工程材料第二节 合金的结晶 (2).ppt

③ 亚共晶合金(Ⅲ合金)的结晶过程 合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成分变化到C点，液相成分变化到E点, 此时两相的相对重量为： 在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应： L ?(? + ?) ，转变为共晶组织，共晶体的重量与转变前的液相重量相等, 即QE =QL 反应结束后，在共晶温度下?、 ? 两相的相对重量百分比为： 温度继续下降，将从一次? 和共晶? 中析出?Ⅱ，从共晶? 中析出?Ⅱ。其室温组织为?Ⅰ+ (?+?) + ?Ⅱ。 亚共晶合金的结晶过程 ④ 过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相似，不同的是一次相为 ? , 二次相为?Ⅱ 室温组织为?Ⅰ+(?+?)+?Ⅱ。 （三）包晶反应的合金的结晶 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。 以Pt-Ag相图为例简要分析 L+? L+? L ? ? ? +? ⑴ 相图分析 单相区：L、?、β 二相区：L+?、 L+?、?+? 三相区：L+?+? （水平线PDC） 在一定温度下，由一个液相包着一个固相生成另一新固相的反应称包晶转变或包晶反应。 水平线PDC称包晶线，与该线成分对应的合金在该温度下发生包晶反应：LC+?P?β D 。该反应是液相L包着固相?, 新相 β 在L与α的界面上形核，并向L和?两个方向长大。 ⑵ 合金的结晶过程 ① 包晶成分合金：匀晶?包晶?二次析出。 室温组织为β + ?II ② PD成分合金：匀晶?包晶?二次析出。 室温组织为? +βII+β + ?II 时间 温度 ③ DC成分合金：匀晶?包晶?匀晶?二次析出 室温组织为β +?II。 时间 温度 共析转变也是固态相变。 最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变: ?S ? ?P+ Fe3C 。 （四）共析反应的合金的结晶 共析反应(共析转变)是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。 P S (?—奥氏体，?—铁素体，Fe3C—渗碳体) 共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线(PSK线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合 金(共析成分合金)、亚共析合金(共析线上共析点以左的合金)、过共析合金(共析线上共析点以右的合金)。 铁碳合金相图 共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。 与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。 另外，由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。 珠光体 二、相图与合金性能之间的关系 (一) 合金的使用性能与相图的关系 ①两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值，如： HB混=HB? ?Q? +HBβ?Qβ (Q? 、Qβ为两相相对重量) ② 单相固溶体的合金： 性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，σ、HB、?增加，塑性下降。 ③ 形成稳定化合物的合金： 性能-成分曲线出现拐点。 (二) 合金的工艺性能与相图的关系 ①固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾向大, 树枝晶发达, 流动性降低, 补缩能力下降, 分散缩孔增加. ②共晶合金结晶温度低，流动性好，缩孔集中， 偏析小， 铸造性能好。 三、 铁碳合金的结晶 铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。 Fe Fe3C Fe2C FeC C C%(at%) → (一)铁碳相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据. 1. 铁碳合金的组元 碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。 都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 铁素体 ⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉ 铁碳合金的相 (1)液相 L (2)δ相：高温铁素体，在1394℃以上存在 (3) 铁素体： 碳在?-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或? 表示。 (4) 奥氏体: 碳在? -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 ? 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在? 区进行. 碳钢室温组织中无奥氏体。 奥氏体 (5) 渗