1、第三章,材料改性方法,3.1 金属热处理原理,相图phase diagram,水的相图表明了水在不同压力、温度下的存在状态。可以帮助了解水的特性，解释一些自然现象。如沸点、结晶温度、压力锅、滑冰等。,压力/atm,温度/,1,0,100,固相,气相,液相,考虑时间的一元相图,水的相变是随着时间变化逐渐进行的。 相变时温度不变。（纯水） 可以把水的相变用温度轴上的两个点表示,温度,100,0,气相,液相,固相,金属的相图,金属的相图是帮助我们了解金属在不同条件下的结构、状态，判断其性能的工具。 金属的相图有一元、二元、三元和多元相图。其中应用最多的是二元相图，特别是铁碳合金二元相图。,二元相图,
2、二元相图是在常压下两种元素组成的合金结构、状态随合金成分、温度变化规律的图形。,2 匀晶相图 二元合金系中两组元在固态能够形成无限互溶的固溶体时，其合金相图为匀晶相图。如Cu-Ni、Fe-Cr等合金系。,铜、镍熔点 液相线； 固相线。 液相区，用L表示； 固相区，用 表示； 两相区， 用(L+ )表示,点：,线：,区：,相图结构分析,温度,Ni%,含60%镍合金的冷却曲线及结晶过程示意图,1000,1100,1200,1300,1400,1500,0,20,40,60,80,100,L1,L2,L3,a3,t1,t2,t3,L,L,a,a,时间,a2,a1,定义： 铅中溶锑形成固溶体； 锑中溶
3、铅形成固溶体。,3 共晶相图,区：单相区：L、 双相区：L+、L+、+,3.2 铁碳相图 Fe-Fe3C Phase diagrams,同素异晶转变金属在固态下发生的晶格类型的转变。,Fe 过渡族元素 熔点：1538 原子量：56 密度：7.87103kg/m3,1538,1394,912,温度,时间,3.1.1 铁碳合金的组元,(1) Fe,(2) Fe3C渗碳体,渗碳体 (Cementite)是由铁和碳组成的一种具有复杂结构的间隙化合物，含碳量为6.69%，用“Fe3C”表示。,渗碳体的性能特点硬度高，脆性大。硬度 HB=800kgf/mm2;抗拉强度 b30MPa;塑性、韧性几乎为零。,
4、(1) 铁素体碳在-Fe中的固溶体， Ferrite ( F ),特点： 最大溶解度(Maximum saturated solubility of ferrite)为0.0218%C；,3.1.2 铁碳合金中的相,强度和硬度低，韧性塑性好。其力学性能大致为；,(2) 奥氏体是碳在-Fe中的固溶体，Austenite ( A ),特点： 最大溶解度(Maximum saturated solubility of C in austenite)2.11%C； 其力学性能与含碳量及晶粒大小有关，一般170220HBS、=4050%； 形变能力好，形变抗力小。,3.2.1 Fe-Fe3C相图分析(点
5、、线、区，组成相）,共晶（eutectic）转变,1148，4.3%C L （A + Fe3C）莱氏体（Ledeburite ）Ld,共析(eutectoid)转变,727，0.77%C A (F+ Fe3C ) 珠光体Pearlite ( P ),3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（各组成相的组织形态）,3.2.3 典型合金结晶过程 1. 共析钢的结晶过程(含碳0.77%珠光体) 珠光体：由铁素体和渗碳体组成的片层状共析体。其中铁素体约占80%，渗碳体约占12%。,3-7 Fe- Fe3C,P,2.亚共析钢的结晶过程 含碳量为0.02%0.77%。铁素体+珠光体组织。,3. 过共析钢的结晶过
6、程 含碳在0.77%2.1%之间的铁碳合金。珠光体+渗碳体。,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,Fe3C,Fe3C,
7、4. 亚共晶(白口)铸铁的结晶过程 含碳量为2.1%4.3%之间的铁碳合金。 室温组织为P+Fe3C+Ld 。,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D
8、,奥氏体,A3,A1,Acm,3.3.1 判断合金的组织 根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。,3.3 相图的应用,铁碳合金室温组织比例图,100%,3.3.2 根据相图分析碳钢的机械性能,1. 相图与材料工艺性能（Process Performance）的关系 (1) 铸造工艺性 共晶合金有较好的流动性(fluidity) 。,3.3.3 相图与加工工艺之间的关系,(2) 锻压工艺性,锻压要求材料有较好的塑性和较小的变形抗力(强度)。,2. 制定工艺参数,相图是制定热加工及热处理工艺参数的重要依据。,铁碳合金分类,作业,名词解释：铁素体、渗碳体、奥氏体、珠光体、共晶转变、共析转变。 画Fe-Fe3C相图。画一种钢的冷却转变曲线，说明转变过程。 第3章第2题.,
