第四章：二元相图课件.ppt

1、第四章：二元相图第四章：二元相图 复习合金、组元、相、相结构（固溶体、化合物）复习合金、组元、相、相结构（固溶体、化合物）纯金属结晶纯金属结晶单相。单相。相图：相图：以温度为纵坐标，成分为横坐标，反映不同成分的合金以温度为纵坐标，成分为横坐标，反映不同成分的合金在任意温度下所处的平衡相状态的图解。在任意温度下所处的平衡相状态的图解。相图相图状态图，平衡状态图状态图，平衡状态图。平衡：平衡：合金从液态（高温）到室温是在极其缓慢的条件下完成的。合金从液态（高温）到室温是在极其缓慢的条件下完成的。相图用途：相图用途：帮助认识相的变化规律帮助认识相的变化规律 计算任意合金在不同温度下相和组织含量。计算

2、任意合金在不同温度下相和组织含量。帮助制定热加工工艺：帮助制定热加工工艺：a.铸造铸造、b.锻造、锻造、c.热处理热处理 第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 411相图的表示方法相图的表示方法 相图反映的是相的平衡状态，是在极其缓慢冷却条件下测定相图反映的是相的平衡状态，是在极其缓慢冷却条件下测定的，以温度为纵坐标，的，以温度为纵坐标，成分为横坐标。成分为横坐标。以以Pb-Sn二元合金相图为例说明。二元合金相图为例说明。温度：纵坐标温度：纵坐标 成分：横坐标，用重量百分数表示成分：横坐标，用重量百分数表示例例“10”表示：含表示：含Sn=10%，含，含Pb=90

3、%相区用一些字母表示：相区用一些字母表示：如：如：L-表示液相区表示液相区 L+-表示液相和固相（表示液相和固相（）两相区）两相区 相区交界线：相区交界线：例例AE线，线，L与与L+交界线交界线 AEB线：液相线线：液相线 AMENB线：固相线线：固相线 表象点：标图上任意一点，反映给定成分合金在一定温度下所具有的相的状态。表象点：标图上任意一点，反映给定成分合金在一定温度下所具有的相的状态。第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 412二元合金相图的建立二元合金相图的建立 实验测定实验测定.测定原理：合金发生相变时，会导致物理、力学性能变化及结构变化。测定原理：合

4、金发生相变时，会导致物理、力学性能变化及结构变化。测定方法：（复杂相图需用几种方法结合）测定方法：（复杂相图需用几种方法结合）热分析法热分析法 电阻法电阻法 硬度法硬度法 膨胀法膨胀法 金相法金相法 x-射线检测法射线检测法 磁性法磁性法 第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 412二元合金相图的建立二元合金相图的建立 测定方法：测定方法：以以Pb-Sn二元相图为例，说明相图建立过程。二元相图为例，说明相图建立过程。采用热分析法测冷却曲线。采用热分析法测冷却曲线。依据：相变时放热，冷却曲线上有拐点。依据：相变时放热，冷却曲线上有拐点。测定步骤：（结合黑板）测定步骤

5、：（结合黑板）配置几组不同成分的合金。配置几组不同成分的合金。测定上述合金各自冷却曲线。测定上述合金各自冷却曲线。确定各曲线上的拐点（临界点）温度。确定各曲线上的拐点（临界点）温度。将临界点引入相图的相应位置，将具有相同意义的点连接起来。将临界点引入相图的相应位置，将具有相同意义的点连接起来。用字母表示不同相的名称，填入不同相区。用字母表示不同相的名称，填入不同相区。第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 413相律及杠杆定律相律及杠杆定律 1相律及应用相律及应用 相律作用：帮助分析使用相图 判断相图是否正确（1）相律概念：）相律概念：表示在相平衡状态下，系统的自由

6、度数，组元数和相数之间的关系。表示在相平衡状态下，系统的自由度数，组元数和相数之间的关系。表达式：表达式：f=C-P+2 f:自由度数；自由度数；C:组元数；组元数；P:相数；相数；2：温度、压力。：温度、压力。合金结晶、固态相变是在恒压下进行（压力影响小）合金结晶、固态相变是在恒压下进行（压力影响小）f=C-P+1 第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 413相律及杠杆定律相律及杠杆定律 1相律及应用相律及应用 相律表达式：相律表达式：f=C-P+1 自由度自由度f:当合金相数固定时，合金相可以独立改变的、影响当合金相数固定时，合金相可以独立改变的、影响合金状态

7、的内、外因素的数目。合金状态的内、外因素的数目。内因：成份；外因：温度。内因：成份；外因：温度。最大自由度数：最大自由度数：纯金属：纯金属：1个个温度可变（成份不可变）温度可变（成份不可变）二元合金：二元合金：2个个温度，一个成分温度，一个成分 三元合金：三元合金：3个个温度，两个成分。温度，两个成分。当当f=0时，温度、成分都固定。时，温度、成分都固定。第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 413相律及杠杆定律相律及杠杆定律 1相律及应用相律及应用（2）相律应用：）相律应用：以以Pb-Sn合金为例说明：合金为例说明：纯金属在恒温下结晶。纯金属在恒温下结晶。在熔点

8、，液相、固相共存。在熔点，液相、固相共存。f=1-2+1=0 合金在两相区，当温度一定时，两相成分固定。合金在两相区，当温度一定时，两相成分固定。f=2-2+1,只有一个独立变量。只有一个独立变量。例例x成分：成分：C=2;P=2当当t固定：液相成分为固定：液相成分为x1;固相成分为固相成分为x2.也说明二元合金在一定温度范围内结晶。也说明二元合金在一定温度范围内结晶。当二元合金出现三相平衡时，成分、温度均恒定。当二元合金出现三相平衡时，成分、温度均恒定。f=C-P+1=2-3+1=0 例：相图中在例：相图中在183，三相：，三相：、L、平衡，其成分分别为平衡，其成分分别为M、E、N点。点。可

9、确定合金系中最多平衡相数。可确定合金系中最多平衡相数。令：令：f=0 得：得：P=C+1 纯金属：纯金属：Pmax=2;二元合金：二元合金：Pmax=3;三元合金：三元合金：Pmax=4 第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 413相律及杠杆定律相律及杠杆定律2.杠杆定律：杠杆定律：问题提出：问题提出：当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的相对重量是多少？当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的相对重量是多少？例：例：45钢（含钢（含C=0.45%）,铁素体（铁素体（F）和）和Fe3C两相各占多少？两相各占多少？当二元合金两相相对重量已知时，合金成分是多少？当二

10、元合金两相相对重量已知时，合金成分是多少？例：金相观察：例：金相观察：F:95%;Fe3C：5%；求钢的含碳量？；求钢的含碳量？杠杆定律可以解决此类问题。杠杆定律可以解决此类问题。以以Cu-Ni二元合金相图说明：二元合金相图说明：第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 413相律及杠杆定律相律及杠杆定律2.杠杆定律：杠杆定律：以以Cu-Ni二元合金相图说明：二元合金相图说明：计算成分为计算成分为x的合金在的合金在t1时，时，L和两相的相对重量。和两相的相对重量。根据相律：在根据相律：在t1时，时，L和和两相成分分别为两相成分分别为CL,C.。设：合金总重量为设：合金

11、总重量为1，液相重为，液相重为WL,相重相重W 则有：则有：WL+W=1 WLxCL+Wx C=C(液相含液相含Ni量量+固相含固相含Ni量量=合金含合金含Ni量量)解得：解得：arrbClCCCWWl推导见板书推导见板书第四章：二元相图第四章：二元相图 41相图的基本知识相图的基本知识 413相律及杠杆定律相律及杠杆定律2.杠杆定律：杠杆定律：*杠杆定律适用于任何二元相图两相区两相重量的计算。杠杆定律适用于任何二元相图两相区两相重量的计算。在单相区，其相占100%（二元相图的几何规律，后面讲解）arrbClCCCWWl第四章：二元相图第四章：二元相图 42二元相图的基本类型二元相图的基本类型

12、基本类型：基本类型：a.匀晶型匀晶型 b.共晶型共晶型 c.包晶型包晶型（复杂相图都由简单类型组合而成）（复杂相图都由简单类型组合而成）第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。表达：表达：L匀晶相图：当合金在液态和固态均为无限互溶时构成的相图。匀晶相图：当合金在液态和固态均为无限互溶时构成的相图。二元匀晶系：二元匀晶系：Cu-Ni;Au-Ag;Cu-Au(fcc)Cr-Mo;-Fe-Cr;-Fe-V(bcc)第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图1相图分析相图分析(以以Cu-Ni合

13、金为例合金为例)：A点：纯铜熔点(1083)；B点：纯镍熔点(1462)；-液相线；-固相线 所有合金都在一定温度范围内完成结晶。两相区，自由度f=2-2+1=1第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图2.固溶体合金平衡凝固及组织。固溶体合金平衡凝固及组织。平衡凝固：极其缓慢冷却，凝固每一阶段平衡凝固：极其缓慢冷却，凝固每一阶段都达到平衡。都达到平衡。（1）合金结晶过程。）合金结晶过程。以以30%Ni(70%Cu)合金为例：合金为例：在在t1温度温度:开始结晶出含开始结晶出含Ni为为1 1成分的晶核（成分的晶核（Ni多，多，Cu少）少）在在t2温度：温度：液相平衡成分为液相平衡

14、成分为L2点，点，相平衡成分为相平衡成分为2 2点。点。t3温度结晶结束。各部分成分均匀，为含温度结晶结束。各部分成分均匀，为含30%Ni的的固溶体。固溶体。平衡结晶，极其缓冷，平衡结晶，极其缓冷，L和和中的中的Cu、Ni原子有充分的扩散时间。原子有充分的扩散时间。第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图2.固溶体合金平衡凝固及组织。固溶体合金平衡凝固及组织。结晶过程示意图结晶过程示意图第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图2.固溶体合金平衡凝固及组织。固溶体合金平衡凝固及组织。（2）结晶规律：）结晶规律：形核形核 长大长大（3）结晶条件）结晶条件需过冷，提供

15、驱动力。需过冷，提供驱动力。结构起伏结构起伏-提供晶胚。提供晶胚。能量起伏能量起伏-补偿形核功。补偿形核功。成分起伏（浓度起伏）：在任一瞬间，液相中某些成分起伏（浓度起伏）：在任一瞬间，液相中某些微小体积成分偏离于均匀成分，这些微小体积成分、微小体积成分偏离于均匀成分，这些微小体积成分、尺寸、位置在不断变化。尺寸、位置在不断变化。第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图2.固溶体合金平衡凝固及组织。固溶体合金平衡凝固及组织。（4）固溶体结晶特点（与纯金属相比）固溶体结晶特点（与纯金属相比）异分结晶异分结晶结晶时，结晶出的晶体成分不同于母体成分称为异分结晶。结晶时，结晶出的晶体成

16、分不同于母体成分称为异分结晶。对对Cu-Ni合金：先结晶部分富合金：先结晶部分富Ni;后结晶部分富后结晶部分富Cu.平衡分配系数：平衡分配系数：在一定温度下，固在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比。液两平衡相中溶质浓度之比。用用K0=若把液、固相线看成直线，则若把液、固相线看成直线，则K0=常数（可用相似三角形证明）常数（可用相似三角形证明）当当K01时，时，K0越大，则液、固相线距离越大，所需成分起伏越大越大，则液、固相线距离越大，所需成分起伏越大第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图2.固溶体合金平衡凝固及组织。固溶体合金平衡凝固及组织。（4）固溶体结晶特点（与纯金属

17、相比）固溶体结晶特点（与纯金属相比）在一定温度范围内结晶。在一定温度范围内结晶。随随T,固相固相，液相，液相，两相成分分别沿固相线，液相，两相成分分别沿固相线，液相线变化。线变化。溶质、溶剂不断扩散，在两相中不断重新分配。只在极其溶质、溶剂不断扩散，在两相中不断重新分配。只在极其缓冷情况下，才能结晶出成分均匀的固溶体。缓冷情况下，才能结晶出成分均匀的固溶体。第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图3固溶体合金的非平衡结晶及组织。固溶体合金的非平衡结晶及组织。实际铸件，结晶时冷速较快，原子不能充分扩散，结晶后各处化学成实际铸件，结晶时冷速较快，原子不能充分扩散，结晶后各处化学成分

18、不均匀。分不均匀。以以Cu-Ni合金为例：合金为例：在在T下，下，t1下开始结晶出下开始结晶出1；t2下结晶出下结晶出2 原子不能充分扩散（尤其在固相中）原子不能充分扩散（尤其在固相中）先结晶富先结晶富Ni;后结晶富后结晶富Cu.成分不均匀成分不均匀-偏析偏析。第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图3固溶体合金的非平衡结晶及组织。固溶体合金的非平衡结晶及组织。（1）晶内偏析：）晶内偏析：概念：由于不平衡结晶，使固概念：由于不平衡结晶，使固溶体晶粒内部化学成分不均匀现象溶体晶粒内部化学成分不均匀现象,称为晶内称为晶内偏析偏析.由于结晶成树枝状晶由于结晶成树枝状晶-枝晶偏析枝晶偏

19、析 液、固相线距离越大，则偏析越液、固相线距离越大，则偏析越严重。严重。冷速越快，偏析越严重。冷速越快，偏析越严重。最大偏析程度最大偏析程度 Cd-C0=C0K0-C0=C0(K0-1)对对K01,K0越大，偏析越大，偏析 对对K01,K0越小，偏析越小，偏析 枝晶偏析对性能影响枝晶偏析对性能影响力学性能降低，尤其是塑性、韧性力学性能降低，尤其是塑性、韧性耐蚀性耐蚀性压力加工性压力加工性 消除枝晶偏析方法。消除枝晶偏析方法。高温扩散退火（均匀化退火）：将铸高温扩散退火（均匀化退火）：将铸件加热至固相线下件加热至固相线下100-200长期保温，长期保温，使溶质、溶剂原子相互扩散。使溶质、溶剂原子

20、相互扩散。第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图3固溶体合金的非平衡结晶及组织。固溶体合金的非平衡结晶及组织。（2）区域偏析）区域偏析实际铸件表面与心部化学成分不均匀现象宏观偏析。以K01为例(图示)先结晶溶质含量低（表面），后结晶溶质含量高（心部）。（3）区域提纯）区域提纯 从固溶体合金中提取纯金属。(图示)依据：非平衡结晶，会产生区域偏析。常采用区域熔炼法提纯金属。第四章：二元相图第四章：二元相图 421匀晶相图匀晶相图4成分过冷。成分过冷。纯金属结晶：在负的温度梯度下纯金属结晶：在负的温度梯度下-树枝晶。树枝晶。在正的温度梯度下在正的温度梯度下-平滑界面（平面长大）平滑

21、界面（平面长大）固溶体合金，即使在正的温度梯度下，也会形成树枝晶固溶体合金，即使在正的温度梯度下，也会形成树枝晶-是由于是由于成分过冷造成的。成分过冷造成的。（1）成分过冷概念：固溶体合金结晶时，由于液固界面前沿存在溶质）成分过冷概念：固溶体合金结晶时，由于液固界面前沿存在溶质浓度梯度而改变了过冷情况，称为成分过冷。浓度梯度而改变了过冷情况，称为成分过冷。（2）产生原因：产生原因：以以K01为例为例(图示说明图示说明)过冷度：界面前沿液相实际温度过冷度：界面前沿液相实际温度2.11%)Al-Si Al-Cu Ag-Cu第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图1.相图分析相图

22、分析 以以Pb-Sn二元合金相图为例：二元合金相图为例：三个单相区：三个单相区：L、：Sn溶入溶入Pb中固溶体中固溶体 :Pb溶入溶入Sn中固溶体中固溶体AEB-液相线液相线 E点：共晶合金点：共晶合金 AMNB-固相线固相线 ME之间：亚共晶之间：亚共晶;EN之间：过共晶合金之间：过共晶合金 MF-Sn在在Pb中溶解度曲线，随中溶解度曲线，随T,溶解度溶解度 NG-Pb在在Sn中溶解度曲线中溶解度曲线第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图1.相图分析相图分析 以以Pb-Sn二元合金相图为例：二元合金相图为例：最大特征：三相水平线：最大特征：三相水平线：f=2-3+1=0

23、 温度恒定，三相成分固定。温度恒定，三相成分固定。E点：共晶点点：共晶点第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（1）固溶体合金的结晶）固溶体合金的结晶 M点以左（点以左（），），N点以右（点以右（）以含以含Sn=10%的合金为例的合金为例1-2点，与匀晶结晶一样。点，与匀晶结晶一样。2-3点，为单相点，为单相。3点以下：从含点以下：从含Sn过饱和的过饱和的中析出中析出II。II-二次晶：常沿晶界析出；也可在晶内析出。二次晶：常沿晶界析出；也可在晶内析出。室温组织：室温组织：+II(画组织示意图画组织示意图)室温组织中两相相对重

24、量：室温组织中两相相对重量：第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（1）固溶体合金的结晶）固溶体合金的结晶以含以含Sn=10%的合金为例的合金为例室温组织：室温组织：+II越靠近越靠近M点，点，II含量越多含量越多 非平衡结晶同样也会产生枝晶偏析，区域偏析。，非平衡结晶同样也会产生枝晶偏析，区域偏析。，第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（2）共晶合金结晶过程）共晶合金结晶过程(61.9%Sn)在在183，由，由61.9%Sn的液相，同时结的液相，同时结晶出

25、晶出（19%Sn）和）和（97.5%Sn）两）两种固溶体。种固溶体。在在183下，从下，从中析出中析出II；从从中析出中析出II;但两相与其晶体但两相与其晶体，混在一起，难分辨。混在一起，难分辨。室温组织为：（室温组织为：（+）共晶体）共晶体第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（2）共晶合金结晶过程）共晶合金结晶过程(61.9%Sn)室温组织为：（室温组织为：（+）共晶体）共晶体共晶体中两相相对重量（在共晶体中两相相对重量（在183）：）：在室温下共晶体中两相相对重量（提问）在室温下共晶体中两相相对重量（提问）第四章：二元相

26、图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（3）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程 以含以含Sn=50%的亚共晶合金为例：的亚共晶合金为例：1点上：点上：L相相1-2点：点：L+:L相成分沿相成分沿AE变化。变化。相成分沿相成分沿AM变化。变化。当冷至当冷至2点（点（183），剩余），剩余L相成分达到相成分达到61。9%Sn,发生共晶转变。发生共晶转变。转变后，组织由先共晶相转变后，组织由先共晶相与共晶体（与共晶体（+）组成。）组成。在183组织相对重量：在在183以下，从先共晶以下，从先共晶中析出中析出II（在

27、显微镜下可见），从共晶体中析出的看不到（在显微镜下可见），从共晶体中析出的看不到室温组织：室温组织：+(+)+II 第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（3）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程 以含以含Sn=50%的亚共晶合金为例：的亚共晶合金为例：室温组织：室温组织：+(+)+II 室温组织相对量：室温组织相对量：第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（3）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程

28、以含以含Sn=50%的亚共晶合金为例：的亚共晶合金为例：室温组织：室温组织：+(+)+II 室温时室温时、两相的相对量：两相的相对量：第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织（3）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程）亚共晶合金及过共晶合金的结晶过程 过共晶合金结晶（同学分析）过共晶合金结晶（同学分析）室温组织：室温组织：+(+)+II 第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织 亚共晶合金、共晶合金及过共晶合金组织图对照亚共晶合金、共晶合金及过共晶合金组织图对照 第四

29、章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图2典型合金平衡结晶及组织典型合金平衡结晶及组织 在相图上填写组织组成物在相图上填写组织组成物 相图相图组织组成物图组织组成物图第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图3共晶组织的形态：共晶组织的形态：共晶：同时结晶出两相，两相交替形核、长大。共晶：同时结晶出两相，两相交替形核、长大。其形态可能有：层片状、棒状、球状、针状、螺旋状其形态可能有：层片状、棒状、球状、针状、螺旋状第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图4不平衡结晶及组织：不平衡结晶及组织：（1）伪共晶：）伪共晶：概念：在不平衡结晶条件下，

30、成分在共晶点附近的亚（过）共晶合概念：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚（过）共晶合金得到金得到100%共晶组织，这种共晶组织称为共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。伪共晶。根据合金系不同，有两种形式的伪共晶区。根据合金系不同，有两种形式的伪共晶区。a.以共晶点左右对称。以共晶点左右对称。熔点相差不大的金属与金属二元系：如：熔点相差不大的金属与金属二元系：如：Pb-Sn,Ag-Cub.伪共晶区偏向一侧：伪共晶区偏向一侧：熔点相差悬殊两组元，偏向高熔点一侧。熔点相差悬殊两组元，偏向高熔点一侧。金属金属-非（亚）金属，偏向金属一侧。非（亚）金属，偏向金属一侧。伪共晶：使合金强度、硬度提高。伪共

31、晶：使合金强度、硬度提高。a.相界面增多相界面增多 b.共晶片间距减小（过冷度越大，片间距越小）共晶片间距减小（过冷度越大，片间距越小）第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图4不平衡结晶及组织：不平衡结晶及组织：（2）离异共晶）离异共晶概念：在先共晶相很多，共晶组织甚少的情况下，有时共晶组织中与先共概念：在先共晶相很多，共晶组织甚少的情况下，有时共晶组织中与先共晶相相同的那一相，依附在先共晶相上长大，而把另一相推到晶界上。晶相相同的那一相，依附在先共晶相上长大，而把另一相推到晶界上。两两相分离。相分离。离异共晶：使性能恶化。（第二相沿晶界分布）离异共晶：使性能恶化。（第二

32、相沿晶界分布）如钢中：（如钢中：（F+FeS）少量共晶，）少量共晶，FeS沿晶分布沿晶分布,锻造易开裂锻造易开裂-“热脆热脆”消除办法：加热单相区，快冷。消除办法：加热单相区，快冷。第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.2共晶相图共晶相图4不平衡结晶及组织：不平衡结晶及组织：（3）比重偏析）比重偏析概念：在先共晶相与液相比重相差悬殊时，则结晶时，先共晶相上浮或下沉，概念：在先共晶相与液相比重相差悬殊时，则结晶时，先共晶相上浮或下沉，如：铸铁中石墨易上浮。如：铸铁中石墨易上浮。产生原因：产生原因：a.两组元比重相差大。两组元比重相差大。b.结晶区间大结晶区间大 c.冷速慢。冷速慢。消除办法：

33、消除办法：a.增大冷速。增大冷速。b.加入第三组元，使先共晶相密度与液相接近。加入第三组元，使先共晶相密度与液相接近。c.对流、搅拌。对流、搅拌。第四章：二元相图第四章：二元相图 4.2.3包晶相图包晶相图包晶反应（转变）：在恒温下，由液相和一个固相相互作用，生成包晶反应（转变）：在恒温下，由液相和一个固相相互作用，生成另一固相的反应过程。另一固相的反应过程。二元包晶相图：两组元在液态时完全互溶，在固态时形成有限固溶二元包晶相图：两组元在液态时完全互溶，在固态时形成有限固溶体，且发生包晶转变所构成的相图。体，且发生包晶转变所构成的相图。反应特征：反应特征：相图中有如下三相水平线：相图中有如下三

34、相水平线：（P）+L(C)（D)具有包晶转变的二元合金：具有包晶转变的二元合金：Pt-Ag Sn-Sb Cu-Sn Cu-Zn Fe-C(C0.77%合金，冷却时从合金，冷却时从A中析出中析出渗碳体渗碳体二次渗碳体（二次渗碳体（Fe3CII）PQ线线 意义：碳在意义：碳在F中溶解度曲线中溶解度曲线 合金冷却至此线以下，从合金冷却至此线以下，从F中析出中析出Fe3C三次渗碳体（三次渗碳体（Fe3CIII）第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4.4.2Fe-Fe3C相图分析相图分析2、相图中铁碳合金分类、相图中铁碳合金分类 分三大类，七类合金分三大类，七类合金

35、工业纯铁（工业纯铁（C1.0%C%1.0%时，时，FeFe3 3C CIIII连续网，连续网，C C,网变厚，塑、韧性网变厚，塑、韧性白口铁：由于组织为白口铁：由于组织为Ld,Ld,极脆，很少用。极脆，很少用。常将常将FeFe3 3C C处理分解成石墨处理分解成石墨灰口铸铁灰口铸铁第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 43 3杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响 钢中除钢中除FeFe、C C外，还不可避免存在杂质元素，外，还不可避免存在杂质元素，MnMn、SiSi、S S、P P、N N、H H、O O杂质元素：不是有意加入，在冶炼时残余在

36、钢中的元素。杂质元素：不是有意加入，在冶炼时残余在钢中的元素。1 1锰的影响锰的影响 冶炼时，用锰铁脱氧，残留于钢中，冶炼时，用锰铁脱氧，残留于钢中，MnMn=0.250.8%=0.250.8%Mn Mn-有益元素有益元素强化强化F F 固溶强化固溶强化,使使b b细化细化P P片，增加片，增加P P量，量，细晶细晶强化、第二相强化，强化、第二相强化，b b与与S S结合结合MnSMnS，取代，取代FeSFeS,减轻减轻S S的有害作用的有害作用降低降低“热脆性热脆性”2 2SiSi的影响的影响 冶炼时，用硅铁脱氧残留冶炼时，用硅铁脱氧残留 SiSi0.5%0.5%有益作用：强化铁素体有益作用

37、：强化铁素体 当含量高时，使当含量高时，使,a aK K第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 43 3杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响3 3硫的影响硫的影响 有害元素：矿石中带来有害元素：矿石中带来 在钢中形成：（熔点在钢中形成：（熔点989989）(F+FeSF+FeS)共晶共晶FeSFeS分布晶界分布晶界离异共晶离异共晶 锻造时（锻造时（T1100T1100）,晶界熔化，锻造裂纹晶界熔化，锻造裂纹“热脆性热脆性”所以，钢中必须严格控制所以，钢中必须严格控制S S4 4磷的影响磷的影响 有害：矿石带来有害：矿石带来溶入溶入F F中：中

38、：a.a.使使b b，HBHB b.b.但但-,a aK K-产生低温脆性（产生低温脆性（“冷脆冷脆”）所以，钢中必须严格控制磷所以，钢中必须严格控制磷(P)P)a.a.高级优质钢：高级优质钢：S0.025%S0.025%P0.025%P0.025%b.b.优质钢：优质钢：S0.035%S0.035%P0.035%P0.035%c.c.普通钢：普通钢：S0.05%S0.05%P0.045%P0.045%第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 43 3杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响5.5.氮的影响氮的影响 炉料带来，炉气中吸入。炉料带来，

39、炉气中吸入。N N在在FeFe最大溶解度：最大溶解度：0.1%(5950.1%(595)N N在在FeFe室温溶解度：室温溶解度：0.001%0.001%淬火时效：室温下快冷，淬火时效：室温下快冷，N N在在F F中过饱和，长期放置，析出氮化铁。中过饱和，长期放置，析出氮化铁。使：使：a.a.使使b b，HBHB b.b.,a aK K应变时效：含应变时效：含N N钢塑性变形后，长期放置，析出氮化铁。钢塑性变形后，长期放置，析出氮化铁。使：使：a.a.使使b b，HBHB b.b.,a aK K二者均使钢变脆。二者均使钢变脆。防止办法：冶炼时加防止办法：冶炼时加Al:a.Al:a.细化晶粒细化

40、晶粒 b.AlNb.AlN弥散分布。弥散分布。第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 43 3杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响6 6氢的影响氢的影响 来源：来源：a.a.炉料含水；炉料含水；b.b.炉气中吸入炉气中吸入 H H对钢材危害极大，使钢脆化。对钢材危害极大，使钢脆化。氢脆：氢脆：H+HHH+HH2 2,在钢内部产生裂纹；纵向断口：白点在钢内部产生裂纹；纵向断口：白点 横向断口：发横向断口：发纹纹浇注成钢锭后，应进行去氢退火。浇注成钢锭后，应进行去氢退火。7 7氧的影响氧的影响 以氧化物夹杂存在钢中，破坏金属连续性，裂纹起源以氧化

41、物夹杂存在钢中，破坏金属连续性，裂纹起源第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 44 合金铸件组织与缺陷合金铸件组织与缺陷 宏观组织与宏观缺陷宏观组织与宏观缺陷宏观组织：三个晶区宏观组织：三个晶区缺陷：缺陷：a.a.缩孔、疏松、气孔、裂纹缩孔、疏松、气孔、裂纹 b.b.偏析：偏析：1.1.铸锭的三晶区铸锭的三晶区 表面细晶区（激冷区）：表面细晶区（激冷区）：柱状晶区：柱状晶区：中心等轴晶区（晶粒粗大）中心等轴晶区（晶粒粗大）第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 44 合金铸件组织与缺陷合金铸件组织与缺陷2

42、偏析偏析（1 1）宏观偏析）宏观偏析正（常）偏析正（常）偏析 （区域偏析）（区域偏析）反（常）偏析反（常）偏析 （区域偏析）（区域偏析）比重偏析比重偏析（2 2）微观偏析）微观偏析胞状偏析胞状偏析 以胞状晶生长（成分过冷小）晶体在胞壁富集杂质以胞状晶生长（成分过冷小）晶体在胞壁富集杂质。消除：均匀化退火消除：均匀化退火枝晶偏析枝晶偏析 前以讲过前以讲过晶界偏析晶界偏析晶界为最后凝固部位，富集低熔点物质。晶界为最后凝固部位，富集低熔点物质。第四章：二元相图第四章：二元相图 44铁碳相图和铁碳合金铁碳相图和铁碳合金4 44 44 合金铸件组织与缺陷合金铸件组织与缺陷3 3缩孔、气泡缩孔、气泡 缩孔：缩孔：a.a.集中缩孔：合金凝固区间小。集中缩孔：合金凝固区间小。b.b.分散缩孔：（疏松）：结晶温区大，压分散缩孔：（疏松）：结晶温区大，压力加工焊合。力加工焊合。气泡：液态合金可溶解大量气体，随气泡：液态合金可溶解大量气体，随T T,气体溶解度气体溶解度，以气泡形成，压力加工焊，以气泡形成，压力加工焊合。合。