鐵碳合金和鐵碳相囹§1相圖的基礎(chǔ)知識(shí)§2鐵碳合金中的組元和基本相§3FeFe3C相圖§4典型合金的平衡結(jié)晶§5含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響鐵碳合金和鐵碳相囹1§1相圖的基礎(chǔ)知識(shí)日常生活中的實(shí)例:溜冰材料是由相組成的,相之間有界面存在多相材料的整體性能取決:口相的數(shù)目口它們的相對(duì)量口各相的成分與結(jié)構(gòu)口相的尺寸和空間分布§1相圖的基礎(chǔ)知識(shí)2相圖(Phasediagrams是一個(gè)材料系統(tǒng)在不同的化學(xué)成分、溫度、壓力條件下所處狀態(tài)的圖形表示,因此,相圖也稱為狀態(tài)圖。由于相圖都是在平衡(equilibrium)條件(極緩慢冷卻)下測(cè)得的,所以,相圖也稱為平衡相(狀態(tài))圖相圖中的相(Phase是指具有相同的狀態(tài)(氣、液、固)、相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的區(qū)域。對(duì)于成分單一的純物質(zhì),如純水純金屬、純氧化物等,由于沒(méi)有成分的變化,一般采用壓力(Pressure)-溫度(Temperature)相圖(PTphasediagrams)。對(duì)于常用的合金相圖,因?yàn)閴毫Φ挠绊懞苄?況且一般都是處在1個(gè)大氣壓的條件下,所以不再把壓力當(dāng)作變量考慮,而采用溫度-成分相圖。本章所介紹的主要是這一類的二元合金相圖。相圖(Phasediagrams是一個(gè)材料系統(tǒng)在不同的化3184℃1533"C1394Cy-FefFCC)I-Fe(BCC!純鐵的TP相圖Cu1230456呢A銅銀合金(的TC相圖0C水的P相圖Iatm184℃4我們可以從相圖中得到許多重要的信息:1某一成分的合金,在一定的溫度所處的狀態(tài)及相的組成2合金在冷卻過(guò)程中發(fā)生了哪些反應(yīng)或轉(zhuǎn)變,以及發(fā)生反應(yīng)或轉(zhuǎn)變的開(kāi)始與終了溫度;3一定成分的合金室溫下具有什么樣的平衡組織,進(jìn)一步可以根據(jù)組織與性能的關(guān)系,預(yù)測(cè)材料的性能;4相圖與材料的加工工藝性能也存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,相圖在新材料的研究和開(kāi)發(fā)、材料的生產(chǎn)加工過(guò)程中都起著十分重要的作用。我們可以從相圖中得到許多重要的信息:5相律在平衡條件下,一個(gè)系統(tǒng)的組成物的組元數(shù)、相數(shù)、和自由度數(shù)之間的關(guān)系可以由相律Gibbsphaserule來(lái)確定。相律的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下F=C-P+2式中各符號(hào)的意義分別為F—系統(tǒng)的自由度數(shù),即不影響系統(tǒng)狀態(tài)的條件下,能夠獨(dú)立變化的因素?cái)?shù)。這些因素有:溫度、壓力、成分、相數(shù)。C—組成物的組元數(shù),即系統(tǒng)由幾種物質(zhì)(純凈物)組成例如:純水系統(tǒng),C=1;對(duì)于鹽水來(lái)說(shuō),由于水中含有NaCl,所以C=2;ASi合金系統(tǒng),組成物為A和Si,故C=2。P—系統(tǒng)中能夠同時(shí)存在的相(如:固相、液相等)數(shù)。相律62—表示溫度(Temperature)和壓力Pressure)兩個(gè)變量。對(duì)于絕大多數(shù)的常規(guī)材料系統(tǒng)而言,壓力的影響極小,可以不把壓力當(dāng)作變量而看作常量:1個(gè)大氣壓atm),因此自由度數(shù)減少一個(gè),相律的表達(dá)式為F=c-P+1、單元系統(tǒng)(C=1)在壓力不變(1atm)的條件下,F=C-P+1=2P。自由度數(shù)F的最小值為0,當(dāng)F=0時(shí),P=2。這說(shuō)明,在壓力不變(1atm)條件下,單元系統(tǒng)最多只能有二相同時(shí)存在。如果壓力也是可變的,F=0時(shí),由公式F=C-P+2可知P=3,這意味著單元系統(tǒng)最多可以有三相共存。例如炭:氣相、液相、固相。但碳的相圖中最多只能三相共存,不可能四相共存2—表示溫度(Temperature)和壓力Pressu7F=0的含義是:在保持系統(tǒng)平衡狀態(tài)不變的條件下,沒(méi)有可以獨(dú)立變化的變量。即,任何變量的變化都會(huì)造成系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變化。純水的PT相圖:在a點(diǎn),水在1大氣壓、(0℃)條件下,保持液(水)rSteam固(冰)二相平衡。溫度升高,冰100C溶化成水;溫度降低,水結(jié)晶成冰。也就是說(shuō),此時(shí)水的液固平衡轉(zhuǎn)變是在恒溫0℃)下進(jìn)行的。b點(diǎn)是氣液二相平衡點(diǎn),意義與a點(diǎn)相似。在a、b之間(0℃-100℃),IatmP水是單一的液相(P=1),此時(shí)F=1這說(shuō)明在此范圍內(nèi)溫度的變化不純水的PT相圖會(huì)引起狀態(tài)的改變F=0的含義是:在保持系統(tǒng)平衡狀態(tài)不變的條件下,沒(méi)有可以82、二元系統(tǒng)(C=2)壓力不變的二元合金系統(tǒng)(以后所涉及的二元合金系統(tǒng)都是壓力不變的,不再特別說(shuō)明),C=2,F=0時(shí),P=3。這說(shuō)明,當(dāng)二元合金系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)相時(shí),就沒(méi)有可以獨(dú)立變化的因素了。也就是說(shuō),只有在一定的溫度、成分所確定的某一點(diǎn)才會(huì)出現(xiàn)三相同時(shí)存在的狀態(tài)二元合金系統(tǒng)三相共存狀態(tài),都是在發(fā)生平衡反應(yīng)的過(guò)程中?？梢酝茢喑?二元合金系統(tǒng)的平衡反應(yīng)僅有二大類型:A→B+C,A+B→C。由于自由度數(shù)為0,這些平衡反應(yīng)都是恒溫反應(yīng),并且反應(yīng)中的三個(gè)相(無(wú)論是反應(yīng)相,還是生成相化學(xué)成分都是固定的。只有當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后(相數(shù)小于3時(shí)),隨著溫度的變化,相的化學(xué)成分才可能發(fā)生變化。在后面討論具體相圖時(shí),你會(huì)對(duì)此理解得更加深刻2、二元系統(tǒng)(C=2)9相律在相圖中的應(yīng)用組元數(shù)(C)相數(shù)(P)f=C-P+含單相合金,成分和溫度都可變兩相平衡,成分、相對(duì)量和溫度諸因素中,只有一個(gè)獨(dú)立變(二元系三相平衡,三相的成分、相對(duì)量及溫度都確定單相合金,其中兩個(gè)組元的量及溫度三個(gè)因素均可變兩相平衡,兩相的及溫度中,有兩個(gè)獨(dú)立變量衡,所有變量中只有(三元系)3個(gè)是獨(dú)立變量四相平衡,所有因素都確定不變相律在相圖中的應(yīng)用10鐵碳合金及相圖課件11鐵碳合金及相圖課件12鐵碳合金及相圖課件13鐵碳合金及相圖課件14鐵碳合金及相圖課件15鐵碳合金及相圖課件16鐵碳合金及相圖課件17鐵碳合金及相圖課件18鐵碳合金及相圖課件19鐵碳合金及相圖課件20鐵碳合金及相圖課件21鐵碳合金及相圖課件22鐵碳合金及相圖課件23鐵碳合金及相圖課件24鐵碳合金及相圖課件25鐵碳合金及相圖課件26鐵碳合金及相圖課件27鐵碳合金及相圖課件28鐵碳合金及相圖課件29鐵碳合金及相圖課件30鐵碳合金及相圖課件31鐵碳合金及相圖課件32鐵碳合金及相圖課件33鐵碳合金及相圖課件34鐵碳合金及相圖課件35鐵碳合金及相圖課件36鐵碳合金及相圖課件37鐵碳合金及相圖課件38鐵碳合金及相圖課件39鐵碳合金及相圖課件40鐵碳合金及相圖課件41鐵碳合金及相圖課件42鐵碳合金及相圖課件43鐵碳合金及相圖課件44鐵碳合金及相圖課件45鐵碳合金及相圖課件46鐵碳合金及相圖課件47鐵碳合金及相圖課件48鐵碳合金及相圖課件49鐵碳合金及相圖課件50鐵碳合金及相圖課件51鐵碳合金及相圖課件52鐵碳合金及相圖課件53鐵碳合金及相圖課件54鐵碳合金及相圖課件55鐵碳合金及相圖課件56鐵碳合金及相圖課件57鐵碳合金和鐵碳相囹§1相圖的基礎(chǔ)知識(shí)§2鐵碳合金中的組元和基本相§3FeFe3C相圖§4典型合金的平衡結(jié)晶§5含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響鐵碳合金和鐵碳相囹58§1相圖的基礎(chǔ)知識(shí)日常生活中的實(shí)例:溜冰材料是由相組成的,相之間有界面存在多相材料的整體性能取決:口相的數(shù)目口它們的相對(duì)量口各相的成分與結(jié)構(gòu)口相的尺寸和空間分布§1相圖的基礎(chǔ)知識(shí)59相圖(Phasediagrams是一個(gè)材料系統(tǒng)在不同的化學(xué)成分、溫度、壓力條件下所處狀態(tài)的圖形表示,因此,相圖也稱為狀態(tài)圖。由于相圖都是在平衡(equilibrium)條件(極緩慢冷卻)下測(cè)得的,所以,相圖也稱為平衡相(狀態(tài))圖相圖中的相(Phase是指具有相同的狀態(tài)(氣、液、固)、相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的區(qū)域。對(duì)于成分單一的純物質(zhì),如純水純金屬、純氧化物等,由于沒(méi)有成分的變化,一般采用壓力(Pressure)-溫度(Temperature)相圖(PTphasediagrams)。對(duì)于常用的合金相圖,因?yàn)閴毫Φ挠绊懞苄?況且一般都是處在1個(gè)大氣壓的條件下,所以不再把壓力當(dāng)作變量考慮,而采用溫度-成分相圖。本章所介紹的主要是這一類的二元合金相圖。相圖(Phasediagrams是一個(gè)材料系統(tǒng)在不同的化60184℃1533"C1394Cy-FefFCC)I-Fe(BCC!純鐵的TP相圖Cu1230456呢A銅銀合金(的TC相圖0C水的P相圖Iatm184℃61我們可以從相圖中得到許多重要的信息:1某一成分的合金,在一定的溫度所處的狀態(tài)及相的組成2合金在冷卻過(guò)程中發(fā)生了哪些反應(yīng)或轉(zhuǎn)變,以及發(fā)生反應(yīng)或轉(zhuǎn)變的開(kāi)始與終了溫度;3一定成分的合金室溫下具有什么樣的平衡組織,進(jìn)一步可以根據(jù)組織與性能的關(guān)系,預(yù)測(cè)材料的性能;4相圖與材料的加工工藝性能也存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,相圖在新材料的研究和開(kāi)發(fā)、材料的生產(chǎn)加工過(guò)程中都起著十分重要的作用。我們可以從相圖中得到許多重要的信息:62相律在平衡條件下,一個(gè)系統(tǒng)的組成物的組元數(shù)、相數(shù)、和自由度數(shù)之間的關(guān)系可以由相律Gibbsphaserule來(lái)確定。相律的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下F=C-P+2式中各符號(hào)的意義分別為F—系統(tǒng)的自由度數(shù),即不影響系統(tǒng)狀態(tài)的條件下,能夠獨(dú)立變化的因素?cái)?shù)。這些因素有:溫度、壓力、成分、相數(shù)。C—組成物的組元數(shù),即系統(tǒng)由幾種物質(zhì)(純凈物)組成例如:純水系統(tǒng),C=1;對(duì)于鹽水來(lái)說(shuō),由于水中含有NaCl,所以C=2;ASi合金系統(tǒng),組成物為A和Si,故C=2。P—系統(tǒng)中能夠同時(shí)存在的相(如:固相、液相等)數(shù)。相律632—表示溫度(Temperature)和壓力Pressure)兩個(gè)變量。對(duì)于絕大多數(shù)的常規(guī)材料系統(tǒng)而言,壓力的影響極小,可以不把壓力當(dāng)作變量而看作常量:1個(gè)大氣壓atm),因此自由度數(shù)減少一個(gè),相律的表達(dá)式為F=c-P+1、單元系統(tǒng)(C=1)在壓力不變(1atm)的條件下,F=C-P+1=2P。自由度數(shù)F的最小值為0,當(dāng)F=0時(shí),P=2。這說(shuō)明,在壓力不變(1atm)條件下,單元系統(tǒng)最多只能有二相同時(shí)存在。如果壓力也是可變的,F=0時(shí),由公式F=C-P+2可知P=3,這意味著單元系統(tǒng)最多可以有三相共存。例如炭:氣相、液相、固相。但碳的相圖中最多只能三相共存,不可能四相共存2—表示溫度(Temperature)和壓力Pressu64F=0的含義是:在保持系統(tǒng)平衡狀態(tài)不變的條件下,沒(méi)有可以獨(dú)立變化的變量。即,任何變量的變化都會(huì)造成系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變化。純水的PT相圖:在a點(diǎn),水在1大氣壓、(0℃)條件下,保持液(水)rSteam固(冰)二相平衡。溫度升高,冰100C溶化成水;溫度降低,水結(jié)晶成冰。也就是說(shuō),此時(shí)水的液固平衡轉(zhuǎn)變是在恒溫0℃)下進(jìn)行的。b點(diǎn)是氣液二相平衡點(diǎn),意義與a點(diǎn)相似。在a、b之間(0℃-100℃),IatmP水是單一的液相(P=1),此時(shí)F=1這說(shuō)明在此范圍內(nèi)溫度的變化不純水的PT相圖會(huì)引起狀態(tài)的改變F=0的含義是:在保持系統(tǒng)平衡狀態(tài)不變的條件下,沒(méi)有可以652、二元系統(tǒng)(C=2)壓力不變的二元合金系統(tǒng)(以后所涉及的二元合金系統(tǒng)都是壓力不變的,不再特別說(shuō)明),C=2,F=0時(shí),P=3。這說(shuō)明,當(dāng)二元合金系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)三個(gè)相時(shí),就沒(méi)有可以獨(dú)立變化的因素了。也就是說(shuō),只有在一定的溫度、成分所確定的某一點(diǎn)才會(huì)出現(xiàn)三相同時(shí)存在的狀態(tài)二元合金系統(tǒng)三相共存狀態(tài),都是在發(fā)生平衡反應(yīng)的過(guò)程中?？梢酝茢喑?二元合金系統(tǒng)的平衡反應(yīng)僅有二大類型:A→B+C,A+B→C。由于自由度數(shù)為0,這些平衡反應(yīng)都是恒溫反應(yīng),并且反應(yīng)中的三個(gè)相(無(wú)論是反應(yīng)相,還是生成相化學(xué)成分都是固定的。只有當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后(相數(shù)小于3時(shí)),隨著溫度的變化,相的化學(xué)成分才可能發(fā)生變化。在后面討論具體相圖時(shí),你會(huì)對(duì)此理解得更加深刻2、二元系統(tǒng)(C=2)66相律在相圖中的應(yīng)用組元數(shù)(C)相數(shù)(P)f=C-P+含單相合金,成分和溫度都可變兩相平衡,成分、相對(duì)量和溫度諸因素中,只有一個(gè)獨(dú)立變(二元系三相平衡,三相的成分、相對(duì)量及溫度都確定單相合金,其中兩個(gè)組元的量及溫度三個(gè)因素均可變兩相平衡,兩相的及溫度中,有兩個(gè)獨(dú)立變量衡,所有變量中只有(三元系)3個(gè)是獨(dú)立變量四相平衡,所有因素都確定不變相律在相圖中的應(yīng)用67鐵碳合金及相圖課件68鐵碳合金及相圖課件69鐵碳合金及相圖課件70鐵碳合金及相圖課件71鐵碳合金及相圖課件72鐵碳合金及相圖課件73鐵碳合金及相圖課件74鐵碳合金及相圖課件75鐵碳合金及相圖課件76鐵碳合金及相圖課件77鐵碳合金及相圖課件78鐵碳合金及相圖課件79鐵碳合金及相圖課件80鐵碳合金及相圖課件81鐵碳合金及相圖課件82鐵碳合金及相圖課件83鐵碳合金及相圖課件84鐵碳合金及相圖課件85鐵碳合金及相圖課件86鐵碳合金及相圖課件87鐵碳合金及相圖課件88鐵碳合金及相圖課件89鐵碳合金及相圖課件90鐵碳合金及相圖課件91鐵碳合金及相圖課件92鐵碳合金及相圖