合金的結(jié)構(gòu)及相圖

1、 第二章 合金的結(jié)構(gòu)和相圖2.1 合金中的相結(jié)構(gòu)2.2 固溶體2.3 金屬化合物及其性能2.4 二元合金相圖的建立2.5 鐵碳合金 純金屬在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。主要的應(yīng)用都是利用了純金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能 但由于純金屬種類有限，而且?guī)缀跛械募兘饘俚膹?qiáng)度、硬度、耐磨性等力學(xué)物理性能都比較差，不能滿足人們對(duì)材料多樣性的需要 通過合金化過程，可以顯著地改變金屬材料的結(jié)構(gòu)、組織和性能，從而極大地提高了金屬材料的力學(xué)、物理性能，同時(shí)其電、磁、耐蝕性等物理化學(xué)性能也得到了保持或提高。因此，同純金屬相比，合金的應(yīng)用更為廣泛。 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具

2、有金屬特性的物質(zhì)稱為合金2.1 合金中的相結(jié)構(gòu)合金的結(jié)晶與純金屬一樣，也是通過形核及長大來完成的。由于合金中含有兩種或兩種以上的元素的原子，使生成的結(jié)晶物中往往含有不只一種組元的晶粒在材料中，凡是化學(xué)成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分以界面分開的均勻組成部分稱為相合金結(jié)晶后可以是一種相，也可以是由若干種相所組成合金中的組織是指合金中用肉眼或顯微鏡所觀察到的材料的微觀形貌，也稱為顯微組織 不同的相形成不同的顯微組織，不同的顯微組織導(dǎo)致合金不同的性質(zhì) 固態(tài)合金中的相，按其晶格結(jié)構(gòu)的基本屬性來分，可以分為固溶體和化合物兩大類。2.1.1 固溶體1固溶體的分類（1）置換固溶體 （2）間隙固溶體 2固溶體的

3、性能 固態(tài)合金中，在一種元素的晶格結(jié)構(gòu)中包含有其它元素的合金相稱為固溶體 前一種元素稱為溶劑元素，后一種元素稱為溶質(zhì)元素 溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量，稱為固溶體的濃度 在一定條件下溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度叫做溶質(zhì)在固溶體中的溶解度1固溶體的分類 () 置換固溶體 當(dāng)溶質(zhì)原子代替了一部分溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)位置時(shí)，所形成的固溶體稱為置換固溶體，如圖1.2-20所示。 （）間隙固溶體 若溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格各結(jié)點(diǎn)之間的空隙中，所形成的固溶體稱為間隙固溶體，如圖1.221所示。 由于溶劑晶格的空隙有限，通常只有當(dāng)溶質(zhì)原子直徑與溶劑原子直徑之比小于0.59時(shí)，才能形成間隙固溶體。因此形

4、成間隙固溶體的溶質(zhì)原子都是原子直徑較小的非金屬元素，如氫、氧、氮、硼、碳等。如碳鋼中的鐵素體和奧氏體就是碳原子溶入Fe和Fe中所形成的兩種間隙固溶體2. 固溶體的性能 由于溶質(zhì)原子與溶劑原子的半徑不同，會(huì)使固溶體的晶格發(fā)生畸變，如圖1.222所示 這就使得位錯(cuò)移動(dòng)阻力增大，表現(xiàn)為固溶體的強(qiáng)度和硬度升高、塑性和韌性有所下降 通過形成固溶體而使金屬強(qiáng)度和硬度增加的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化 固溶強(qiáng)化是提高合金機(jī)械性能的一種重要途徑，在金屬材料的生產(chǎn)和研究中得到了極為廣泛的應(yīng)用 對(duì)綜合力學(xué)性能要求較高，即強(qiáng)度、韌性和塑性之間有較好配合的結(jié)構(gòu)材料，常以固溶體作為基本相2.1.2 金屬化合物及其性能金屬化合物是合

5、金組元間發(fā)生相互作用而生成的一種新固相，其晶格類型和性質(zhì)完全不同于原來的任一組元金屬化合物的特點(diǎn)是，除有離子鍵和共價(jià)鍵作用外，還有一定程度的金屬鍵參與作用，從而使化合物具有明顯的金屬特性。金屬化合物可以成為合金的組成相，如碳鋼中的滲碳體Fe3C。除金屬化合物外，合金中還有另一類為非金屬化合物，沒有金屬鍵作用，沒有金屬特性，如FeS、MnS1金屬化合物的種類（1）正常價(jià)化合物 符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，成分固定，并可用確定的化學(xué)式表示 它通常是由在周期表上相距較遠(yuǎn)、電化學(xué)性質(zhì)相差很大的兩種元素形成的。如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等 它們的晶體結(jié)構(gòu)隨化學(xué)組成不同會(huì)發(fā)生較大的變化。（2）電

6、子化合物 是由第一族元素、過渡族元素與第二至第五族元素結(jié)合而成 此類化合物不遵守原子價(jià)規(guī)律，而是服從電子濃度規(guī)律，即按照一定的電子濃度組成一定的晶格結(jié)構(gòu)的化合物 電子濃度是化合物中價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比 如CuZn化合物，其原子數(shù)為2，Cu的價(jià)電子數(shù)為1，Zn 價(jià)電子數(shù)為2，故其電子濃度為3/2。 在電子化合物中，當(dāng)電子濃度為 3/2(21/14)時(shí)，形成體心立方晶格，稱為相；當(dāng)電子濃度為21/13時(shí)，形成復(fù)雜立方晶格，稱為相；當(dāng)電子濃度為 7/4(21/12)時(shí)，形成密排六方晶粒格，稱為相。合金中常見電子化合物及其結(jié)構(gòu)類型見表1.2- 3。（3）間隙化合物 間隙化合物一般是由原子直徑較大的過渡

7、族金屬元素(Fe、Cr、Mo、W、V等)和原子直徑較小的非金屬元素(C、N、B、H等)所組成 根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 間隙化合物又可分成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的間隙化合物和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物兩類簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的間隙化合 當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑之比小于0.59時(shí)，形成的間隙化合物，具有體心立方、面心立方等簡(jiǎn)單晶格，稱為間隙化合物，又稱為間隙相 具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的間隙化合物有VC、WC、TiC等 圖1.2-23是VC的晶格示意圖。VC為面心立方晶格，V原子占據(jù)晶格的正常位置而C原子則規(guī)則地分布在晶格的空隙之中具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物 當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑之比大于0.59時(shí)，形成的間隙化合物，具有十分復(fù)雜的晶體

8、結(jié)構(gòu)，如Fe3C、Cr23C5、Cr7 C3、Fe4W2C等 圖1.2-24是Fe3C的晶格結(jié)構(gòu)，碳原子構(gòu)成一個(gè)正交晶格(即三個(gè)軸間夾角90，三個(gè)晶格常數(shù)abc)，在每個(gè)碳原子周圍都有六個(gè)鐵原子構(gòu)成八面體，各個(gè)八面體的軸彼此傾斜一角度，每個(gè)八面體內(nèi)都有一個(gè)碳原子，每個(gè)鐵原子為兩個(gè)八面體所共有。故Fe3C中Fe與C原于數(shù)的比例為：3131621CFe2金屬化合物的性能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。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。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，可以滿足材料所需要的

9、性能要求。如碳鋼中的Fe3C、工具鋼中的VC、高速鋼中的W2C、硬質(zhì)合金中的WC和TiC等，提高了材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和熱硬性等。2.1.3 二元合金相圖的建立合金結(jié)晶后得到何種組織與合金的成分、結(jié)晶過程等因素有關(guān)不同成分的合金，在不同的溫度條件下，得到的合金組織不同?？梢允菃蜗嗟墓倘荏w或化合物，也可以是由幾種不同的固溶體或由固溶體和化合物組成的多相組織與純金屬的結(jié)晶相比，合金的結(jié)晶有如下特點(diǎn)：一是合金的結(jié)晶在很多情況下是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成的；另一個(gè)特點(diǎn)是合金的結(jié)晶不僅會(huì)發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化，還會(huì)伴有成分的變化。在下面的討論中將用到以下這些概念： 組元：組成合金的最簡(jiǎn)單、最基本、能獨(dú)立存在

10、的物質(zhì)稱為組元。元素是組元。此外，在研究問題范圍內(nèi)既不分解也不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定的化合物也是組元。 合金系：由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系。 相圖：表示合金系在平衡條件下，合金的狀態(tài)與成分、溫度之間相互關(guān)系的圖形。所謂平衡，也稱為相平衡。是指合金在相變過程中，原子能充分?jǐn)U散，各相的成分相對(duì)質(zhì)量保持穩(wěn)定，不隨時(shí)間改變的狀態(tài)。在實(shí)際的加熱或冷卻過程中，控制十分緩慢的加熱或冷卻速度，就可以認(rèn)為是接近了相平衡條件。 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、相的成分和相的相對(duì)量如何，以及合金在加熱或冷卻過程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變等 目前使用的相圖

11、幾乎都是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。實(shí)驗(yàn)的方法很多，有熱分析法、膨脹法、X射線結(jié)構(gòu)分析法等測(cè)定二元合金相圖的步驟：以銅鎳合金為例: （1）配制幾組成分不同的Cu-Ni合金； （2）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； （3）找出各冷卻曲線上開始結(jié)晶的溫度點(diǎn)TNi、l、2、3、4、TCu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)在以溫度為縱坐標(biāo)，以成分為橫坐標(biāo)軸的圖形中相應(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Cu-Ni合金相圖，如圖1.225所示。3. 勻晶相圖 組成二元合金的兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶的合

12、金系所形成的相圖稱二元?jiǎng)蚓鄨D 例如，Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W合金的相圖都屬于這類相圖。下面以u(píng)-Ni合金相圖為例分析這類相圖的圖形及結(jié)晶過程特點(diǎn) (1) 相圖分析 CuNi相圖如圖1.226所示。tA點(diǎn)為Cu的熔點(diǎn)(1083)、tB點(diǎn)為Ni的熔點(diǎn)(1452) 勻晶相圖的圖形較簡(jiǎn)單，只有兩條曲線，即液相線Al1B，表示合金開始結(jié)晶溫度，和固相線A4B表示合金結(jié)晶終了溫度 液相線代表各種成分的合金在緩慢冷卻時(shí)開始結(jié)晶的溫度；或是在緩慢加熱時(shí)合金熔化終了溫度 固相線則代表各種成分的合金冷卻時(shí)結(jié)晶的終了線，或加熱時(shí)開始熔化的溫度。兩條線將相圖分隔成三個(gè)相區(qū)

13、，液相線以上是液相區(qū)（L），在液相區(qū)內(nèi)各種成分的合金均為液態(tài)；固相線以下是單相固溶體區(qū)()，在此區(qū)域內(nèi)各種成分的合金呈單相固溶體狀態(tài)；液、固兩線之間是L， 兩相并存區(qū)(L十)，在此區(qū)域內(nèi)各種成分的合金正在進(jìn)行結(jié)晶，由液相中結(jié)晶出固溶體 L是銅與鎳兩組元形成的均勻的液相，則是銅與鎳在固態(tài)下互溶形成的固溶體(2)合金的平衡結(jié)晶過程 形成勻晶相圖的合金，結(jié)晶時(shí)都是從液相中結(jié)晶出單相固溶體，其轉(zhuǎn)變可用L 表示，從圖1.2-26圖中可看出，合金自液態(tài)緩冷至1點(diǎn)溫度時(shí)，開始從L相中結(jié)晶出相。隨著溫度下降，相不斷增多，L相不斷減少，與此同時(shí)兩相的成分也通過原子擴(kuò)散不斷改變，L相成分沿液相線變化，相成分則沿固

14、相線變化。如圖1.2-26所示，t1溫度時(shí)L相成分為l1, 相的成分為1， t2溫度時(shí)L、相的成分為l2、2。當(dāng)溫度降至固相線溫度4時(shí)，結(jié)晶過程結(jié)束，可得到與原合金成分完全相同的單相固溶體組織(3) 杠桿定律 當(dāng)合金處于兩相區(qū)內(nèi)任一溫度時(shí)，L、相的成分及兩相的相對(duì)量可按下述方法確定：1) 兩相成分的確定 如圖1.2-27所示，過溫度（t1）作水平線，該線與液相線交于l1點(diǎn)，與固相線交于1點(diǎn)，點(diǎn)l1在成分軸上的投影點(diǎn)即為L相的成分，1在成分軸上的投影點(diǎn)即為相的成分 2) 兩平衡相相對(duì)量的確定 在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)特定的溫度，兩相的質(zhì)量比是一定值。圖12-28(b)中wNi=x%成分的合金，在T1溫度時(shí)

15、，兩相的質(zhì)量之比，可用下式表達(dá)： 式中：ml為L相的質(zhì)量；ma為相反質(zhì)量； xc、ax為線段長度。 axxcmmal質(zhì)量相對(duì)量wl、wa可由式下計(jì)算：%100acxcwL%100acaxwa2.共晶相圖 組成合金的兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，固態(tài)時(shí)有限互溶，結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金系所形成的二元合金相圖稱為共晶相圖 例如，Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相圖均屬于這類相圖 下面以Pb-Sb合金相圖為例分析其圖形及結(jié)晶過程特點(diǎn)。(1) 相圖分析（1）圖中的點(diǎn)和線 Pb-Sn相圖如圖1.2-29所示 tA為Pb的熔點(diǎn)，tB為Sn的熔點(diǎn)，E點(diǎn)為共晶點(diǎn)。tAEtB為液相線， tAMENt

16、B為固相線、MEN線為共晶線、MF為Sn在Pb中的溶解度曲線，NG為Pb在Sn中的溶解度曲線，這兩條曲線也稱為固溶線。 Pb-Sn合金系有三個(gè)基本相，L是Pb與Sn兩組元形成的均勻的液相，是Sn溶于Pb的固溶體，是Pb溶于Sn的固溶體 相圖中有三個(gè)單相區(qū)，即L、相區(qū)。在這些單相區(qū)之間，相應(yīng)的有三個(gè)兩相區(qū)，即L+、L+、+相區(qū)。在三個(gè)兩相區(qū)之間有一根水平線MEN，是L+三相并存區(qū) 2）共晶反應(yīng) 成分位于（E）點(diǎn)的合金，在溫度達(dá)到水平線MEN所對(duì)應(yīng)的溫度（tE=183）時(shí)，將同時(shí)結(jié)晶出成分為M點(diǎn)的相及成分為N點(diǎn)的相。其轉(zhuǎn)變式為： 這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出一定成分的兩個(gè)固相的轉(zhuǎn)變

17、過程，稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（M+N）是由兩個(gè)固相組成的機(jī)械混合物，稱為共晶組織NMEL)183(c恒溫(2)合金的平衡結(jié)晶過程及其組織（1）固溶體合金（合金） 成分位于M點(diǎn)以左（即wSn19%）或N點(diǎn)以右（即wSn97.5%）的合金稱為固溶體合金 合金的冷卻曲線和結(jié)晶過程如圖1.2-30所示 液態(tài)合金緩冷至溫度1，開始從L相中結(jié)果出固溶體。隨溫度的降低，液相的數(shù)量不斷減少，固溶體的數(shù)量不斷增加，至溫度2合金全部結(jié)晶成固溶體。溫度23范圍內(nèi)合金無任何轉(zhuǎn)變，這是勻晶轉(zhuǎn)變過程。冷卻至溫度3時(shí)，Sn在中的溶解度減小，從中析出是二次相（）。成分沿固溶線MF變化，這一過程一直進(jìn)行至室溫，

18、所以合金室溫平衡組織為（+）。 2）共晶合金（合金） 成分為wSn=61.9%的合金即為共晶合金，其冷卻曲線和結(jié)晶過程如圖1.2-31所示 合金緩冷至溫度1（即tE=183）時(shí)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，在恒溫下進(jìn)行，所以冷卻曲線上相應(yīng)溫度出現(xiàn)一水平線段 共晶轉(zhuǎn)變完成后合金全部成為共晶組織（M+N）。繼續(xù)冷卻，隨著溫度下降、相的成分將分別沿固溶度曲線MF、NG變化，將析出，相則析出。由于、與共晶組織中的、連接在一起且量小難以分辨。所以共晶組織的二次析出一般可忽略不計(jì)。所以共晶合金的室溫平衡組織為共晶組織（+）。其組織組成物只有1個(gè)，即共晶體，相組成物有兩個(gè)，即相和相 3）亞共晶合金（合金） 成分位于M、E

19、點(diǎn)之間（即wSn=1961.9%之間）的合金即為亞共晶合金 以wSn=50%的合金為例，分析亞共晶合金的結(jié)晶過程及其組織 合金的冷卻曲線及結(jié)晶過程如圖1.2-33所示 液態(tài)合金緩冷至溫度1時(shí)開始從液相中結(jié)晶出初生的固溶體 隨著溫度下降相不斷增加，溫度12范圍內(nèi)的結(jié)晶過程與合金的勻晶轉(zhuǎn)變完全相同。L相不斷減少，的成分沿固相線AM變化；L的成分沿液相線AE變化 冷至溫度2（即tE=183）時(shí)，相為M點(diǎn)處成分，L相則為E點(diǎn)處成分。液相tE發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織（+），M固溶體保持不變。所以合金在共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)，其組織為M+（M+N） 從共晶溫度繼續(xù)冷卻時(shí)，M、N將分別析出、，共晶組織的二次析出如

20、前所述可忽略不計(jì)。所以，合金冷卻至室溫時(shí)其平衡組織為+（+）+ 4）過共晶合金（合金） 成分位于E、N點(diǎn)之間（即wSn=61.997.5%之間）的合金為過共晶合金，其結(jié)晶過程與亞共晶合金相似，不同的是初生相是固溶體，二次相是。所以，合金的室溫平衡組織為+（+），其組織組成物有三，即、（+）；相組成物仍為兩種，即相相2.1.4 鐵碳合金 1鐵碳合金的基本組織 2鐵碳合金狀態(tài)圖 3鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程與組織元素 4含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響1鐵碳合金的基本組織（1）鐵素體（2）奧氏體（3）滲碳體（4）珠光體（5）萊氏體（1）鐵素體 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體，以符號(hào)“F”或“”表示。

21、 鐵素體中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727時(shí)，為0.0218%，隨著溫度的降低，其溶解度逐漸減小，室溫時(shí)鐵素體中只能溶解0.0008%的碳。 鐵素體的力學(xué)性能以及物理、化學(xué)性能與純鐵極相近，塑性、韌性很好（=30%50%），強(qiáng)度、硬度很低（b=180280Mpa）。 （2）奧氏體 碳溶解在-Fe形成的間隙固溶體，以符號(hào)“A”或“”表示。 奧氏體的溶碳能力比鐵素體大，在1148時(shí)，碳在-Fe中的最大溶解度為2.11%，隨著溫度降低，其溶解度也減小，在727時(shí)，為0.77%。 奧氏體的強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性高。在鐵碳合金平衡狀態(tài)時(shí)，奧氏體為高溫下存在的基本相，也是絕大多數(shù)鋼種進(jìn)行鍛壓、軋制等

22、加工變形所要求的組織。 （3）滲碳體 滲碳體是具有復(fù)雜晶格的鐵與碳的間隙化合物，每個(gè)晶胞中有一個(gè)碳原子和三個(gè)鐵原子。滲碳體一般以“Fe3C”表示，其含碳量為6.69%。 滲碳體的硬度很高，為800HB，塑性、韌性很差，幾乎等于零，所以滲碳體的性能特點(diǎn)是硬而脆。 滲碳體在鋼與鑄鐵中，一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在。滲碳體是鋼中重要的硬化相，它的數(shù)量、形狀、大小和分布對(duì)鋼的性能有很大的影響。 滲碳體是一個(gè)亞穩(wěn)定化合物，它在一定的條件下，可以分解而形成石墨狀態(tài)的自由碳：Fe3C3Fe+C（石墨），這種反應(yīng)在鑄鐵中有重要意義。（4）珠光體 珠光體是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，用符號(hào)“P”表示。其含碳量為0

23、.77%。珠光體由滲碳體片和鐵素體片相間組成，其性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度、硬度較好、脆性不大 （5）萊氏體 萊氏體是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，用符號(hào)“Ld”表示，其含碳量為4.3% 萊氏體由含碳量為4.3%的金屬液體在1148時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)生成。在室溫時(shí)變?yōu)樽儜B(tài)萊氏體，用稱號(hào)“Ld”表示。萊氏體硬度很高，塑性很差。2鐵碳合金狀態(tài)圖（1）鐵碳合金狀態(tài)圖中的各特性點(diǎn)的意義（2）鐵碳合金狀態(tài)圖中各特性線的意義（3）鐵碳合金狀態(tài)圖中的相區(qū) （1）鐵碳合金狀態(tài)圖中的各特性點(diǎn)的意義FeFe3C相圖中14個(gè)特性點(diǎn)及具體意義如下：A純鐵的熔點(diǎn)。溫度為1538，wC100為0。B包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的

24、成分。溫度為1495，wC100為0.53。C共晶點(diǎn)LCA+Fe3C。溫度為1148，wC100為4.3。DFe3C的熔點(diǎn)。溫度為1227，wC100為6.6900。E碳在Fe中的最大溶解度。溫度為1148，wC100為2.11。FFe3C的成分。溫度為1148，wC100為6.69。GFeFe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（A3）。溫度為912，wC100為0。H碳在Fe中的最大溶解度。溫度為1495，wC100為0.09。J包晶點(diǎn)LB+HAJ。溫度為1495，wC100為0.17。KFe3C的成分。溫度為727，wC100為6.69。NFeFe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（A4）。溫度為1394，wC100為0。P碳在

25、Fe中的最大溶解度。溫度為727，wC100為0.0218。S共析點(diǎn)（A1）ASFP+Fe3C。溫度為727，wC100為0.77。Q600（或室溫）時(shí)碳在Fe中的溶解度。溫度為600，wC100為0.0057（0.0008）。（2）鐵碳合金狀態(tài)圖中各特性線的意義（3）鐵碳合金狀態(tài)圖中的相區(qū) （1）五個(gè)單相區(qū) ABCD線以上的液相區(qū)（L）；AHNA線圍著的固溶體相區(qū)（）；NJESGN線圍著的奧氏體相區(qū)（A）；GPQG線圍著的鐵素體相區(qū)（F）；DFKL線垂線代表的滲碳體相區(qū)（Fe3C）。（2）七個(gè)雙相區(qū) ABA線圍著的L+相區(qū)；JBCEJ線圍著的L+A相區(qū)；DCFD線圍著的L+Fe3C相區(qū)；HJ

26、NH線圍著的+A相區(qū)；EFKSE線圍著的A+Fe3C相區(qū)；GSPG線圍著的A+F相區(qū)；QPSKLQ線圍著的F+Fe3C相區(qū)。（3）三個(gè)三相共存區(qū) HJB線為F、A三相區(qū)；ECF線為L、A、Fe3C三相區(qū)；PSK線為A、F、Fe3C三相區(qū)。3鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程與組織元素 （1）鐵碳合金分類1）工業(yè)純鐵（c0.0218%）組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體；2）鋼（c=0.0218%2.11%）亞共析鋼（c0.77%）：組織是珠光體和二次滲碳體。3）白口鑄鐵（c=2.11%6.99%）亞共晶白口鑄鐵（c4.3%）：組織是一次滲碳體和萊氏體。（2）典型的鐵碳合金平衡結(jié)晶過程及組織1) 共析鋼的結(jié)晶

27、過程分析 合金在溫度1以上全部為液體，降溫時(shí)，在第1點(diǎn)與第2點(diǎn)溫度之間，從液相（L）中結(jié)晶出奧氏體，隨著溫度的不斷降低，液相越來越少，奧氏體越來越多，液相的成分沿著BC線變化，而奧氏體的成分則沿著JE線變化，在第2點(diǎn)結(jié)晶完畢。第2點(diǎn)與3點(diǎn)溫度之間，是奧氏體的單相冷卻。當(dāng)溫度降到第3點(diǎn)時(shí)，奧氏體要發(fā)生共析反應(yīng)：A0.77 P（F0.0218+Fe3C），最終奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。共析鋼的顯微組織見圖1.3-4。 2) 亞共析鋼的結(jié)晶過程 當(dāng)合金冷卻到第1點(diǎn)時(shí)，開始從液相析出奧氏體，至第2點(diǎn)時(shí)，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷卻到第3點(diǎn)，從奧氏體中析出鐵素體，同時(shí)奧氏體相中碳濃度發(fā)生變化。到第4點(diǎn)即727時(shí)

28、，奧氏體中的含碳量沿CS線而趨近于S點(diǎn)，其組織剩余的奧氏體相發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 所以，亞共析鋼先前析出的鐵素體保持不變。室溫組織為鐵素體+珠光體。且隨著含碳量的增加，珠光體量也增加。亞共析鋼的顯微組織如圖1.3-6。3) 過共析鋼的結(jié)晶過程 合金冷卻到1點(diǎn)時(shí)，從液相結(jié)晶出奧氏體，2點(diǎn)凝固完畢，形成單相奧氏體。冷卻到第3點(diǎn)時(shí)，開始從奧氏體中沿晶界析出網(wǎng)狀分布的二次滲碳體（Fe3C），呈網(wǎng)狀包圍奧氏體晶粒。冷卻到第4點(diǎn)時(shí)，奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為0.77%，于是發(fā)生共析轉(zhuǎn)變；A0.77 P（F0.0218+Fe3C），形成珠光體。4) 共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程 合金在1點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)L4.

29、3 A2.11+Fe3C，形成萊氏體Ld，即由奧氏體和滲碳體組成的共晶體，在12點(diǎn)區(qū)間，共晶奧氏體會(huì)析出二次滲碳體，到第三階段點(diǎn)即727時(shí)，剩余的奧氏體會(huì)發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。室溫下，共晶白口鑄鐵的組織是珠光體和共晶滲碳體的混合物，通常把它稱為“低溫萊氏體”或“變態(tài)萊氏體”，以“Ld”表示。 所以，共晶白口鐵的室溫組織為低溫萊氏體。共晶白口鑄鐵的顯微組織如圖1.3-10所示。5) 亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程 合金從冷卻至1點(diǎn)時(shí)，開始從液相中結(jié)晶出“先共晶奧氏體”。隨溫度的降低，奧氏體不斷增多，到第2點(diǎn)（1148）時(shí)，液相中Wc為4.3%，發(fā)生共晶反應(yīng)：L4.3 A2.11+Fe3C，形成萊氏體，而先生奧氏體保持不變。繼續(xù)冷卻，先共晶奧氏體和共晶奧地利體都析出二次滲碳體，奧氏體的含碳量沿ES線逐漸降低，到第3點(diǎn)（727）時(shí)，Wc降為0.77%，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：A0。77 P（F0.0218+Fe3C）,生成珠光體，此時(shí)，Ld轉(zhuǎn)變?yōu)長d。 所以，亞共晶白口鑄鐵的室溫組織為珠