结构特点:
①典型成分可用化学分子式表示。
铁碳合金中的Fe3C
②具有与组成组元不同的结构类型。组元独立成晶。
③大部分可以化合物为基，形成固溶体，成分可变。
性能: 一般较硬、脆
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三、机械混合物
液态金属在平衡凝固时形成的两种固 溶体或固溶体加金属化合物的混合物(机械混合物)
单一固溶体：强度、硬度较低 单一化合物：硬而脆 机械混合物——不是一种单一相
Ni
70Cu
Cu
度 温
1083
Cu 时间
冷却曲线
L
1452
L+α
α
30
50
70
Ni
W（Ni）％
相图
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二、匀晶相图
匀晶相图——两组元的合金系在液态下无限互溶， 在固态下也无限互溶，所组成的相图。
1、铜镍合金相图相区分析
液相线tAa2aa1tB：开始结晶的温度线。 固相线tAb2cb1tB ：结晶终止线。 由线包围的区域称为相区
单相区：液相线以上为液体L 固相线以下为固溶体α
双相区：固液相线之间L、α两相 同时共存，以L+α表示
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二、匀晶相图 2 、合金的结晶过程 匀晶转变的结晶过程：L→L+α →α
固溶体在平衡结晶过程中： 固相成分沿固相线变化 液相成分沿液相线变化
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二、匀晶相图
七个双相区
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三、相图分析
• 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 • 四条重要的线: EF、ES、GS、PSK。 • 两个重要转变: 共晶转变、共析转变。 • 两个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
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三、相图分析
共晶转变反应式:
LC 1148℃
间隙固溶体 固溶体分类
无限固溶体 按固溶度分
有限固溶体
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一、固溶体
1、置换型固溶体
溶质原子占据 晶格结点位置
2、间隙固溶体 定义：溶质原子进入溶剂晶格的间隙形成的固溶体。 溶质：原子半径较小的H,O,N,C,B等 溶剂：过渡族金属
R溶质 / R溶剂 ≤ 0.59
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3、合金的不平衡结晶与树枝状偏析
实际生产中冷速快，扩散和长大都不充分，先结晶 的部分与后结晶的部分成分有差异，这种结晶偏离了 平衡条件，称为非平衡结晶。
产 生
枝晶偏析（树枝状偏析、晶内偏析）
消 除
扩散退火
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三、共晶相图
共晶转变：一个液相在冷却过程中 同时结晶出两个结构不同的固相的转变。 即：L+
第三章 合金相图
3.1 合金的相结构 3.2 二元合金相图 3.3 铁碳合金相图
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3.1 合金的相结构
合金－两种以上的金属元素(或金属与非金属元素) 所形 成的具有金属特性的物质. 问题－合金中各元素如何分布？
组成合金的元素相互作用可形成不同的相 相－合金中成分相同，结构相同，并与其他部分有界面相互分 开的均匀组成部分。
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3.2 二元合金相图
概念： 合金相图是用图解的方法表示不同 温度及成分下合金系中各相的平衡 关系，又称平衡图或状态图。
相图主要研究合金相、成分、温度三者之间关系
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一、相图的建立(热分析法)
用热分析法建立Cu－Ni相图
70Ni
℃
30Ni
50Ni 30Cu 50Cu
合金中的相
固溶体 化合物
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纯铁内部结构示意图
Al-Cu两相合金
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一、固溶体
溶质原子处于固态(金属)溶剂晶格中所形成 的
合金相称为固溶体
溶剂A + 溶质B = C
bcc
fcc
bcc
例如:
α – Fe + C = F
( 铁素体 )
体心
六方
体心
上Hale Waihona Puke 页下一页返回一、固溶体
置换式固溶体 按溶质原子所占位置
（4）合金Ⅳ（ 过共晶合金） 成分在共晶点以右
思考：
过共晶合金 的结晶过程
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第三节 铁碳合金相图
铁碳合金：铁和碳两种元素组成的合金。
铁碳相图：研究钢铁成分、组织和性能
之间关系的理论基础，制 定
热加工工艺的依据。
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一、 相的种类
（1）铁素体 碳在-Fe中形成的固溶体，
使组织组分与相应的相组分相呼应，才能进而应 用
杠杆定律近似计算组织组分的相对百分含量。
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F + Fe3C
Ld`+P＋Fe3CⅡ Ld` Ld`+Fe3CⅠ
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• 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
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• 2、含碳量对力学性能的影响
• 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高，塑 性、韧性下降。
• 0.77%C时，组织为100%P，
钢的性能即P的性能。
莱氏体：硬而脆
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3、杠杆定律及其应用
温
度
L
a
TL Tn TS
S
Qs
QL
A acb
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杠杆定理
QS + QL = 1 aQS + bQL = c
QL=(ac／ab) 100%
QS=(bc／ab) 100%
b
平衡结晶时，可由杠杆 定律确定两平衡相的
B 成分和重量比。
共晶体：共晶转变所得的两相机械混合物。
共晶相图：具有共晶转变的相图。
如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu和Mg-Al等。
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1、Pb－Sn合金相图分析
• ⑴ 相：L、、
——Sn在 Pb中的固溶体， ——Pb 在Sn中的固溶体。
⑵ 相区：
单相区： L、、；
T1到T2从液体中完全 结晶出固溶体，T2到T3 成分不变。T3以下析出 固溶体，称为次生固溶体。
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（2） 合金Ⅲ（共晶合金） E点为共晶点，发生共晶反应：E以下析出次生相
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共晶组织模型
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（3）合金Ⅱ（ 亚共晶合金）
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A
两相区： L+、 L+、 +
B
三相区：水平线CED， L++
⑶ 液固相线：液相线AEB，固相 线ACEDB。 ⑷ 固溶线：溶解度点的连线称 固溶线。相图中的CF、 DG线分 别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的固溶 线。
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2、典型合金的结晶过程
（1） 合金Ⅰ（端际固溶体）
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1.共析钢 (wc =0.77%)
4
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2、亚共析钢[0.0218%< wc <0.77%]
4
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3、过共析钢[0.77 %< wc < 2.11 %]
4
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3、过共析钢[0.77 %< wc < 2.11 %]
过共析钢组织金相图
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含1.4%C钢的组织
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3、过共析钢[0.77 %< wc < 2.11 %]
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4、共晶铸铁
4
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室温平衡组织： Ld′（P+Fe3C）
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4、共晶铸铁
亚共晶铸铁：P+ Fe3CⅡ+ Ld′ 过共晶铸铁：Fe3CⅠ+Ld′
思考题：
分析亚共晶和过共晶铸铁的结晶过程， 绘出它们的室温组织结构。
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★含碳量对机械性能的影响
珠光体P：为F+Fe3C的混合物，呈层片状，由 于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；
亚共析钢：由F+P组成，随碳量增加，珠光体 量增加，强度性能
过共析钢：P+ Fe3CII组成，当含碳量1%， Fe3CII断续分布在晶界处，强度性能；当含碳 量>1%， Fe3CII呈网状分布在晶界处，强度性 能
共析转变反应式:
AS 727℃
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( AE + Fe3C ) ( FP + Fe3C )
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A T°
G
Fe - FEeCF3线C:共相晶图转变
匀晶相图
L L→L共d(晶A+相Fe3图C)
D
G不S线同（成A分3的L）+A开：A始冷析却出时
A
铁素体F的温度线
E
P1S1K4线8℃(A1线）C:共析转变L+ Fe3CⅠ
亚共析钢: 含碳0.0218 ～ 0.77% 共析钢: 含碳0.77% 过共析钢: 0.77 ～ 2.11% •白口铸铁:含碳2.11 ～ 6.69%, 可分为三种: 亚共晶白口铁:含碳2.11 ～ 4.3% 共晶白口铁:含碳4.3% 过共晶白口铁:含碳4.3 ～ 6.69%