相平衡与相图原理课件.ppt

1、第八章相平衡与相图原理1 1匀晶相图匀晶相图2 2共晶相图共晶相图3 3包晶相图包晶相图4 4共析相图共析相图相图相图（平衡图、状态图）（平衡图、状态图）平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+纯铜纯铜熔点熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区abcdT,CtL

2、 L L匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+12acba1b1c1T1T21.1.在两相区内，对在两相区内，对应每一确定的温度，应每一确定的温度，两相的成分是确定的。两相的成分是确定的。2.2.随着温度的降低，随着温度的降

3、低，两相的成分分别沿液两相的成分分别沿液相线和固相线变化。相线和固相线变化。杠杆定律杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠杆定律推论：在两杠杆定律推论：在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1T1时两相在合金时两相在合金b b中的相中的相对质量各为对质量各为Q QL L/Q/QH H=b=b1 1c c1 1/a/a1 1c c1 1Q Q/Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1-=1-Q QL L/Q/QH HCuNiNi%T,C20406080100100011001200130014001500

4、10831455L L+ac30a1b1c11280 C解：作成分线和温度线如图。6618根据杠杆定律推论，Q Q /Q QH H =a a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。PbSnSn%T,C铅-锡合金共晶相图液相线液相线L固相线固相线 +L+L+固溶线固溶线 固溶线固溶线PbSnT,CL +L+L+共晶反应线共晶反应线表示从表示从c点到点到e点点范围的合金，在范围的合金，在该温度上都要发该温度上都要发生不同程度上的生不同程度上的共晶反应。共晶反应。ce共晶点共晶点表示表示d点成分的合点成分的合

5、金冷却到此温度金冷却到此温度上发生完全的共上发生完全的共晶转变。晶转变。dLd c+ePbSnT,CL +L+L+183ced 共晶转变在恒温下进行。共晶转变在恒温下进行。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。cefgX1T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1234PbSnT,CL +L+L+183cedT,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1.没有共晶反应过程，没有共晶反

6、应过程，而是经过匀晶反应形成而是经过匀晶反应形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反应，要经过脱溶反应，室温室温 组织组成物组织组成物为为 +组织组成物组织组成物组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶体共晶体冷却曲线冷却曲线(+)PbSnT,CL +L+L+183cedX3T,CtLL+(+)+12(+)+PbSnT,CL +L+L+183cedL+(+)+包晶转变包晶转变：Ld+c ePtAgAg%T,C铂-银合金包晶相图L +L+L+cedfgT,CtLL+L+4.4.共析相图共析相图共析转变共析转变：(+)共析体共析体ABT,C

7、 +cedL+L1.合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系2.固溶体中溶质浓度固溶体中溶质浓度 强度、硬度强度、硬度 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。铸造性能铸造性能液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。则流动性好，不易形成分散缩孔。锻造、轧制性能锻造、轧制性能单相固溶体合金，单相固溶体合金，变形抗力小，变形均匀，变形抗力小，变形均匀，不易开裂。不易开裂。1 1铁碳相图铁碳相图2 2结晶过程结晶

8、过程3 3成分成分-组织组织-性能关系性能关系 4 4Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图的应用相图的应用(1)Fe-Fe(1)Fe-Fe3 3 C C相图的组元相图的组元 Fe Fe Fe Fe、-Fe(bcc)-Fe(bcc)和和-Fe(fcc)-Fe(fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。强度、硬度低，韧性、塑性好。Fe Fe3 3 C C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2)Fe-Fe(2)Fe-Fe3 3 C C相图的相相图的相 Fe Fe3 3 C C（Cem Cem，Cm Cm，渗碳体），渗碳体）复杂晶体结构复杂晶体结构 液相液相 L L

9、 相相 （高温铁素体（高温铁素体 ）Fe Fe（C C）固溶体）固溶体 相（相（A A，奥氏体），奥氏体）-Fe-Fe（C C）固溶体）固溶体 相相 （F F，铁素体），铁素体）-Fe -Fe（C C）固溶体）固溶体液相线ABCD固相线AHJECF包晶线 HJB，包晶点 J 共晶线 ECF，共晶点CL4.3(A2.11+Fe3C)高温莱氏体,Le或Ld共析线 PSK，共析点SA0.77(F0.02+Fe3C)珠光体,PES线：C在A中的固溶线PQ线：C在F中的固溶线Fe-C 合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C%0.0218%C%0.0218%钢钢 0.0218%0.0218%C%2.11%C

10、%2.11%亚共析钢亚共析钢 0.77%0.77%共析钢共析钢 0.77%0.77%过共析钢过共析钢 0.77%0.77%白口铸铁白口铸铁 2.11%2.11%C%C%6.69%6.69%亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3%4.3%共晶白口铁共晶白口铁 4.3%4.3%过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3%4.3%类型类型亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢钢号钢号204560T8T10T12碳质量分数碳质量分数0.200.450.600.801.001.20几种几种常见常见碳钢碳钢室温组织室温组织F F +FeFe3 3C C(微量)500500室温组织室温组织:层片状层片状 P P (F

11、 F +共析共析 FeFe3 3C C )500500 P中各相的相对量：Fe3C%=(0.77 xF)/(6.69 xF)0.77 /6.69=12%F%1 12%=88%珠光体珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C 和 F 之间。室温组织室温组织:F F +P P，500500各组织组成物的相对量：P%=(0.4 0.0218)/(0.77 0.0218)51%F%1 51%=49%各相的相对量：Fe3C%0.4 /6.69=6%F%1 6%=94%室温组织室温组织:P P +FeFe3C CII 400400各组织组成物的相对量：Fe3CII%=(1.2 0.77)/(6.69 0

12、.77)7%P%1 7%=93%各相的相对量：Fe3CII%1.2/6.69=18%F%1 18%=82%室温组织室温组织:（低温）（低温）莱氏体莱氏体 Le Le （P P +FeFe3C CII+共晶共晶 FeFe3C C）,500500莱氏体莱氏体 Le Le的性能：的性能：硬而脆硬而脆室温组织室温组织:LeLe+P P +FeFe3C CII 200200室温组织室温组织:LeLe+FeFe3C CI 500500含碳量与相的相对量关系：含碳量与相的相对量关系：C C%F%F%，FeFe3 3C C%含碳量与组织关系：含碳量与组织关系：图（图（a a）和（）和（b b）含碳量与性能关系

13、含碳量与性能关系HBHB：取决于相及相对量：取决于相及相对量强度：强度：C%=0.9%C%=0.9%时最大时最大塑性、韧性：随塑性、韧性：随C%C%而而钢铁选材钢铁选材：相图：相图性能性能用途用途局限性局限性 相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。铸件选材和确定浇注温度铸件选材和确定浇注温度确定锻造温度确定锻造温度(在在 A A 区）区）制定热处理工艺制定热处理工艺第四节 三元相图等边三角型顺时针坐标BCA A%B%C%C A%B%C%1）过O作A角对边的平行线2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量O3）同理求组元B、C的含量9080706

14、05040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%II 点：A%=60%B%=30%C%=10%908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%IIII点：A%=20%B%=50%C%=30%908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%IIIIII 点：A%=20%B%=20%C%=60%90807060504030201010203040506070809010203040506070

15、8090 A%B%C%IVIV 点：A%=40%B%=0%C%=60%908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%：20%A-50%B-30%C：20%A-20%B-60%C：40%A-0%B-60%CIIIIIIV A%B%C%PQ含对角组元浓度相等9080706050

16、40302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%A%B%C%a1a2c2c1a1a2FE常数22221111%BcCaBcBaBcBaBcCaCA908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%75%2531BC投影到任何一边上，按二元杠杆定律计算WWRRfegfeffgBCA A%B%C%efge f g RBCA A%B%C%efd%100%adRdWWwR%100%eReWWwR%100%fRfWWwRR组元B的含量很少 成分点靠近AC边 按比例放大AB、BC边

17、ABCAC%B%原点为基体组元A纵、横坐标为组元B和CB、C的浓度可以直接读出 A的浓度不能直接读出组元A占绝大多数时N ：由液相直接结晶出单相固溶体的转变（相变）组元晶体结构相同、原子尺寸、电负性相似组元在液相、固相均可完全互溶T（）ABL L BCABCABCA 由液相线演化而来 由固相线演化而来单相区：单相区：L、双相区：双相区：L+（二维平面图）（三维立体图）BCALL t1t2BCABCALL+LL+BCACBCA TAETS TAMENTS MF、NG M-E-N E M、NT（）PbSnLL L TA TS M E N F G 183T（）ABCAABBCABCCABCABCAB

18、CABL A+CL A+BL B +C CABCABCABCABCABCABCABCABCABL AL BL Ce1e e3e2ABCL BL AL Ce1E1e2E2e3E3L AL BL CCABe1e e3e2L A+CL A+BL B+CABCCABA+B+CL A+B +C ABCA+B+CL A+B +C A+B+CL A+B +CCABe1e e3e2ABCe1E1e2E2e3E3CABABCCABL A+CL A+BL B+CL A+BL B +C L A+CABCCABL A+CL A+BL B +C ABCCABe ABCABCCAB三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结C

19、AB三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结CAB三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结CAB三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结CAB三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结CAB三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结（二维平面图）（三维立体图）L A+B+CCABABCLA+B+CA+B+C(A+B+C)CABABCLA+B+CA+B+C(A+B)+(A+B+C)L A+BL A+B+CCABABCLA+B+CA+B+CA初+(A+B+C)L AL A+B+CL ACABABCLA+B+CA+B+CA初+(A+B)+(A+B+C)L A+BL A+B+CABC三 元 简 单 共 晶 相 图 平衡结晶产物 小结ABC三 元 简 单 共 晶 相 图 平衡结晶产物 小结CABABCABCCABABCCABABCCABCABABCCABABC