二元相圖的分析和使用

節(jié)二元相圖的分析和使用

一、二元相圖中的幾何規(guī)律①相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點(diǎn)接觸除外）－相區(qū)接觸法則；②三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)；③若兩個(gè)三相區(qū)中有2個(gè)相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)；④單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。2021/5/91第五節(jié)二元相圖的分析和使用

二、相圖分析步驟①以穩(wěn)定的化合物分割相圖；②確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；③分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化。注：虛線、點(diǎn)劃線的意義－尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序－無(wú)序轉(zhuǎn)變線。2021/5/92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①根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能

2021/5/93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②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XX越大，成分偏析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大）；

X越大，流動(dòng)性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）；

X越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大）。

2021/5/94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。8h2021/5/95第六節(jié)鐵碳合金相圖

SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/96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,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定義）2021/5/97第六節(jié)

鐵碳合金相圖

2相圖分析點(diǎn)：14個(gè)。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(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖;組織組成物標(biāo)注的相圖。2021/5/98第六節(jié)

鐵碳合金相圖

2相圖分析

點(diǎn)：14個(gè)。

2021/5/99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(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。組織組成物標(biāo)注的相圖。2021/5/910第六節(jié)

鐵碳合金相圖

3合金分類工業(yè)純鈦（C%<0.0218%）碳鋼（0.0218<C%<2.11%）鑄鐵（C%>2.11%）2021/5/911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(guò)程及其組織（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

2h-10h,由學(xué)生分析七種合金的結(jié)晶過(guò)程，下次課重點(diǎn)分析。布置課下列表計(jì)算相組成物和組織組成物的相對(duì)含量。2021/5/912第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

工業(yè)純鐵結(jié)晶過(guò)程（+Fe3CⅢ，三次滲碳體最大量計(jì)算）2021/5/913第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

共析鋼結(jié)晶過(guò)程P（+Fe3C）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/914第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程（+P）(Fe3C?)SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/915第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程（+P）2021/5/916第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程（P+Fe3CⅡ，二次滲碳體最大量計(jì)算）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/917第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程Ld`（P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）（Ld-Ld`轉(zhuǎn)變）Ld（+Fe3C共晶）

2021/5/918第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程（P+Fe3CⅡ+Ld`

）2021/5/919第六節(jié)

鐵碳合金相圖

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程（Fe3CⅠ+Ld`

）2021/5/920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(guò)程及其組織（2）重要問(wèn)題

Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ的意義及其最大含量計(jì)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(guò)程、滲碳體的最大含量計(jì)算、默寫與修改相圖。2021/5/921第六節(jié)

鐵碳合金相圖

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響（1）對(duì)平衡組織的影響（隨C%提高）組織：α＋Fe3CⅢLd`＋Fe3CⅠ；相：α減少，F(xiàn)e3C增多；

Fe3C形態(tài)：Fe3CⅢ（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀）共析Fe3C（層片狀）

Fe3CⅡ（網(wǎng)狀）共晶Fe3C（基體）Fe3CⅠ（粗大片狀）。2021/5/922第六節(jié)

鐵碳合金相圖

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響

（2）對(duì)力學(xué)性能的影響隨C%提高,

強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。2021/5/923第六節(jié)

鐵碳合金相圖

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響

（3）對(duì)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(dòng)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。

2021/5/924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，xB）

G0

ΔHm-TΔSm(式5-20)

其中：=NZ[VAB-（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。)2021/5/925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?；瘜W(xué)位的確定：在自由能—成分曲線上，過(guò)成分點(diǎn)的切線與兩縱軸的交點(diǎn)。（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。2021/5/926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

2021/5/927第八節(jié)

鑄錠組織及其控制

1鑄錠組織（1）鑄錠三區(qū)

表層細(xì)晶區(qū)(強(qiáng)過(guò)冷,非均勻形核)

柱狀晶區(qū)(純金屬:過(guò)冷度減小,形核困難,沿散熱方向生長(zhǎng);

合金:成分過(guò)冷,一次軸發(fā)達(dá),沿散熱方向生長(zhǎng).)

中心等軸晶區(qū)(均勻散熱、液相區(qū)成分過(guò)冷、熔體對(duì)流導(dǎo)致細(xì)晶漂移或枝晶破碎。）

2021/5/928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(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素影響。

SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2021/5/929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(gè)鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象.

正偏析:k0<1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.

2021/5/930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(lái)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(shí)體積縮?。a(bǔ)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(bǔ)縮困難形成。）

2021/5/931本章小結(jié)與習(xí)題討論課1分析下列說(shuō)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