限的，因此間隙固溶體通由于溶劑晶格的間隙是有限的，因此間隙固溶體通常是有限固溶體，并且其形成與原子半徑差有關(guān)、其溶常是有限固溶體，并且其形成與原子半徑差有關(guān)、其溶解度的大小與溶劑晶格中的間隙半徑和溫度有關(guān)。解度的大小與溶劑晶格中的間隙半徑和溫度有關(guān)。（1）原子半徑

6、差越大（即溶質(zhì)原子的半徑）原子半徑差越大（即溶質(zhì)原子的半徑越小，溶劑原子的半徑越大）越容易形成越小，溶劑原子的半徑越大）越容易形成間隙固溶體。間隙固溶體。（2）溶劑晶格中的間隙半徑越大，固溶體）溶劑晶格中的間隙半徑越大，固溶體的溶解度越大。溫度越高固溶體的溶解度也的溶解度越大。溫度越高固溶體的溶解度也越大。越大。 例例. 碳鋼中的鐵素體和奧氏體就是碳鋼中的鐵素體和奧氏體就是碳原子碳原子溶入了溶入了 Fe（溶解度為（溶解度為0.0218)和和 Fe（溶解度為（溶解度為2.11%)中形成兩種間隙固溶中形成兩種間隙固溶體。體。 由于溶質(zhì)原子的溶入，導(dǎo)致溶劑晶格由于溶質(zhì)原子的溶入，導(dǎo)致溶劑晶格發(fā)生畸變

7、，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使合金的發(fā)生畸變，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使合金的塑性變形抗力增加，強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)塑性變形抗力增加，強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象稱為象稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 它是金屬材料強(qiáng)化的重要途徑。它是金屬材料強(qiáng)化的重要途徑。2、金屬化合物（看書）、金屬化合物（看書） 金屬化合物是合金組元之間相互發(fā)生作用而形金屬化合物是合金組元之間相互發(fā)生作用而形成具有金屬特性的一種新相。金屬化合物的晶格類成具有金屬特性的一種新相。金屬化合物的晶格類型不同于組成它的任一組元，具有復(fù)雜的晶格類型。型不同于組成它的任一組元，具有復(fù)雜的晶格類型。根據(jù)形成條件及晶體結(jié)構(gòu)可以分成三種：根據(jù)形成條件及晶體結(jié)構(gòu)可以分成三種：

8、1）正常價(jià)化合物：正常價(jià)化合物：化學(xué)式符合化合價(jià)，象化學(xué)式符合化合價(jià)，象Mg2Si2）電子化合物：電子化合物： 不符合化合價(jià)規(guī)律而是按照一定不符合化合價(jià)規(guī)律而是按照一定 的電子濃度組成。象的電子濃度組成。象電子化合電子化合 物物CuZn的含鋅量為的含鋅量為36.856.5。3）間隙化合物：間隙化合物： 同樣不符合化合價(jià)規(guī)則。主要決同樣不符合化合價(jià)規(guī)則。主要決 定于二組元的原子半徑。象過渡元定于二組元的原子半徑。象過渡元 素（素（Fe，Cr 等）和非金屬元素等）和非金屬元素 （C,N,B等等) 由于金屬化合物一般具有復(fù)雜的化合鍵和晶由于金屬化合物一般具有復(fù)雜的化合鍵和晶格結(jié)構(gòu)，其熔點(diǎn)高，硬而脆。

9、格結(jié)構(gòu)，其熔點(diǎn)高，硬而脆。 合金中的金屬化合物使合金的強(qiáng)度、硬度和合金中的金屬化合物使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高，但會(huì)降低塑性和韌性。耐磨性提高，但會(huì)降低塑性和韌性。 因此，它是碳鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金和許多因此，它是碳鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金和許多有色合金的重要強(qiáng)化相。與固溶體適當(dāng)配合，可有色合金的重要強(qiáng)化相。與固溶體適當(dāng)配合，可以滿足材料所需要的性能要求。以滿足材料所需要的性能要求。 如碳鋼中的如碳鋼中的Fe3C、工具鋼中的、工具鋼中的VC、高速鋼中、高速鋼中的的W2C、硬質(zhì)合金中的、硬質(zhì)合金中的WC和和TiC等，提高了材料等，提高了材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和熱硬性等。的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和熱

10、硬性等。 3、機(jī)械混合物、機(jī)械混合物 由兩種或兩種以上的組元、固溶體或金由兩種或兩種以上的組元、固溶體或金屬化合物按一定重量比例組成的均勻物質(zhì)稱為屬化合物按一定重量比例組成的均勻物質(zhì)稱為機(jī)械混合物。機(jī)械混合物。 （珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，萊（珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物）氏體是奧氏體和滲碳體的混合物） 混合物中各組成部分仍按自己原來的晶格混合物中各組成部分仍按自己原來的晶格形式結(jié)合成晶體，如鐵素體和滲碳體形成珠光形式結(jié)合成晶體，如鐵素體和滲碳體形成珠光體?；旌衔锏男阅苋Q于組成混合物的各部分體?；旌衔锏男阅苋Q于組成混合物的各部分的性能，及其數(shù)量、大小

11、、分布和形態(tài)。的性能，及其數(shù)量、大小、分布和形態(tài)。 相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。及熱處理工藝的重要依據(jù)。 利用相圖可以表示不同成分的合金、在不同利用相圖可以表示不同成分的合金、在不同溫度下，由哪些相組成、以及合金在加熱或冷卻溫度下，由哪些相組成、以及合金在加熱或冷卻過程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變等。過程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變等。 目前使用的相圖幾乎都是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。目前使用的相圖幾乎都是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。實(shí)驗(yàn)的方法很多，有實(shí)驗(yàn)的方法很多，有熱分析法、膨

12、脹法、熱分析法、膨脹法、X X射線射線結(jié)構(gòu)分析法結(jié)構(gòu)分析法等。等。三、二元合金相圖三、二元合金相圖以銅鎳合金為例以銅鎳合金為例:（1）配制幾組成分不同的）配制幾組成分不同的Cu-Ni（白銅）合金；（白銅）合金；（2）分別將它們?nèi)刍?，然后極緩慢冷卻，同時(shí)測(cè)）分別將它們?nèi)刍?，然后極緩慢冷卻，同時(shí)測(cè)定其從液態(tài)到室溫的冷卻曲線；定其從液態(tài)到室溫的冷卻曲線；（3）找出各冷卻曲線上開始結(jié)晶的溫度點(diǎn)）找出各冷卻曲線上開始結(jié)晶的溫度點(diǎn)TNi、1、2、3、4、TCu及結(jié)晶終了的溫度點(diǎn)（稱為臨界點(diǎn)）及結(jié)晶終了的溫度點(diǎn)（稱為臨界點(diǎn)） TNi、1、2、3、 4、 TCu；（4）將各臨界點(diǎn)標(biāo)在）將各臨界點(diǎn)標(biāo)在 以溫度為

13、縱坐標(biāo)，以成分為以溫度為縱坐標(biāo)，以成分為橫坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)軸的圖形中相應(yīng)合金的成分垂線上，并將的圖形中相應(yīng)合金的成分垂線上，并將意義相同的臨界點(diǎn)連接起來，即得到意義相同的臨界點(diǎn)連接起來，即得到Cu-Ni合金合金相圖。相圖。 組成二元合金的兩組元在液態(tài)和固態(tài)組成二元合金的兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能均能無限互溶無限互溶的合金系所形成的相圖稱二元?jiǎng)虻暮辖鹣邓纬傻南鄨D稱二元?jiǎng)蚓鄨D晶相圖 例如，例如，Cu-Ni、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W合金的相圖都屬于這類相圖。合金的相圖都屬于這類相圖。 下面以下面以u(píng)-Ni合金相圖為例分析這類相圖合金相圖為例分析這類相圖的圖形及結(jié)晶過程特點(diǎn)的圖形及結(jié)晶

14、過程特點(diǎn) 。 LL+ 成分成分（wt%Ni）溫度溫度（）CuNi液相線固相線 相圖由兩條線構(gòu)相圖由兩條線構(gòu)成成，上面是液相線，下，上面是液相線，下面是固相線。面是固相線。 相圖被兩條線分為相圖被兩條線分為三個(gè)相區(qū)三個(gè)相區(qū)，液相線以上，液相線以上為為液相區(qū)液相區(qū)L ，固相線以，固相線以下為下為 固溶體區(qū)，固溶體區(qū)，兩條兩條線之間為兩相共存的線之間為兩相共存的兩兩相區(qū)（相區(qū)（L+ ）。）。 當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到到 t1溫度時(shí)，開始結(jié)晶出成溫度時(shí)，開始結(jié)晶出成分為分為 1的固溶體，其的固溶體，其Ni含量含量高于合金平均成分。高于合金平均成分。 這種從液相中結(jié)晶出單這種從液相中結(jié)

15、晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變或勻晶反應(yīng)?；騽蚓Х磻?yīng)。L L+ 隨溫度下降，固溶體重隨溫度下降，固溶體重量增加，液相重量減少。同量增加，液相重量減少。同時(shí)，液相成分沿液相線變化，時(shí)，液相成分沿液相線變化，固相成分沿固相線變化。固相成分沿固相線變化。成成分變化是通過原子擴(kuò)散完成分變化是通過原子擴(kuò)散完成的。的。 當(dāng)合金冷卻到當(dāng)合金冷卻到t3時(shí)，最后時(shí)，最后一滴一滴L3成分的液體也轉(zhuǎn)變?yōu)槌煞值囊后w也轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w，此時(shí)固溶體，此時(shí)固溶體的成分固溶體的成分又變回到合金成分又變回到合金成分 3上來上來。 合金的結(jié)晶只有在合金的結(jié)晶只有在緩慢冷緩慢冷卻條件下卻條件下才能得到成分均勻的

16、才能得到成分均勻的固溶體。固溶體。 但實(shí)際冷速較快，結(jié)晶時(shí)固但實(shí)際冷速較快，結(jié)晶時(shí)固相中的原子來不及擴(kuò)散，使先相中的原子來不及擴(kuò)散，使先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點(diǎn)元素（如熔點(diǎn)元素（如Cu-Ni合金中的合金中的Ni）, 后結(jié)晶的枝晶間含有較后結(jié)晶的枝晶間含有較多的低熔點(diǎn)元素多的低熔點(diǎn)元素(如如Cu-Ni合金合金中的中的Cu)。晶內(nèi)偏析：晶內(nèi)偏析：不平衡結(jié)晶時(shí)的固溶體內(nèi)部富含高熔不平衡結(jié)晶時(shí)的固溶體內(nèi)部富含高熔點(diǎn)組元，而后結(jié)晶的固溶體外部富含低熔點(diǎn)組元，點(diǎn)組元，而后結(jié)晶的固溶體外部富含低熔點(diǎn)組元，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)成分不均勻的現(xiàn)象。晶粒內(nèi)部出現(xiàn)成分不均勻的現(xiàn)象。枝晶偏析：枝

17、晶偏析：若固溶體是以樹枝狀結(jié)晶并長大的，若固溶體是以樹枝狀結(jié)晶并長大的，則枝干與枝間會(huì)出現(xiàn)成分差別。則枝干與枝間會(huì)出現(xiàn)成分差別。對(duì)合金的性能的影響：對(duì)合金的性能的影響：嚴(yán)重的晶內(nèi)偏析使合金強(qiáng)嚴(yán)重的晶內(nèi)偏析使合金強(qiáng)度降低，特別是塑韌性下降，也使合金的抗蝕性度降低，特別是塑韌性下降，也使合金的抗蝕性降低。降低。消除枝晶偏析的方法消除枝晶偏析的方法：采用擴(kuò)散退火。高溫下長時(shí)間保溫，使原子充分采用擴(kuò)散退火。高溫下長時(shí)間保溫，使原子充分?jǐn)U散，以達(dá)到成分均勻。擴(kuò)散，以達(dá)到成分均勻。也可先鍛造后退火。也可先鍛造后退火。平衡組織平衡組織枝晶偏析組織枝晶偏析組織 組成合金的兩組元在組成合金的兩組元在液態(tài)時(shí)無限互

18、溶液態(tài)時(shí)無限互溶，固態(tài)時(shí)有限互溶固態(tài)時(shí)有限互溶，結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合，結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金系所形成的二元合金相圖稱為共晶相圖金系所形成的二元合金相圖稱為共晶相圖 例如，例如，Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相圖均屬于這類相圖。合金相圖均屬于這類相圖。 下面以下面以Pb-Sn合金相圖為例分析其圖形及合金相圖為例分析其圖形及結(jié)晶過程特點(diǎn)。結(jié)晶過程特點(diǎn)。AB 相：相圖中有相：相圖中有L、 、 三種相三種相, 是溶質(zhì)是溶質(zhì)Sn在在 Pb中的固溶體，中的固溶體， 是溶質(zhì)是溶質(zhì)Pb在在Sn中的固溶體。中的固溶體。 相區(qū)：相圖中有三個(gè)單相區(qū)：相區(qū)：相圖中有三個(gè)單相區(qū)： L、 、 ；三

19、個(gè)兩相區(qū)：；三個(gè)兩相區(qū)： L+ 、L+ 、 + ；一個(gè)三相區(qū)：即水；一個(gè)三相區(qū)：即水平線平線CED。 液固相線：液相線液固相線：液相線AEB，固，固相線相線ACEDB。A、B分別為分別為Pb、Sn的熔點(diǎn)。的熔點(diǎn)。 固溶線固溶線: 溶解度點(diǎn)的連線稱固溶解度點(diǎn)的連線稱固溶線。相圖中的溶線。相圖中的CF、DG線分別線分別為為 Sn在在 Pb中和中和 Pb在在 Sn中的固中的固溶線。固溶體的溶解度隨溫度降溶線。固溶體的溶解度隨溫度降低而下降。低而下降。 共晶線：水平線共晶線：水平線CED叫做共晶線。叫做共晶線。在一定溫度下，由一定成在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分

20、和結(jié)構(gòu)都不相同的新成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變或或共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)。 (2)共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) 在共晶線對(duì)應(yīng)的溫度下（在共晶線對(duì)應(yīng)的溫度下（183 ），），E點(diǎn)成分的合金點(diǎn)成分的合金同時(shí)結(jié)晶出同時(shí)結(jié)晶出C點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 固溶體和固溶體和D點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 固溶固溶體，形成這兩個(gè)相的機(jī)械混合物：體，形成這兩個(gè)相的機(jī)械混合物：LE ( M + N)AB 共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機(jī)械混合物稱相的機(jī)械混合物稱共晶共晶體或共晶組織體或共晶組織。發(fā)生共。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱晶反應(yīng)的溫度稱共晶溫共晶溫度。度。代表共晶溫度和共代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)

21、稱晶成分的點(diǎn)稱共晶點(diǎn)。共晶點(diǎn)。Pb-Sn共晶組織共晶組織共晶體長大示意圖共晶體長大示意圖 Sn原子原子擴(kuò)散擴(kuò)散Pb原子原子擴(kuò)散擴(kuò)散 具有共晶成分的合金稱共晶合金。在共晶線上，凡具有共晶成分的合金稱共晶合金。在共晶線上，凡成分位于共晶點(diǎn)以左的合金稱亞共晶合金，位于共成分位于共晶點(diǎn)以左的合金稱亞共晶合金，位于共 晶點(diǎn)以右的合晶點(diǎn)以右的合金稱過共晶合金稱過共晶合金。金。l凡具有共晶線凡具有共晶線成分的合金液成分的合金液體冷卻到共晶體冷卻到共晶溫度時(shí)都將發(fā)溫度時(shí)都將發(fā)生共晶反應(yīng)。生共晶反應(yīng)。L+ CDAB (3)合金的平衡結(jié)晶過程及其組織合金的平衡結(jié)晶過程及其組織 含含Sn量小于量小于C點(diǎn)合金點(diǎn)合金(

22、合金合金)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 成分位于成分位于C點(diǎn)以左（即點(diǎn)以左（即wSn19%）或）或D點(diǎn)以右（即點(diǎn)以右（即wSn97.5%）的合金稱為固溶體合金）的合金稱為固溶體合金 在在3點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相 固溶體，這種固溶體，這種直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相。直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相。.2 溫度降到溫度降到3點(diǎn)以下，點(diǎn)以下， 固溶體被固溶體被Sn過飽和，由于晶過飽和，由于晶格不穩(wěn)，開始析出（相變過程也稱析出）新相格不穩(wěn)，開始析出（相變過程也稱析出）新相 相。相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次

23、生相。 形成二次相的過程稱二次析出形成二次相的過程稱二次析出, 是固態(tài)相變的一種。是固態(tài)相變的一種。H 由于二次由于二次相析出溫相析出溫度較低，度較低，一般十分一般十分細(xì)小。細(xì)小。l由由 析出的二次析出的二次 用用 表示。表示。l隨溫度下降，隨溫度下降， 和和 相的成分分別沿相的成分分別沿CF線和線和DG線變線變化，化， 的重量增加。的重量增加。Q Q 合金室溫組織合金室溫組織為為 + 。l成分大于成分大于 D點(diǎn)合金結(jié)晶點(diǎn)合金結(jié)晶過程與過程與合金相似，室合金相似，室溫組織為溫組織為 + 。ABCDEFG 共晶合金共晶合金(合金合金)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 成分為成分為wSn=61.9%的合金的合

24、金即為共晶合金，即為共晶合金， 液態(tài)合金冷卻到液態(tài)合金冷卻到E 點(diǎn)時(shí)同時(shí)被點(diǎn)時(shí)同時(shí)被Pb和和Sn飽和飽和, 發(fā)生共晶反應(yīng)：發(fā)生共晶反應(yīng)：LE ( C+ D) 。19.2wt%Sn溫度, 1層片狀層片狀(Al-CuAl2定向凝固定向凝固)條棒狀條棒狀(Sb-MnSb橫截面橫截面)螺旋狀（螺旋狀（Zn-Mg）Pb-Sn共晶組織共晶組織針狀共晶針狀共晶樹枝狀共晶樹枝狀共晶放射狀共晶放射狀共晶螺旋狀共晶螺旋狀共晶 亞共晶合金亞共晶合金(合金合金)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 成分位于成分位于 C、E點(diǎn)之間（即點(diǎn)之間（即wSn=1961.9%之間）的之間）的合金即為亞共晶合金合金即為亞共晶合金 合金液體在合金液

25、體在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2點(diǎn)，固相成點(diǎn)，固相成分變化到分變化到C點(diǎn)，液相成分變化到點(diǎn)，液相成分變化到E點(diǎn)點(diǎn). 過共晶合金結(jié)晶過程過共晶合金結(jié)晶過程 與亞共晶合金相似，不同的與亞共晶合金相似，不同的是一次相為是一次相為 , 二次相為二次相為 室溫組織為室溫組織為 +( + )+ 。 從一個(gè)固相中同時(shí)析出成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同從一個(gè)固相中同時(shí)析出成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同的兩種新的固相的轉(zhuǎn)變過程，的兩種新的固相的轉(zhuǎn)變過程，稱為共析轉(zhuǎn)變。稱為共析轉(zhuǎn)變。 圖中圖中A、B為兩組元，合金結(jié)晶后得到為兩組元，合金結(jié)晶后得到固溶體，固溶體，c固溶體在恒溫下進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變：固溶體在恒溫下

26、進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變： cd+e （d+e）稱為共析體，）稱為共析體，c點(diǎn)為共析點(diǎn)，點(diǎn)為共析點(diǎn)， dce為共為共析線，對(duì)應(yīng)的溫度稱為共析溫度。析線，對(duì)應(yīng)的溫度稱為共析溫度。 因?yàn)楣参鲛D(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行，轉(zhuǎn)變溫度較低，因?yàn)楣参鲛D(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行，轉(zhuǎn)變溫度較低，原子擴(kuò)散困難，因而過冷度較大。與共晶體相比，原子擴(kuò)散困難，因而過冷度較大。與共晶體相比，共析體的組織較細(xì)小且均勻。共析體的組織較細(xì)小且均勻。 1394153810006008001200溫度時(shí)間16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - FeA4A3770A2具具有有磁磁性性A4A3A2為純鐵的臨界點(diǎn)為

27、純鐵的臨界點(diǎn)1394 C912 C體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方 - Fe - Fe - Fe1.鐵碳合金中的相：鐵碳合金中的相： 鐵素體（鐵素體（ferrite） 奧氏體（奧氏體（austenite） 滲碳體（滲碳體（cementite） 基基本本組組織織 萊氏體（萊氏體（Ledeburite） 珠光體（珠光體（pearlite）機(jī)械混合物機(jī)械混合物（1）鐵素體鐵素體（F 或或 ）碳溶于碳溶于-Fe中的間隙固溶體。中的間隙固溶體。特點(diǎn)：體心立方結(jié)構(gòu)，碳溶量少。（特點(diǎn)：體心立方結(jié)構(gòu)，碳溶量少。（727727鐵素體的碳溶鐵素體的碳溶量最大量最大0.02180.0218；在室溫下

28、幾乎等；在室溫下幾乎等0 0。）。）力學(xué)性能：力學(xué)性能：bb180180一一280 MPa280 MPa， HBSHBS5050一一8080， 3030一一5050。其性能和純鐵相近即強(qiáng)度、硬度低。其性能和純鐵相近即強(qiáng)度、硬度低。很少用來制造機(jī)械零件，塑性、很少用來制造機(jī)械零件，塑性、韌性高。韌性高。均勻的灰白色的多邊形晶粒。均勻的灰白色的多邊形晶粒。鐵素體鐵素體（2）奧氏體奧氏體 ( A 或或) 碳溶于碳溶于-Fe中形成的間隙固溶體。中形成的間隙固溶體。特點(diǎn)：面心立方晶格；碳溶量很大。（特點(diǎn)：面心立方晶格；碳溶量很大。（1148碳溶量最大碳溶量最大2.112.11；727727碳溶量為碳溶量

29、為0.770.77）。）。力學(xué)性能：力學(xué)性能：170200 HBS。 =4050。其強(qiáng)度，硬度較低而塑性，其強(qiáng)度，硬度較低而塑性，韌性較高，易于鍛壓成形。韌性較高，易于鍛壓成形。奧氏體晶粒呈多邊形，奧氏體晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。晶界較鐵素體平直。（3）滲碳體滲碳體 ( ( Fe3C ） 鐵與碳形成具有復(fù)雜晶格的金屬鐵與碳形成具有復(fù)雜晶格的金屬化合物?；衔铩Ｌ攸c(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。含碳量高含碳量高6.69。力學(xué)性能：力學(xué)性能：b30 MPa， HBS800，可以刻劃玻璃，可以刻劃玻璃0。脆性較大。脆性較大一般不單獨(dú)使用滲碳體，常和鐵素體混在一起，是鋼一般不單獨(dú)使用滲碳體

30、，常和鐵素體混在一起，是鋼中的強(qiáng)化相。中的強(qiáng)化相。lFe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 該反該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。（？）（？）l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以碳合金中主要以Fe3C或石或石墨的形式存在。墨的形式存在。 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體含碳量為含碳量為 0.77。b750MPa，HBS180250， 2025。珠光體的強(qiáng)度、塑性和韌性介于滲碳體和鐵素體之間。珠光體的強(qiáng)度、塑性和韌性介于滲碳體

31、和鐵素體之間。由鐵素體片和滲碳體片相間組成。由鐵素體片和滲碳體片相間組成。 奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。含碳量為含碳量為4.3，。Fe3C Fe2CFeC溫度FeC(6.69%C)（1 1）Fe - Fe3C 相圖的建立相圖的建立v共晶反應(yīng)相圖共晶反應(yīng)相圖v共析反應(yīng)相圖共析反應(yīng)相圖v勻晶反應(yīng)相圖勻晶反應(yīng)相圖FeTFe3CACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%

32、CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C )ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C ) 碳在奧氏體中的固溶線，碳在奧氏體中的固溶線，Acm線線GS線線冷卻時(shí)由奧氏體析出鐵素體的開始線，冷卻時(shí)由奧氏體析出鐵素體的開始線，A3線。線。PQ線線碳在鐵素體中的

33、固溶線。碳在鐵素體中的固溶線。3）鐵碳合金相圖中的相區(qū)）鐵碳合金相圖中的相區(qū)四個(gè)單相區(qū)四個(gè)單相區(qū):L區(qū)區(qū)，A區(qū)區(qū)，F(xiàn)區(qū)區(qū)，F(xiàn)e3C區(qū)區(qū)。 3.凡含碳量大于凡含碳量大于0.77的鐵碳合金從的鐵碳合金從1148冷卻到冷卻到727時(shí)，就有二次滲碳體時(shí)，就有二次滲碳體(Fe3C ) 從奧氏體中析從奧氏體中析出。出。 4.凡鐵碳合金從凡鐵碳合金從727冷卻到室溫冷卻到室溫 時(shí)，均會(huì)從鐵素體時(shí)，均會(huì)從鐵素體中析出三次滲碳體。中析出三次滲碳體。 2.共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:AS ( FP + Fe3C ) P 7271.共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LC ( AE + Fe3C ) Le 1148名名

34、 稱稱含含 碳碳 量量碳碳鋼鋼亞共析鋼亞共析鋼0.0218到到0.77共析鋼共析鋼0.77過共析鋼過共析鋼0.77到到2.11白口白口鑄鐵鑄鐵亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵2.11到到4.3共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵4.3過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵4.3到到6.69工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵0.0218% 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 ( ingot iron ) 共析鋼共析鋼 ( eutectoid steel ) 亞共析鋼亞共析鋼 ( hypoeutectoid steel ) 過共析鋼過共析鋼 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口鐵共晶白口鐵 ( eutectoid white iron

35、) 亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵( hypoeutectoid white iron ) 過共晶白口鐵過共晶白口鐵( hypereutectoid white iron )ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C ) 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡組織平衡組織的影響。的影響。 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能力學(xué)性能的影響。的

36、影響。 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能工藝性能的影響。（后的影響。（后續(xù)）續(xù)）1） 含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為： 鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對(duì)量對(duì)量%相組成相組成物相對(duì)物相對(duì)量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.