材料科学基础4-3复杂相图分析

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1、第三节复杂相图分析一.分析方法步骤(1)相图中若有稳定中间相，可依此把相图分为几个部分，根据需要选取某一部分进行分析。(2)根据相区接触法则填写个空白相区。(3)利用典型成分分析合金的结晶过程及组织转变，并利用杠杆定律分析各相相对量随温度的变化情况。下页后退二、复杂二元相图的分析方法（1）先看清它的组元，然后找到它的单相区，分清哪些是固溶体，哪些是中间相。（2）根据相接触法测，检查所有双相区是否填写完全并正确无误，如有疏漏，可将它们完善。（3）找出所有水平线，分析每一个三相平衡反应是何种类型。（4）如果相图中存在稳定的

2、化合物，则可把它看成一个组元。二.复杂相图分析下页后退●铁碳相图下页后退●分析思路：%C%C%C三.Fe-Fe3C相图下页后退三个重要反应：五个基本组织：五条特征线:冷凝过程利用杠杆定律求相对量C%对碳钢性能的影响实际应用下页后退一、五个单相（1）液相；（2）δ-相：碳在α-Fe中的固溶体，称高温铁素体，体心立方结构，在1394ºC以上存在；（3）γ相：碳在γ-Fe中的固溶体，称为奥氏体，常用A表示，面心立方结构，在727ºC以上存在，在1148ºC时有最大的碳溶解度为2.1%；（4）α相：碳在α-Fe中的固溶体，称为

3、铁素（体，体心立方，在912ºC以下存在，在下页后退727°C时碳溶解度最大为0.02%，在室温下，仅为0.008%常用F表示；5）Fe3C：中间相，属于间隙相，复杂正交结构，称为渗碳体。二、三条水平线（1）HB线包晶转变L+δγ（2）EF线共晶转变Lγ+Fe3C共晶体称为莱氏体。（3）PK线共析转变γα+Fe3C共析体称为珠光体。1495ºC1148ºC727ºC下页后退三、ES线ES线是γ相中碳的溶解度极限，这是一条很重要的线，在1148ºC时，γ中碳的溶解度最高，达2.11%，随温度下降，溶解度大幅度减小，727

4、ºC时仅0.77%。四、Fe3C的形成条件（1）含碳4.3%至6.69%的合金凝固时在液相线CD以下，从液体中结晶出Fe3C，称为一次渗碳体，记作Fe3CI；（2）含碳0.77%至2.11%的合金，从γ相冷却低于ES线时，由于γ相中碳过饱和，从而从γ相中析出Fe3C称为二次渗碳体，记为Fe3CⅡ；（3）含碳0.008%至0.02%的α相，当冷至PQ线以下时，从过饱和的α相中析出的Fe3C称为三次渗碳体，记作Fe3CⅢ。三次渗碳体由于数量及少，一般可以忽略。四、典型合金的平衡凝固过程和显微组织（1）共析成分（0.77%C

5、）的Fe-C合金（共析钢）当冷至BC线以下时，从液相中结晶出γ相，至BE线结晶完成，当γ相继续冷却至727ºC时，发生共析分解：γα+Fe3C，直至室温，共析体也称为珠光体（P），典型形貌是层片状，P中α和Fe3C两相的相对量可通过杠杆定理来求得，即α/Fe3C==7.87（2）共晶成分Fe-C合金（共晶铸铁，4.3%C）共晶合金冷至1143ºC时发生共晶反应，Lγ+Fe3C，共晶产物为莱氏体（La）。La727°C6.69—0.770.77—0.021143ºC中的γ相含碳量为2.11%，这是γ相中最高的碳溶解度，随

6、温度下降，γ相中碳溶解度大大降低，因此从γ相中析出Fe3CⅡ，剩余γ相中的含碳量沿ES线变化，直到727ºC，γ相中含碳量达到0.77%，这时发生共析分解：γα+Fe3C，形成珠光体。由此可见，室温下的莱氏体是（Fe3CⅡ+P）+Fe3C，的机械混合物，与共晶产物已有区别，室温莱氏体常记作La´。莱氏体中的γ和Fe3C两相相对量可用杠杆定理求得，即727°Cγ==51.9%Fe3C==48.1%莱氏体中的γ相冷至室温过程中又转变为Fe3CⅡ和P两部分，这两部分相对量也可通过杠杆定理求得，即P==77.5%6.69–4.

7、36.69–2.14.3–2.16.69–2.16.69–2.16.69–0.77Fe3CⅡ==22.5%显示在整个莱氏体中P=0.775×0.519=40.2%Fe3CⅡ=0.225×0.519=11.7%（3）亚共析钢的凝固过程含碳量<0.77%的Fe-C合金为亚共析钢。这种合金在凝固时，一部分在高温区可能产生包晶转变，由于对以后的结晶过程影响不大，分析时从略，凝固结束时得到全部γ相，当冷至GS线时，一部分γ相转变为α，进入2.1–0.776.69–0.77α+γ两相区，随温度降低，两相平衡成分分别沿GP和GS线变

8、化，至727ºC，剩余γ相含碳量达0.77%，因此产生共析反应，最后得到F+P的组织。设某亚共析钢的含碳量为C，则该钢室温组织中的α和P两部分的相对量可用杠杆定理求出，即α=P=C–0.020.77–0.020.77–C0.77–0.02(4)过共析钢的凝固过程含碳量>0.77%至2.11%之间的Fe-C合金为过共析钢，凝固过程较