第四章 相结构与二元相图
合金在成分、温度变化时，其状态可能发生变化。 合金相图就是用图解的方法表示不同成分、温度下合金中相的平衡关系。 由于相图是在极其缓慢的冷却条件下测定的,又称为平衡相图。 根据相图可以了解不同成分合金在温度变化时的相变及组织形成规律。 二元相图都是由一种或几种基本类型的相图组成的。 基本类型的二元相图有：匀晶、共晶和包晶相图。
第二节 二元合金相图的建立 一、相图的几个基本概念 组元 合金 合金系 相律
Gibbs相律 外界因素 自由度数 相数 独立组分数
f：自由度数 在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。
第二节 二元合金相图的建立 二、二元合金相图建立（二元匀晶相图）
第三节 匀晶相图 一、相图分析 熔点 液相区 固相区 液固双相区 液相线 固相线
第三节 匀晶相图 ----匀晶合金结晶过程
从液相中析出匀晶固相（固溶体）的成分变化 ----匀晶合金结晶过程 从液相中析出匀晶固相（固溶体）的成分变化 -----析出固相成分沿固相线变化 -----剩余液相成分沿液相线变化 -----液相成分变化和固相成分变 化同步进行，并遵守杠杆定律
第三节 匀晶相图----杠杆定律 杠杆定律的两端一定是单相 杠杆的杆是某一温度 杠杆的支点及时研究合金的平均成分 第三节 匀晶相图----杠杆定律 在二元相图中，当两相处于平衡共存的两相区时，两相的质量比可以用杠杆定律求得。例如在T温度时，液相L和固溶体α达到平衡，液、固两相质量百分数分别为WL、Wα, 则有： WL/Wα = bc/ab 如果把abc看作一根杠杆，上式中的WL /Wα恰好与它们的杠杆臂成反比关系。杠杆定律只适用于两相平衡区。 杠杆定律的两端一定是单相 杠杆的杆是某一温度 杠杆的支点及时研究合金的平均成分 杠杆定律是计算双相的重量百分含量
第三节 匀晶相图 ----固溶体合金中的偏析 第三节 匀晶相图 ----固溶体合金中的偏析 将铸件加热至固相线以下100~200 ℃的温度进行较长时间的保温，是偏析元素充分扩散，达到成分的均匀化-------扩散退火（均匀化退火）
第四节 二元共晶合金----相图分析 点 线 面 熔点 a, b 最大溶解度点 c, d 共晶点 e 液相线 固相线 溶解度曲线 共晶线 第四节 二元共晶合金----相图分析 点 熔点 a, b 最大溶解度点 c, d 共晶点 e 线 液相线 固相线 溶解度曲线 共晶线 面 单相区 双相区
共晶反应 共晶反应的条件（成分、温度） 共晶体 共晶合金 亚共晶合金 过共晶合金
第四节 二元共晶合金----相图分析1
共晶合金金相照片-----Pb-Sn共晶合金
第四节 二元共晶合金----相图分析2
亚共晶合金金相照片-----Pb-Sn合金 含50%Sn的Pb-Sn合金显微组织
第四节 二元共晶合金----相图分析3
金相照片-----Pb-10%Sn合金
第四节 二元包晶合金 点 熔点 溶解度点 包晶点 LC+αP→βD 线 液相线 固相线 溶解度曲线 包晶线 面 L+α L+β
二元包晶合金 包晶反应示意图 LC+αP→βD
第五节 铁碳相图
一、 铁碳合金的组元及基本相 一、纯铁的同素异构转变 二、铁碳合金的组元 三、铁碳合金的基本相 铁素体 奥氏体 渗碳体
二、 铁碳相图
二、 铁碳相图 1、相图分析----------------点
1.相图分析----------------线（三大恒温反应） 三条重要的水平线 HJB----- 包晶反应线 LB + δH →AJ ECF----- 共晶反应线 LB →AE + Fe3C PSK----- 共析反应线 AS → FP+ Fe3C
第二节 铁碳相图 1.相图分析-----线 三条重要的曲线 第二节 铁碳相图 1.相图分析-----线 三条重要的曲线 GS线（A3线）---- 奥氏体析出铁素体的起始温度（或铁素体全部转变成为奥氏体的终了温度） ES线（Acm线）----碳在奥氏体中的溶解度曲线（二次渗碳体析出线） PQ线--- 碳在铁素体中的析出线（三次渗碳体析出线）
三、碳钢在平衡条件下的结晶过程分析 1共析钢在平很条件下的固态相变和组织 共析钢在S点温度以上，钢的组织为单相奥氏体。当冷却到S点温度时, 奥氏体将发生共析反应，生成片层状的珠光体。随着温度继续下降，将从铁素体中析出三次渗碳体。由于三次渗碳体数量少，通常可忽略不计。因此，共析钢在室温下的平衡组织为100%的珠光体。其中铁素体和渗碳体的含量可以用杠杆定律进行计算： WFe3C = PS/PK = (0.77-0.0218)/(6.69-0.0218) = 11.3% WF = 1- WFe3C = 88.7%。 （2-8）
三、碳钢在平很条件下的结晶过程分析 2。亚共析钢在平很条件下的固态相变和组织 当奥氏体冷到1点温度时，开始析出铁素体。由于析出了含碳量极低的铁素体，使未转变的奥氏体含碳量增加。随着温度的下降，奥氏体的含碳量沿GS 线变化，铁素体的含碳量沿GP 线变化。当合金冷却到2点时，剩余奥氏体的含碳量达到共析浓度，在恒温下发生共析转变，生成珠光体。因此，亚共析钢室温下平衡组织由铁素体和珠光体构成, 其中铁素体和珠光体的比例取决于钢的含碳量, 钢的含碳量越高，珠光体所占的比例越大。
三、碳钢在平很条件下的结晶过程分析 3。过共析钢在平很条件下的固态相变和组织 当奥氏体冷到1点温度时，开始沿着晶界析出二次渗碳体。由于析出了含碳量极高的二次渗碳体，使未转变的奥氏体含碳量减少。随着温度的下降，奥氏体的含碳量沿ES 线变化。当合金冷却到2点时，剩余奥氏体的含碳量达到共析浓度，在恒温下发生共析转变，生成珠光体。因此，过共析钢室温下平衡组织由珠光体和沿晶界析出的网状二次渗碳体构成。 钢的含碳量越高，二次渗碳体所占的比例越大。
三、含碳量对碳钢平衡组织和性能的影响 以上分析表明，碳钢在室温下的平衡组织皆由铁素体(F )和渗碳体(Fe3C)两相组成。随着含碳量的增加，碳钢中铁素体的数量逐渐减少，渗碳体的数量逐渐增多，从而使得组织按下列顺序发生变化： F →F + P → P →P + Fe3CII 铁素体是软韧相，渗碳体是硬脆相。珠光体由铁素体和渗碳体所组成，渗碳体以细片状分布在铁素体的基体上，起了强化作用，因此，珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。随着含碳量升高，钢的强度、硬度增加，塑性下降。当钢中的含碳量超过1.0%以后，钢的硬度继续增加，而强度开始下降，这主要是由于脆性的二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出所致