第2章 二元合金相图与铁碳合金相图.

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1、机机 械械 工工 程程 概概 论论 Introduction to mechanical engineering 张力菠张力菠南京航空航天大学经济与管理学院南京航空航天大学经济与管理学院第第2章章2第第2章章3基本概念基本概念二元合金相图二元合金相图：表示表示二元合金系二元合金系中不同成分的合金在中不同成分的合金在温度极缓慢变温度极缓慢变化化条件下，各不同温度下条件下，各不同温度下相组成相组成和和相变化相变化的的图图；二元合金系二元合金系：由某两种元素组成的各种不同成分合金的由某两种元素组成的各种不同成分合金的总和总和；合金相图是制定铸造、锻造、热处理等工艺的重要合金相图是制定铸造、锻造、热处

2、理等工艺的重要依据，也是研究合金组织、组织转变及合金性能的依据，也是研究合金组织、组织转变及合金性能的有力工具。有力工具。指极缓慢的冷却或加热，此时发生相变，原子可进行指极缓慢的冷却或加热，此时发生相变，原子可进行充分的扩散，得到的组织是稳定或平衡的，这种极缓充分的扩散，得到的组织是稳定或平衡的，这种极缓慢冷却或加热，使原子能够进行充分扩散的状态叫慢冷却或加热，使原子能够进行充分扩散的状态叫平平衡状态衡状态。第第2章章4相图的建立相图的建立所有的合金相图都是通过所有的合金相图都是通过实验方法实验方法得到的，一般是利用合金相变时产得到的，一般是利用合金相变时产生的各种变化测定相变点，绘制合金相图

3、；生的各种变化测定相变点，绘制合金相图；建立方法建立方法：以铜镍合金为例，总共包括以下四步：以铜镍合金为例，总共包括以下四步：常用常用热分析法热分析法和和金相法金相法；建立步骤建立步骤：第第2章章5Cu-Ni合金相图的合金相图的建立步骤建立步骤：配制不同成分的配制不同成分的Cu-Ni合金，见表；合金，见表；作出每种合金的冷却曲线，并找出其相变温度，即各曲线上作出每种合金的冷却曲线，并找出其相变温度，即各曲线上开始和终止结晶温度即开始和终止结晶温度即临界点临界点，见表；，见表；画出温度画出温度-成分坐标系，在各成分垂线上标出临界点温度；成分坐标系，在各成分垂线上标出临界点温度；连接临界点中连接临

4、界点中物理意义相同物理意义相同的点，即得的点，即得Cu-Ni合金相图合金相图。合金编号合金编号成分（）成分（）结晶温度（结晶温度（ ）CuNi开始开始结束结束100806040200020406080100108311701260134714101452108311381200128513821452相图的建立相图的建立第第2章章6相图的建立相图的建立第第2章章7Cu-Ni合金相图的合金相图的解读解读：相图的建立相图的建立第一个点第一个点A、第二个点、第二个点B分别为分别为Cu、Ni的的熔点熔点；各结晶开始温度连线为各结晶开始温度连线为液相线液相线，该线以上为，该线以上为液相区液相区，L ；各

5、结晶终止温度连线为各结晶终止温度连线为固相线固相线，该线以下为，该线以下为固相区固相区，；固、液相线之间的区域固液相并存，即固、液相线之间的区域固液相并存，即双相区双相区，L +；双相区说明双相区说明Cu-Ni合金合金的结晶是在一个的结晶是在一个温度范围内温度范围内进行的，这进行的，这一点与一点与纯金属纯金属的结晶有所区别。的结晶有所区别。第第2章章8Cu-Ni合金相图是最简单的二元合金相图，通常合金的相图都很复杂，合金相图是最简单的二元合金相图，通常合金的相图都很复杂，但都是由几种但都是由几种基本相图基本相图组合而成：组合而成：二元匀晶相图二元匀晶相图二元共晶相图二元共晶相图二元共析相图二元

6、共析相图种类种类：第第2章章9匀晶相图匀晶相图概念概念：二元合金系中二组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相二元合金系中二组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图，即图，即二元匀晶相图二元匀晶相图；例例具有二元匀晶相图的合金系主要有：具有二元匀晶相图的合金系主要有：Cu-Ni、Cu-Au、Fe-Ni、W-Mo等；等；以以Cu-Ni合金为例，来分析具有合金为例，来分析具有二元匀晶相图二元匀晶相图的二元合金系的二元合金系的结晶过程与产物。的结晶过程与产物。第第2章章10匀晶相图匀晶相图第第2章章11从二元合金相图中的从二元合金相图中的双相区双相区，不仅可知道两相的成分，不仅可知道两相的成分，还可得

7、知两相的还可得知两相的相对重量相对重量；杠杆定律杠杆定律：研究表明，固液二相的相对量关系，如同力学中的杠杆研究表明，固液二相的相对量关系，如同力学中的杠杆定律，因此可得二元合金相平衡计算的定律，因此可得二元合金相平衡计算的杠杆定律杠杆定律；注！注！杠杆定律只适用于杠杆定律只适用于两相平衡区两相平衡区中，中，两平衡相的相对含量两平衡相的相对含量计算！计算！匀晶相图匀晶相图第第2章章12匀晶相图匀晶相图第第2章章13匀晶相图匀晶相图第第2章章14共晶相图共晶相图概念概念：两组元在液态时无限互溶，固态时有限溶解，结晶时发生两组元在液态时无限互溶，固态时有限溶解，结晶时发生共共晶转变晶转变，形成两相机

8、械混合物的相图，即，形成两相机械混合物的相图，即共晶相图共晶相图；一定成分的液相，在一定温度下，同时结晶出成分不同的两一定成分的液相，在一定温度下，同时结晶出成分不同的两种固相的转变种固相的转变 ，即，即共晶转变共晶转变；例例Pb-Sn、Pb-Sb、Cu-Ag等合金系具有二元共晶相图；等合金系具有二元共晶相图；以以Pb-Sn合金为例，来分析具有合金为例，来分析具有二元共晶相图二元共晶相图的二元合的二元合金系的结晶过程与产物。金系的结晶过程与产物。第第2章章15Pb-Sn二元合金（共晶）相图二元合金（共晶）相图共晶相图共晶相图第第2章章16Pb-Sn相图分析相图分析：e点称为点称为共晶点共晶点；

9、ced线称为线称为共晶线共晶线；对应于对应于共晶点共晶点的合金称为的合金称为共晶合金共晶合金；成分位于成分位于ce之间的合金称为之间的合金称为亚共晶合金亚共晶合金；成分位于成分位于ed之间的合金称为之间的合金称为过共晶合金过共晶合金。共晶相图共晶相图第第2章章17共析相图共析相图概念概念：从一个固相中同时析出从一个固相中同时析出成分和晶体结构完全不成分和晶体结构完全不同的两种新固相的转变同的两种新固相的转变过程（过程（共析转变共析转变）的相）的相图图 ，即，即共析相图共析相图。第第2章章18解读解读：图中图中A、B为两组元，合金结晶后得到为两组元，合金结晶后得到固溶体，固溶体，c固溶体在恒固溶

10、体在恒温下进行温下进行共析转变共析转变：c点为点为共析点共析点， dce为为共析线共析线，对应的温度为，对应的温度为共析温度共析温度； (d + e ) 称为称为共析体共析体；cd + e 共析转变在固态下进行，转变温度较低，原子扩散困难，故共析转变在固态下进行，转变温度较低，原子扩散困难，故过冷度较大，与共晶体相比，共析体组织较细小且均匀。过冷度较大，与共晶体相比，共析体组织较细小且均匀。特点特点：共析相图共析相图第第2章章19铁碳合金铁碳合金：主要成员是主要成员是碳钢碳钢与与铸铁铸铁；铁碳合金相图铁碳合金相图：研究极缓慢冷却或加热条件下，铁碳合金的成分、研究极缓慢冷却或加热条件下，铁碳合金

11、的成分、组织与性能之间关系及其变化规律的组织与性能之间关系及其变化规律的图形图形。都是以都是以铁铁和和碳碳为基本元素的为基本元素的合金，其合金，其机械、工艺性能优机械、工艺性能优良，故应用广泛；良，故应用广泛；改变改变化学成分化学成分和和工艺条件工艺条件（温度、冷却速度等），可获（温度、冷却速度等），可获得不同的组织和性能，以满足多种需要。得不同的组织和性能，以满足多种需要。第第2章章20铁碳相图的研究范围铁碳相图的研究范围：C5的铁碳合金太脆，无实用价值，故实际使用的铁碳合金太脆，无实用价值，故实际使用C5%！有实用价值部分，即有实用价值部分，即C6.69%的的Fe-Fe3C相图，故所研究的