二元合金相图分析实例

7.3.8 7.3.8 二元合金相图分析实例二元合金相图分析实例重点：铁碳相图重点：铁碳相图2024/5/417.3.8 7.3.8 二元合金相图分析实例二元合金相图分析实例 FeCFeC合金的组织和性能合金的组织和性能 AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2系的组织和性能系的组织和性能 CuZnCuZn合金相图合金相图 CuCuSnSn合金合金 其他例子其他例子2024/5/42一一.FeC.FeC合金的组织和性能合金的组织和性能 钢钢(Steels)(Steels)和和铸铸铁铁(Cast(Cast irons)irons)是是应应用用最最广广的的金金属属材材料料，虽虽然然它它们们的的种种类类很很多多，成成分分不不一一，但但是是它它们们的的基基本本组组成成都都是是铁铁(Fe)(Fe)和和碳碳(C)(C)两两种种元元素素，故故统统称称为为铁铁碳碳合合金金（alloys alloys of of the the ironironcarbon carbon systemsystem）。因因此此，学学习习铁铁碳碳相相图图、掌掌握握应应用用铁铁碳碳相相图图的的规规律律解解决决实实际际问问题是非常重要的。题是非常重要的。铁铁碳碳相相图图(如如图图7.50)7.50)是是一一个个较较复复杂杂的的二二元元合合金金相相图图，它它概概括括了了钢钢铁铁材材料料的的成成分分、温温度度与与组组织织之之间间的的关关系系。在在铁铁碳碳合合金金中中，FeFe与与C C可可以以形形成成一一系系列列化化合合物物：FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC。所所以以，Fe-CFe-C相相图图可可以以划划分分成成Fe-FeFe-Fe3 3C,C,FeFe3 3C-FeC-Fe2 2C,C,FeFe2 2C-FeCC-FeC和和FeCFeC-C-C四四个个部部分分。由由于于化化合合物物是是硬硬脆脆相相，后后面面三三部部分分相相图图实实际际上上没没有有应应用用价价值值（工工业业上上使使用用的的铁铁碳碳合合金金含含碳碳量量不不超超过过5 5），因因此此，通通常常所所说的铁碳相图就是说的铁碳相图就是Fe-FeFe-Fe3 3C C部分部分。2024/5/43139414951538Fe2024/5/44Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图1.FeC1.FeC合金中的组元合金中的组元 铁碳合金中铁碳合金中组元组元：纯铁纯铁(Fe)(Fe)和和渗碳体（渗碳体（FeFe3 3C C）Fe3C2024/5/45(1)(1)纯铁（纯铁（FeFe）纯纯铁铁（pure pure ironiron）W WFeFe 99.8%99.8%，原原子子序序数数2626，原原子子相相对对质质量量55.8555.85，纯纯铁铁的的熔熔点点15381538，汽化点汽化点27382738，密度，密度7.87g/7.87g/。纯纯铁铁固固态态下下具具有有同同素素异异构构转转变变（allotropic allotropic transformationtransformation）：912912C C以以下下为为体体心心立立方方(bcc)(bcc)晶晶体体结结构构，912912C C到到13941394C C之之间间为为面面心心立立方方(fccfcc)结结构构,13941394C C到到熔熔点点之之间间为为体体心心立立方方(bcc)(bcc)结构。结构。纯纯铁铁具具有有磁磁性性转转变变（770/768770/768磁磁性性转转变变、magnetic magnetic transformationtransformation）。纯纯铁铁的的强强度度低低，塑塑性性好好(软软)，很很少少用用于于结结构构材材料料。主主要要利利用用铁铁磁性（磁性（ferromagnetismferromagnetism）。2024/5/46纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变2024/5/47纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的冷却曲线及晶体结构变化2024/5/48纯铁的显微组织纯铁的显微组织2024/5/49(2)(2)渗碳体渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)A A渗渗碳碳体体（cementitecementite）是是FeCFeC合合金金中中碳碳以以化化合合物物(Fe(Fe3 3C)C)形形式式出出现现的的。它它具具有有复复杂杂的的晶晶格格。FeFe3 3C C是是由由C C原原子子构构成成的的一一个个斜斜方方晶晶格格，C C原原子子周周围围有有六六个个FeFe原原子子，构构成成一一个个八八面面体体，而而每每个个FeFe原原子子属属于于两两个个八八面面体体共共有有，Fe:CFe:C=3:1=3:1。FeFe3 3C C熔熔点点为为12271227，FeFe3 3C C是是一一种种亚亚稳稳化化合合物物，在在一一定定条条件件下下，渗渗碳碳体体可可以以分分解解而而形形成成石石墨墨状状的的自自由由碳碳：FeFe3 3C3Fe C3Fe+C(C(石石墨墨)。这这一一过过程程对对于于铸铸铁铁和和石石墨墨钢钢具具有有重重要要意意义义。所所以以FeFeFeFe3 3C C相相图图又又叫叫介介稳稳定定系系相相图图，FeFeC C相相图图又又叫叫稳稳定定系系相相图图，若若把把FeFeFeFe3 3C C相相图图与与FeFeC C相相图图画画在在同同一一图图上上，称称为为FeFeC C合合金金双重相图，如图双重相图，如图7.507.50。两相图各有不同适用范围。两相图各有不同适用范围。2024/5/410渗碳体的晶格渗碳体的晶格2024/5/411Fe-FeFe-Fe3 3C C双重相图双重相图1 12024/5/412Fe-FeFe-Fe3 3C C双重相图双重相图2 22024/5/413(2)(2)渗碳体渗碳体(Fe(Fe3 3C)-BC)-B FeFe3 3C C在在230230以以下下具具有有铁铁磁磁性性，常常用用A0A0表表示示这这个个临临界点。界点。FeFe3 3C C在在钢钢和和铸铸铁铁中中呈呈现现片片状状，粒粒状状，网网状状和和板板条条状状。渗渗碳碳体体硬硬而而脆脆(HB800)(HB800)，塑塑性性极极低低，延延伸伸率率接接近近于于0 0。它它是是钢钢铁铁材材料料中中的的主主要要强强化化相相。FeFe3 3C C中中碳碳和和FeFe可可以以被被其其它它元元素素替替代代形形成成以以FeFe3 3C C为为基基的的固固溶溶体体。FeFe被被CrCr、MnMn等等原原子子金金属属置置换换，形形成成以以FeFe3 3C C为为基基的的固固溶溶体体，称称为合金渗碳体。为合金渗碳体。2024/5/4142.FeC2.FeC合金中的基本相合金中的基本相 A A(1)(1)液相液相(L)(L)Fe Fe与与C C在高温下形成的液体在高温下形成的液体溶液。溶液。(ABCD(ABCD线以上线以上)(2)(2)相相 高温铁素体（高温铁素体（high high temperature ferritetemperature ferrite）C C在在FeFe的间隙固溶体。的间隙固溶体。在在14951495时最大溶解量可达时最大溶解量可达0.09%0.09%，为，为bccbcc结构，也称高结构，也称高温铁素体（温铁素体（high high temperature ferritetemperature ferrite）。）。(3)(3)渗碳体（渗碳体（cementitecementite）前面前面已讨论过已讨论过.在在FeFeFe3CFe3C相图中，相图中，FeFeC C合金在不同条件合金在不同条件(成分，温度成分，温度)下，可有下，可有六个基本相：六个基本相：L L相、相、相、相、相、相、相、相、Fe3CFe3C相、石墨（相、石墨（C C）2024/5/4152.FeC2.FeC合金中的基本相合金中的基本相 B B （4 4）奥氏体（奥氏体（austeniteaustenite）奥奥氏氏体体(或或A)A)是是C C溶溶解解于于FeFe形形成成 的的 间间 隙隙 固固 溶溶 体体 称称 为为 奥奥 氏氏 体体（austeniteaustenite）。具具有有fccfcc结结构构。具具有有面面心心立立方方晶晶体体结结构构的的奥奥氏氏体体可可以以溶溶解解较较多多的的碳碳，11481148C C时时最最多多可可以以溶溶解解2.11%2.11%的的碳碳，到到727727C C时时含含碳碳量量降降到到0.8%0.8%。碳碳原原子子存存在在于于面面心心立立方方晶晶格格中中正正八八面面体体的的中中心心，单单相相区区存存在在于于NJBESGNNJBESGN区区域域内内（727-1459727-1459）。奥奥 氏氏 体体 的的 硬硬 度度(HB170-220)(HB170-220)较较低低，塑塑性性(延延伸伸率率为为40%-50%)40%-50%)高高。奥奥氏氏体体的的显显微微组组织织见见下下图图。是是顺顺磁磁性性（paramagnetismparamagnetism），具具有有fccfcc结构。晶粒呈平直多边形。结构。晶粒呈平直多边形。2024/5/416碳在碳在FeFe晶格中的位置晶格中的位置2024/5/417奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织2024/5/4182.FeC2.FeC合金中的基本相合金中的基本相 C C (5)(5)铁素体（铁素体（ferriteferrite）铁铁素素体体（或或F F）是是C C溶溶于于FeFe形形成成的的间间隙隙固固溶溶体体称称为为铁铁素素体体（ferriteferrite）。C C原原子子溶溶于于八八面面体体间间隙隙。单单相相相相在在GPQGPQ以以左左部部分分。铁铁素素体体的的含含碳碳量量非非常常低低，在在727727时时 C C在在 FeFe中中 最最 大大 溶溶 解解 量量 为为0.0218%0.0218%，室室温温下下含含碳碳仅仅为为0.005%0.005%，所所以以其其性性能能与与纯纯铁铁相相似似：硬硬度度(HB50-80)(HB50-80)低低，塑塑性性(延延伸伸率率为为30%50%)30%50%)高高。铁铁素素体体的的显显微微组组织织与与工工业业纯纯铁铁相相同同。晶晶粒粒常常呈呈多多边边形。是铁磁性，具有形。是铁磁性，具有bccbcc结构。结构。(6)(6)石墨（石墨（C C）在一些条件下，碳可以以游离态在一些条件下，碳可以以游离态石墨石墨（graphitegraphite）(hcphcp)稳定相存在。所以石稳定相存在。所以石墨对于墨对于FeCFeC合金中铸铁也是一个基本相。合金中铸铁也是一个基本相。2024/5/4193.FeFe3.FeFe3 3C C相图分析相图分析 如图如图7.507.50为为FeFeFeFe3 3C C相图全貌。根据分析相图全貌。根据分析围绕三条水平线可把围绕三条水平线可把FeFeFeFe3 3C C相图分解为三相图分解为三个部分考虑：个部分考虑：左上角的包晶部分左上角的包晶部分 右边的共晶部分右边的共晶部分 左下角的共析部分左下角的共析部分 分析点、线、区特别是重要的点、三条水分析点、线、区特别是重要的点、三条水平恒温转变线平恒温转变线 、重要的相界线、重要的相界线 2024/5/420（1 1）FeFeFeFe3 3C C相图的点相图的点 FeFeFeFe3 3C C相相图图相相图图中中的的各各特特性性点点所所对对应应的的温温度度、成成分分和和意意义如下表：义如下表：A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H、J J、K K、N N、P P、S S、Q Q各点各点Fe2024/5/4212024/5/422（2 2）FeFeFeFe3 3C C相图的线相图的线 FeFeFeFe3 3C C相图有一些特性线，它们是由不相图有一些特性线，它们是由不同成分合金具有相同意义的点连接起来的。同成分合金具有相同意义的点连接起来的。有三条水平恒温转变线，二条磁性转变线有三条水平恒温转变线，二条磁性转变线(水水平平)和三条重要的相界线。和三条重要的相界线。FeFeFeFe3 3C C相图中各线的意义如下相图中各线的意义如下.2024/5/423A.A.三条水平恒温转变线三条水平恒温转变线 包包晶晶线线：HJBHJB线线（14591459），J J为为包包晶晶点点，wcwc=0.09=0.090.53%0.53%的的FeFe、C C合合金金缓缓冷到冷到HJBHJB线均发生包晶反应，即：线均发生包晶反应，即：L0.53+L0.53+0.090.090.170.17 （LB+LB+HJHJ）共共晶晶线线：ECFECF水水平平线线（11481148），C C点点为为共共晶晶点点，wcwc=2.11=2.116.69%6.69%的的FeFe、C C合金缓冷到合金缓冷到EFCEFC线均发生共晶反应，即：线均发生共晶反应，即：L4.30L4.302.112.11+Fe3C Fe3C（LCLCE E+Fe3CFe3C）转转变变产产物物为为和和Fe3CFe3C组组成成的的共共晶晶混混合合物物称为称为莱氏体（莱氏体（ledeburiteledeburite），用），用LdLd表示。表示。Fe共共析析线线：PSKPSK水水平平线线（727727），S S点点为为共共析析点点。凡凡wcwc0.0218%0.0218%的的FeFe、C C合合金金冷冷却到却到PSKPSK线均发生共析反应，即：线均发生共析反应，即：0.770.0218+Fe3C 0.770.0218+Fe3C （SPSP+Fe3C+Fe3C）转转变变产产物物为为和和Fe3CFe3C组组成成的的机机械械混混合合物物称称为为珠珠光光体体（pearlitepearlite），用用P P表表示示。共析转变温度常用共析转变温度常用A1A1表示。表示。2024/5/424B.B.两条磁性转变线两条磁性转变线 230230为为水水平平线线为为FeFe3 3C C的的磁磁性性转转变变线线，230230以以上上FeFe3 3C C无磁性，无磁性，230230以下为铁磁性。常用以下为铁磁性。常用A0A0表示表示 770770为为的铁磁性转变线的铁磁性转变线。770770以上无铁以上无铁磁性，磁性，770770以下为铁磁体。常用以下为铁磁体。常用A2A2表示，又称居里表示，又称居里点。点。2024/5/425C.C.几条重要的相界线几条重要的相界线(固态转变线固态转变线)GSGS线线：A A中中开开始始析析出出或或全全部部溶溶入入(升升温温时时)的的转转变变线线。常常用用A3A3表表示示。因因这这条条线线在在共共析析转转变变线线以以上上，故故又又称称为为先先共共析析相相开始析出线。开始析出线。常称为常称为A3A3线线或或A3A3温度。温度。ESES线线：C C在在中中溶溶解解度度曲曲线线。常常用用AcmAcm表表示示，称称为为AcmAcm温温度度。低低于于此此温温度度，溶溶解解度度降降低低，将将析析出出Fe3CFe3C。为为了了区区别别自自液液(CD(CD线线)态态合合金金中中直直接接析析出出的的一一次次Fe3CFe3C，将将中中析析出出的的Fe3CFe3C称称为为二次二次Fe3CFe3C。PQPQ线线：C C在在中中溶溶解解度度曲曲线线。在在727727时时，C C在在中中的的最最大大溶溶解解度度0.0218%0.0218%，但但温温度度下下降降，C C在在中中溶溶解解度度下下降降，会会析析出出少少量量的的渗渗碳碳体体，称称为为三三次次Fe3CFe3C。以以区区别别于于沿沿CDCD线线和和ESES线线析析出出的的Fe3CFe3C。2024/5/426（3 3）FeFeFeFe3 3C C相图中的区相图中的区 FeFeFeFe3 3C C相图中的区：相图中的区：4 4个单相区个单相区：L L、7 7个个两两相相区区：L+L+、L+L+、L+L+FeFe3 3C C、+、+Fe+Fe3 3C C、+、+Fe+Fe3 3C C 3 3个三相共存区个三相共存区：L+L+Fe+Fe3 3C C（ECFECF共晶线）、共晶线）、L+L+（HJBHJB包晶线包晶线）、）、+Fe+Fe3 3C C（PSKPSK共析线）共析线）2024/5/4274.FeC4.FeC合金分类合金分类 FeFe、C C合合金金通通常常按按其其含含碳碳量量(WcWc)及及其其室室温温平平衡衡组组织织分分为为三三大大类类：工工业业纯纯铁铁（pure pure ironiron）、碳碳钢钢（carbon carbon steelsteel）、铸铸铁铁（cast cast ironiron）。根根据据碳碳钢钢和铸铁的相变、组织特征可把二者细分。即：和铸铁的相变、组织特征可把二者细分。即：（1 1）工业纯铁：）工业纯铁：(WcWc0.0218%)0.0218%)显微组织为固溶体显微组织为固溶体。2024/5/428（2 2）钢）钢钢钢（steelsteel）是是含含碳碳量量在在(WcWc=0.0218=0.02182.11%)2.11%)之间的之间的FeCFeC合金。合金。其特点是：其特点是：高高温温组组织织为为单单相相的的，具具有有很很好好的的塑塑性性。因因而而可可以以进进行行锻锻造造、轧轧制制等等压压力力加加工工。根根据据其其室室温温组织的不同，组织的不同，碳钢（碳钢（carbon steelcarbon steel）又可分为：又可分为：共析钢（共析钢（eutectoid steeleutectoid steel）：）：WcWc=0.77%=0.77%亚亚 共共 析析 钢钢（hypoeutectoidhypoeutectoid steelsteel）：WcWc=0.0218=0.02180.77%0.77%过过 共共 析析 钢钢（hypereutectoid hypereutectoid steelsteel）：WcWc=0.77=0.772.11%2.11%2024/5/429（3 3）白口铸铁）白口铸铁 白白口口铸铸铁铁（white white cast cast ironiron）是是含含碳碳量量在在WcWc=2.11=2.116.69%6.69%之之间间的的FeFe、C C合合金金。其其特特点点液液态态合合金金结结晶晶时时都都发发生生共共晶晶反反应应，液液态态时时有有良良好好的的流流动动性性，因因而而铸铸铁铁都都具具有有良良好好的的铸铸造造性性能能。但但因因共共晶晶产产物物是是以以FeFe3 3C C为为基基的的莱莱氏氏体体组组织织，所所以以性性能能很很脆脆，不不能能锻锻造造。它它们们的的断断口口呈呈银银白白色色，故故称称为为白白口铸铁。根据白口铸铁室温组织不同，可分为三种：口铸铁。根据白口铸铁室温组织不同，可分为三种：共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（eutectic cast ironeutectic cast iron）：）：WcWc=4.30%=4.30%亚亚共共晶晶白白口口铸铸铁铁（hypoeutectic hypoeutectic cast cast ironiron）：WcWc=2.11=2.114.30%4.30%过过共共晶晶白白口口铸铸铁铁（hypereutectic hypereutectic cast cast ironiron）：WcWc=4.30=4.306.69%6.69%上上述述WcWc=2.11%=2.11%具具有有重重要要的的意意义义，它它是是钢钢和和铸铸铁铁(生生铁铁)的理论分界线。的理论分界线。2024/5/4305.5.碳素结构钢的分类和编号碳素结构钢的分类和编号 关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标准。关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标准。下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。一一.分类分类1.1.根据钢的含碳量分类根据钢的含碳量分类 （1 1）低碳钢）低碳钢 Wc0.25%Wc0.25%（2 2）中碳钢）中碳钢 WcWc=0.25=0.250.60%0.60%（3 3）低碳钢）低碳钢 Wc0.60%Wc0.60%2.2.根据钢的质量（钢中含杂质根据钢的质量（钢中含杂质S S、P P的量）分类的量）分类 （1 1）普通碳素钢普通碳素钢 Ws0.055%Wp0.045%Ws0.055%Wp0.045%（2 2）优质碳素钢优质碳素钢 Ws0.040%Wp0.040%Ws0.040%Wp0.040%（3 3）高级优质碳素钢高级优质碳素钢 Ws0.030%Wp0.030%Ws0.030%Wp0.030%3.3.根据钢的用途分类根据钢的用途分类 （1 1）碳素结构钢）碳素结构钢 （2 2）碳素工具钢）碳素工具钢2024/5/431二二.碳钢的编号碳钢的编号 我国的钢材编号是采用国际化学符号，数字及汉语拼音我国的钢材编号是采用国际化学符号，数字及汉语拼音字母并用的原则，碳钢的具体编号方法如下：字母并用的原则，碳钢的具体编号方法如下：1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 该类钢牌号表示方法是用该类钢牌号表示方法是用“Q+Q+数字数字+符号符号”表示表示 ，其中，其中Q Q代表屈服点的字母，数字表示屈服点数值（代表屈服点的字母，数字表示屈服点数值（MPaMPa），质量等），质量等级符号（级符号（A A，B B，C C，D D）及脱氧方法符号（）及脱氧方法符号（F F，b b，Z Z，TZTZ）等）等四部分按顺序组成。如四部分按顺序组成。如Q235-A.FQ235-A.F，表示屈服强度数值为，表示屈服强度数值为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢。质量等级符号表示普碳钢中杂质硫磷级沸腾钢。质量等级符号表示普碳钢中杂质硫磷含量的高低，含量的高低，C C，D D级的含量最低，质量好。脱氧方法符号从级的含量最低，质量好。脱氧方法符号从F F起依次分别表示沸腾钢，半镇静钢，起依次分别表示沸腾钢，半镇静钢，镇静钢及特殊镇静钢，镇静钢及特殊镇静钢，后两种钢牌号中的脱氧方法符号可省略。主要有：后两种钢牌号中的脱氧方法符号可省略。主要有：Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275 2024/5/432 2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 该类钢的钢号用该类钢的钢号用“两位数字或两位数字两位数字或两位数字Mn”Mn”表示，表示，其中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一；其中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一；MnMn表示对含锰量较高的钢，须将锰元素标出，一般锰的表示对含锰量较高的钢，须将锰元素标出，一般锰的含量为含量为0.700.701.0%1.0%，如：，如：2020、20 Mn 20 Mn、4545、40 Mn 40 Mn。钢。钢号号4545，表示平均含碳量为，表示平均含碳量为0.45%0.45%的钢，这是正常含锰量的钢，这是正常含锰量（按杂质含量）的优质碳素结构钢；钢号（按杂质含量）的优质碳素结构钢；钢号20 Mn20 Mn表示碳的表示碳的平均含量为平均含量为0.20%0.20%、MnMn表示锰的含量为表示锰的含量为0.700.701.0%1.0%的钢；的钢；钢号钢号25Mn25Mn，表示平均含碳量为，表示平均含碳量为0.25%0.25%而含锰量为而含锰量为(0.7(0.71.0)%1.0)%的钢。的钢。沸沸腾腾钢钢，半半镇镇静静钢钢以以及及专专门门用用途途的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢，应应在在钢钢号号后后特特别别标标出出，如如15g15g，即即平平均均含含碳碳量量为为0.15%0.15%的的锅炉钢；锅炉钢；08F08F表示含碳量为表示含碳量为0.08%0.08%的沸腾钢。的沸腾钢。2024/5/4333.3.碳素工具钢碳素工具钢 碳碳素素工工具具钢钢是是用用“T+T+数数字字”表表示示，其其中中T T为为碳碳的的拼拼音音，其其后后数数字字表表示示钢钢中中平平均均含含碳碳量量的的千千分分之之几几。如如平平均均含含碳碳量量为为0.8%0.8%的的工工具具钢钢，其其钢钢号号记记为为“T8”T8”；T12T12表表示示碳碳的的平平均均含含量量为为1.2%1.2%的的碳碳素素工工具具钢钢。含含锰锰量量较较高高者者须须在在钢钢号号后后标标以以“Mn”Mn”。若若为为高高级级优优质质碳碳素素工工具具钢钢则则在在钢钢号号末末端加端加“A”A”，如，如T10AT10A。2024/5/4346.FeC6.FeC合金的平衡结晶过程及组织合金的平衡结晶过程及组织（1 1）工业纯铁）工业纯铁 以以WcWc=0.01%=0.01%的合金为例的合金为例 室室温温组组织织为为：+FeFe3 3C C FeFe3 3CC最最多多为为0.33%0.33%如下图如下图 转变过程：转变过程：LL+LL+Fe Fe3 3C C 匀晶转变多晶型转变脱溶沉淀匀晶转变多晶型转变脱溶沉淀 2024/5/435工业纯铁室温组织图（工业纯铁室温组织图（200200）2024/5/4362024/5/437（2 2）共析钢共析钢共析钢（共析钢（WcWc=0.77%=0.77%）冷却曲线如图：冷却曲线如图：室室温温组组织织为为P P（+FeFe3 3C C），P P呈呈层层片片状状，是是和和FeFe3 3C C的的层层片片交交替替重重叠叠的的机机械械混混合合物物。如如图图7.537.53图中的白色片状为图中的白色片状为，黑色片状为，黑色片状为FeFe3 3C C。过过程程如如下下：LL+P+PLL+P+P（+FeFe3 3C C）匀晶转变共析转变脱溶沉淀匀晶转变共析转变脱溶沉淀 2024/5/4382024/5/4392024/5/440共析钢的室温组织（共析钢的室温组织（500500）2024/5/441（3 3）亚共析钢）亚共析钢 亚共析钢（亚共析钢（WcWc=0.0218=0.02180.77%0.77%）冷却曲线如图：冷却曲线如图：室室温温组组织织为为：+P P 如如图图7.567.56中中的的白白色色为为，黑黑色色片片状状为为P P。过程如下：过程如下：LL+LL+L+L+L+L+P P+P P（析出（析出FeFe3 3CC）匀晶转变包晶转变共析转变脱溶沉淀匀晶转变包晶转变共析转变脱溶沉淀 特特别别需需注注意意：室室温温组组织织为为+P P，由由于于是是发发生生在在共共析析转转变变之之前前，我我们们称称为为先先共共析析铁铁素素体体。共共析析转转变变之之前前+和和的的相相对对量量(即即共共析析转转变变后后和和P P的的相相对对量量)可可通通过过杠杠杆杆法法则则来计算。来计算。2024/5/4422024/5/4432024/5/444亚共析钢的室温组织（亚共析钢的室温组织（200200）2024/5/445（4 4）过共析钢过共析钢 过共析钢（过共析钢（WcWc=0.77=0.772.11%2.11%）冷却曲线如图：冷却曲线如图：室室温温组组织织为为：P+P+FeFe3 3CC，如如图图7.577.57中中的的白白色色为为网网状状FeFe3 3CC，暗黑色为，暗黑色为P P。过程如下：过程如下：LL+FeLL+Fe3 3CC P+Fe P+Fe3 3C C 匀晶转变共析转变脱溶沉淀匀晶转变共析转变脱溶沉淀 2024/5/4462024/5/4472024/5/448过共析钢的室温组织（过共析钢的室温组织（500500）2024/5/449（5 5）共晶白口铸铁）共晶白口铸铁共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（WcWc=4.30%=4.30%）冷却曲线如图冷却曲线如图 液相冷至液相冷至1 1点，发生共晶转变：点，发生共晶转变：L4.30L4.302.112.11+FeFe3 3C C 此此共共晶晶体体成成为为莱莱氏氏体体(Ld(Ld：+Fe+Fe3 3C)C)，温温度度降降至至PSKPSK线线发发生生共共析析转转变变形形成成P P，共共析析转转变变结结束束后后组组织织为为FeFe3 3C+C+P P+FeFe3 3CC，称称为为低低温温莱莱氏氏体体(变变态态莱莱氏氏体体)，用用LdLd表表示。示。室温组织为：室温组织为：LdLd（P+FeP+Fe3 3C+FeC+Fe3 3C C）过过程程如如下下：LL+LL+LdLd（+Fe+Fe3 3C C）LdLdLdLd（+Fe+Fe3 3C+FeC+Fe3 3C C）LdLd（P P+Fe+Fe3 3C+FeC+Fe3 3C C）共晶转变共析转变脱溶沉淀共晶转变共析转变脱溶沉淀 2024/5/450共晶白口铸铁组织图（共晶白口铸铁组织图（200200）2024/5/451（6 6）亚共晶白口铸铁）亚共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁（亚共晶白口铸铁（WcWc=2.11=2.114.30%4.30%）冷却曲线如图：冷却曲线如图：室温组织为：室温组织为：FeFe3 3C C+LdLd+P +P，其组织如图，其组织如图7.597.59 过程如下：过程如下：LL+L+LL+L+LdLd+Ld+Ld +Fe+Fe3 3C C+Ld+Fe+Ld+Fe3 3C C+Ld+P+Ld+P FeFe3 3C C+LdLd +P +P 匀晶反应共晶转变脱溶转变共析反应匀晶反应共晶转变脱溶转变共析反应 2024/5/452亚共晶白口铸铁组织图（亚共晶白口铸铁组织图（200200）2024/5/453（7 7）过共晶白口铸铁）过共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁（过共晶白口铸铁（WcWc=0.77=0.772.11%2.11%）冷却曲线如图：冷却曲线如图：室室温温组组织织为为：FeFe3 3C C+LdLd ，其其组组织织如图如图7.607.60 过程如下：过程如下：LL+FeLL+Fe3 3C CFeFe3 3C C+Ld+Ld FeFe3 3C C+LdLd 匀匀晶晶反反应应共共晶晶转转变脱溶转变共析反应变脱溶转变共析反应 2024/5/454过共晶白口铸铁组织图（过共晶白口铸铁组织图（200200）2024/5/455注意区别组织中的渗碳体注意区别组织中的渗碳体一次渗碳体一次渗碳体 FeFe3 3C C：共晶渗碳体共晶渗碳体 FeFe3 3C C：二次渗碳体二次渗碳体 FeFe3 3C C：共析渗碳体共析渗碳体 FeFe3 3C C：二次渗碳体二次渗碳体 FeFe3 3C C：2024/5/4567.Wc7.Wc对铁碳合金的组织和性能的影响对铁碳合金的组织和性能的影响-A-A 随随着着含含碳碳量量的的增增加加,FeFe、C C合合金金的的组组织织发发生生下下列列变变化化：+FeFe3 3C C +P P P P P+FeP+Fe3 3C C FeFe3 3C C+Ld+Ld+P+P LdLd Fe Fe3 3C C+LdLd 称为称为组织组成物组织组成物 所所有有Fe-FeFe-Fe3 3C C合合金金的的室室温温组组织织都都是是由由铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体FeFe3 3C C两两相相组组成成，因因此此，把把铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体称称为为Fe-FeFe-Fe3 3C C合合金金的的相相组成物组成物。注注：随随着着WcWc的的增增加加，FeFe、C C合合金金中中的的量量逐逐渐渐减减少少，FeFe3 3C C的的量量逐逐渐渐增增多多，其其变变化化呈呈线线性性关关系系。所所有有FeFe、C C合合金金都都是是由由和和FeFe3 3C C组组成成，两两个个相相的的相相对对量量可可由由杠杠杆杆法法则则来来求求得得。随随碳碳含含量量的的增增加加，W WFe3CFe3C增增加加，FeFe3 3C C形形态态也也发发生生变变化化，由由片片状状及及球球状状形形式式分分布布在在基基本本内内(P)(P)，FeFe3 3C C进进一一步步成成网网状状分分布布在在晶晶界界上上，当当LdLd形成时，形成时，FeFe3 3C C又成为基体。又成为基体。2024/5/457含碳量与含碳量与Fe-FeFe-Fe3 3C C合金相组成物相对量、合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系组织组成物相对量的关系2024/5/4587.Wc7.Wc对铁碳合金的组织和性能的影响对铁碳合金的组织和性能的影响-B-B F F为为软软韧韧相相，FeFe3 3C C为为硬硬脆脆相相，故故FeFe、C C合合金金的的力力学学性性能能取取决决于于和和FeFe3 3C C两两相相的的相相对对量量及及它它们们的的相相互互分分布布特特征征。珠珠光光体体的的强强度度比比高高，比比Fe3CFe3C低低，而而P P的的韧韧性性和和塑塑性性比比低低，比比FeFe3 3C C高高，而而且且P P的的强强度度随随P P片片间间距距的的减减小小而而增增大大。在在钢钢中中FeFe3 3C C是是一一种种强强化化相相，随随钢钢中中WcWc的的增增加加使使FeCFeC合合金金强强度度升升高高，当当WcWc超超过过0.77%0.77%后后，先先消消失失而而FeFe3 3C C出出现现，合合金金强强度度增增加加变变缓缓；当当WcWc达达到到0.90%0.90%时时，由由于于沿沿晶晶界界上上形形成成网网状状分分布布，强强度度开开始始迅迅速速下下降降，当当达达到到2.11%2.11%时时，出出现现LdLd，强强度度降降到到最最低低。钢钢的的塑塑性性完完全全由由来来提提供供，WcWc的的增增加加使使减减少少，塑塑性性和和韧韧性性显显著著下下降降，当当基基体体为为FeFe3 3C C后后，塑塑性性就就接接近近于于0 0。为为保保证证钢钢有有足足够的强度和适当的韧性配合，其够的强度和适当的韧性配合，其WcWc一般不超过一般不超过1.31.31.4%1.4%。对于白口铸铁，组织中存在大量的对于白口铸铁，组织中存在大量的LdLd，而，而LdLd是以是以FeFe3 3C C为基的硬脆组织，因此白口铸铁具有很大的脆性。但由为基的硬脆组织，因此白口铸铁具有很大的脆性。但由于大于大FeFe3 3C C存在，铸铁的硬度和耐磨性很高。存在，铸铁的硬度和耐磨性很高。2024/5/459WcWc对铁碳合金的性能的影响对铁碳合金的性能的影响2024/5/460二、二、Al2O3SiO2Al2O3SiO2系的组织和性能系的组织和性能 SiO2Al2O3SiO2Al2O3是是陶陶瓷瓷中中最最重重要要的的二二元元系系，其其相相图图如如图图7.497.49。该该相相图图内内有有三三个个化化合合物物：两两端端SiO2SiO2多晶型，请参考表多晶型，请参考表7.2 7.2 Al2O3(Al2O3(刚玉刚玉)菱方点阵菱方点阵 中间莫来石：成分在中间莫来石：成分在W=72W=7278%78%之间，单斜之间，单斜三个恒温转变：包晶转变：三个恒温转变：包晶转变：L+Al2O3L+Al2O3莫来石莫来石 共晶转变：共晶转变：LSiO2+LSiO2+莫来石莫来石 调幅分解：调幅分解：SiO2SiO2和莫来石自动分离和莫来石自动分离SiO2Al2O3SiO2Al2O3二元系主要用于耐火材料制品二元系主要用于耐火材料制品。2024/5/461三、三、CuZnCuZn合金相图合金相图 CuCu和和Zn Zn 可形成一系列不稳定的化合物可形成一系列不稳定的化合物 四、四、CuCuSnSn合金相图合金相图 CuCuSnSn 间形成一系列不稳定化合物间形成一系列不稳定化合物2024/5/462