【正文】 鍛造溫度：11501250℃有利作用：提高切削加工性 四. P不利作用：引起冷脆, P％%。 含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響一. C對平衡組織的影響1. 引起相組成物中F、 Fe3C相對量的變化：C％↑——F％↓、Fe3C％↑2. 引起組織組成物的變化 （）C％↑——室溫組織由F→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+Le’→Le’→ Fe3CⅠ+Le’→ Fe3CⅠ3. 引起組織形態(tài)的變化： 例Fe3CⅡ：C％↑—不連續(xù)→連續(xù)網(wǎng)狀二. C對力學(xué)性能的影響1. 原因：1) 室溫組織類型、相組成和組織組成物相對量不同2) 組織的形態(tài)與分布不同（尤其應(yīng)注意Fe3CⅡ的分布）2. 影響：對鋼的影響：（）C％↑—硬度↑，塑、韌性↓強(qiáng)度：先升后降（當(dāng)C％＞％時，F(xiàn)e3CⅡ呈連續(xù)網(wǎng)狀）對白口鐵的影響：脆性很大，強(qiáng)度很低,硬度、耐磨性很高167。 FeFe3C相圖一. 相圖分析1. 三根水平線： （A1線）* 產(chǎn)物是P——F與Fe3C的機(jī)械混合物* 相組成物的計(jì)算：a. 相組成物的概念:b. P各相成分及比例計(jì)算：成分：比例：（727℃時）* 組織特點(diǎn)：多為層片狀（黑白相間，），F(xiàn)e3C片薄，* 性能特點(diǎn)：綜合性能好（σb≈1000MPa,≈600MPa, δ≈10%, HB≈240）2. 三根重要的線：① GS線（A3線）② ES線（Acm線）：Fe3CⅡ的析出線③ PQ線：Fe3CⅢ的析出線3. 三個重要的點(diǎn)：④ S點(diǎn)——共析轉(zhuǎn)變點(diǎn)⑤ C點(diǎn)——共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)⑥ E點(diǎn)——鋼、鐵分界點(diǎn)二. 鐵碳合金分類1. 工業(yè)純鐵：C%％2. 碳素鋼：亞共析鋼：％％C共析鋼：％C過共析鋼：％％C3. 白口鐵：亞共晶白口鐵：%C共晶白口鐵：%C過共晶白口鐵：%%C167。第三章 鐵碳合金和鐵碳相圖167。二. 判斷合金的鑄造性能、固相線間隔越大，流動性越差，越易形成分散孔洞（分散縮孔或縮松）合金致密度較低，由于共晶合金熔點(diǎn)低，流動性最好，結(jié)晶后產(chǎn)生集中縮孔，得到密度高的鑄件，因此廣泛采用的鑄造合金多為共晶合金。 中圖，當(dāng)合金為兩相混合物組成時，其成分與性能呈直線關(guān)系，對共晶合金組織很細(xì)密時強(qiáng)度、硬度↑，出現(xiàn)峰值（圖中虛線）。 由二元相圖判斷合金的性能通過合金相圖的學(xué)習(xí)可知，合金相圖是反映合金平衡結(jié)晶特點(diǎn)，以及合金成分和平衡組織關(guān)系的重要圖解，而合金的性能又主要取決于合金的成分和組織，因此可以根據(jù)相圖定性地判斷合金的性能。在MgCu相圖（）中形成兩個穩(wěn)定化合物，一個是熔點(diǎn)為568℃具有一定成分的Mg2Cu，一個是熔點(diǎn)為820℃具有一定成分范圍的MgCu2化合物，它們都可以作為獨(dú)立組元把相圖分為MgMg2Cu，Mg2CuMgCu2，MgCu2Cu三個簡單共晶相圖。167。因?yàn)榘мD(zhuǎn)變的產(chǎn)物是在反應(yīng)相L和的界面處形成，它是通過消耗L和來長大，當(dāng)L或的量過多時，就會有剩余；因合金II的L%合金I的L%，所以有L剩余，合金III的%合金I的%，所以有剩余，在包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金I的成分沿DF變化從，室溫組織為，合金II的成分分別沿CB和DB變化，發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變在液相消失后，得到單相的，當(dāng)它與DF線相交時，從，室溫組織為，合金III的成分分別沿PE和DF變化，從，從，室溫組織為。二. 典型合金的平衡結(jié)晶過程，它有五種典型合金，IV、V為端部固溶體，它的結(jié)晶過程大家已會分析，合金I、II、III都與包晶線PDC相交，結(jié)晶時先發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，在TD溫度時發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變。ACB線：是液相線，APDB線：是固相線，PDC線：是包晶反應(yīng)線，成分在P~C之間的合金，在恒溫1186℃時都發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變 PE、DF線：分別為、的溶解度曲線。C點(diǎn)：是包晶轉(zhuǎn)變時，液相的平衡成分點(diǎn)。包晶轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，由一個一定成分的固相和一個一定成分的液相轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€新的一定成分的固相的過程。（或畫圖講解）A、B點(diǎn)為純鉑、純銀的熔點(diǎn)，P點(diǎn)為（銀在鉑中）的最大溶解度點(diǎn)，也是包晶轉(zhuǎn)變時相的平衡成分點(diǎn)。 包晶相圖包晶相圖：是兩組元在液態(tài)時能無限溶解，在固態(tài)只能有限溶解，并具有包晶轉(zhuǎn)變的相圖，如PtAg（鉑、銀）SnSb、AgSn、CuZn、FeC合金等都含有包晶相圖。通過上述分析為了使大家能更容易地掌握各合金在不同溫度時的組織，另外共晶圖還有其它幾種形式如右圖。所不同的是當(dāng)合金成分靠近M點(diǎn)時初生相的量增加，共晶體（）的量減少；而合金成分靠近E點(diǎn)時，的量減少，共晶體（）的量增加。當(dāng)冷到2點(diǎn)相成分達(dá)到M點(diǎn)，剩余液相成分達(dá)到E點(diǎn)，在恒溫183℃剩余液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶體，此時合金的組織組成物為，它們的相對量可用杠桿定律計(jì)算： 繼續(xù)冷卻（、）沿MF線變析出（沿晶界或晶內(nèi)析出），沿NG線變析出，室溫時的組織為，該合金的相組成物為、它們的相對量為，組織組成物為，它們的相對量也可以計(jì)算出來，由183℃時的計(jì)算知，由于初生冷卻時不斷析出，它們的相對量也可以求出，但必須先用杠桿定律求出合金在室溫時和的相對量,，(即求出在183℃以下100%中能最多析出多少)。，由金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)其顯微組織為層片狀（和層片交替分布），對于不同成分的共晶合金，其共晶體的組織形態(tài)不同，可以是層片狀，樹枝狀、針狀、螺旋狀等。相組成物：合金在不同狀態(tài)時由哪些基本相組成，該組成物稱為相組成物。繼續(xù)冷卻和成分分別沿MF和NG線變化，由于溶解度隨溫度的降低而降低，所以分別從，從。合金V的結(jié)晶過程與合金I相似，（先，后，最后得到組織）由大家自己分析。有時也將經(jīng)固溶處理后的合金在低溫進(jìn)行加熱處理，讓它析出很細(xì)小的第二相，如第二相是高硬度的化合物，這對合金的強(qiáng)化效果更好。當(dāng)冷卻3點(diǎn)時，與的溶解度曲線相交，的溶解度達(dá)到飽和狀態(tài)，而冷卻到3點(diǎn)以下時為過飽和，其成分將沿3F線變化，將多余的錫以的形式從中析出，隨溫度的降低的量減少，的量增加，在室溫時得到的組織為。成分在M點(diǎn)以左、N點(diǎn)以右的合金稱為端部固溶體合金，用合金I和合金V代表，合金II為共晶合金，它結(jié)晶后的組織為100%共晶體，而把成分在M~E和E~N范圍的合金，分別稱為亞共晶合金和過共晶合金，用合金III和合金IV代表。 3)三相線：MEN線為三相共存線。在NBG線以右為固溶體區(qū)。MF線：是錫在鉛中（固溶體）的溶解度曲線，冷卻時。 F、G點(diǎn) 分別是室溫時錫在鉛中和鉛在錫中的溶解度。 M、N點(diǎn) 分別為固溶體（錫在鉛中）和固溶體（鉛在錫中）的最大溶解度點(diǎn)。如PbSn、PbSb、AgCu、AlSi等，下面我們以PbSn合金為例進(jìn)行介紹。167。這種現(xiàn)象稱為成分過冷。具體方法是將鑄件加熱到固相線以下100~200℃，進(jìn)行較長時間的保溫，讓原子進(jìn)行充分?jǐn)U散，消除偏析達(dá)到成分均勻化的目的，（可使樹枝狀組織變?yōu)榈容S狀組織）。嚴(yán)重的枝晶偏析會使合金的力學(xué)性能降低，主要是塑性和韌性以及耐蝕性等。由以上分析可知合金在不平衡結(jié)晶后，得到的固溶體成分是不均勻的，在一個晶粒中先結(jié)晶的部分（晶粒中心）含高熔點(diǎn)組元Ni多，后結(jié)晶部分（晶粒邊緣）含低熔點(diǎn)組元Cu多。因冷卻速度較快，t1時結(jié)晶出的來不及通過原子充分?jǐn)U散，使其成分變到，因先結(jié)晶含高熔點(diǎn)組元Ni比多，這時合金固相的平均成分介于和之間為。如鑄造時合金液體在鑄型中的結(jié)晶就是不平衡結(jié)晶。(5) 平衡結(jié)晶時，液相的成分沿液相線變L%↓，固相的成分沿固相線變，%↑，最后得到成分均勻的固溶體。(3) 結(jié)晶也是通過形核和長大完成。3) 固溶體平衡結(jié)晶特點(diǎn)：(1) 是變溫結(jié)晶（在一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，純金屬是恒溫結(jié)晶，在一定溫度結(jié)晶）。2) 平衡結(jié)晶過程=40%的合金為例畫圖講解，由圖可以看出該合金在1350℃~1290℃范圍內(nèi)發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變，從液相中結(jié)晶出固溶體（），該結(jié)晶過程實(shí)際上是合金隨溫度的降低，建立起一系列的相平衡過程，如、（實(shí)際上每個相平衡的溫度間隔很?。?dāng)溫度降低一個間隔時，上個相平衡時的液、固相成分，均能通過擴(kuò)散與第二個相平衡時的液、固相成分均勻一致。(2) 兩相區(qū)一個，在液、固相線與之間。 線為固相線，是勻晶轉(zhuǎn)變的終止線L 、合金加熱到該線時開始熔化，冷卻到該線時，全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w。[畫圖講解]。 勻晶相圖一. 相圖分析1. 勻晶相圖勻晶相圖是兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶，在結(jié)晶時發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變的相圖，如CuNi、AuAg、CrMo、CdMg等合金系均形成勻晶系。即以K點(diǎn)為支點(diǎn)，a、K、b為杠桿，則在杠桿兩端掛重物的相對量比，與兩者的杠桿長度成反比。如K合金在1300℃時，液、固兩相平衡相的成分點(diǎn)分別為a、b，而合金成分點(diǎn)用K點(diǎn)表示，用WL、WK分別表示液相、相和合金的質(zhì)量。3. 確定合金兩相平衡時的成分和相對量給定合金在某一溫度時兩平衡相的成分，只需在該溫度作成分橫坐標(biāo)的平行線，該平行線與相圖中各曲線的交點(diǎn)，所對應(yīng)的成分即為兩平衡相的成分，%=50%合金，在1300℃液、固兩平衡相的成分為a、b點(diǎn)對應(yīng)的成分坐標(biāo)值，這時液、固兩相的相對量可用杠桿定律計(jì)算。2. 確定給定合金的相變溫度 一般是沿給定合金作成分垂線，該垂線與相圖中各曲線的交點(diǎn)，即為該合金的相變溫度。，講解CuNi合金系各成分合金冷卻曲線上出現(xiàn)停歇點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)的含義（放出結(jié)晶潛熱），并講清繪制相圖的具體方法步驟和過程，以及各線的含義（液相線：各合金開始結(jié)晶點(diǎn)構(gòu)成，固相線：各合金的結(jié)晶終止點(diǎn)構(gòu)成）和各相區(qū)的組成物（單相、兩相區(qū)）。要想測定一張精確的相圖，必須將上述幾種方法互相補(bǔ)充使用。建立相圖的過程實(shí)際上就是測定各合金相變溫度，即臨界點(diǎn)的過程。二. 相圖的測定合金相圖的測定一般都是通過試驗(yàn)法進(jìn)行。2. 表象點(diǎn)相圖中能表示合金成分、溫度的任何點(diǎn)都稱為表象點(diǎn)，C點(diǎn)表示合金含70%A、30%B；D點(diǎn)表示合金含40%A，60%B；E點(diǎn)表示合金含60%A，40%B，并處于500℃。所不同的是二元合金由兩個組元組成，它的成分是可以變化的，所以它必須用兩個坐標(biāo)軸表示（合金結(jié)晶是在常壓下進(jìn)行，沒有壓力變化）。我們知道純金屬的結(jié)晶過程，可以用熱分析法通過測定它的冷卻曲線來研究。167。該混合物的性能主要取決于組成它的合金相本身的性能，以及它們的形狀、大小、數(shù)量和分布情況。如Ee3C滲碳體可形成(Fe、Cr)3C、(Fe、Mn)3C、Fe3(C、N)、Fe3(C、B)合金滲碳體；(Cr、Fe)23C(Cr、Fe、Mo、W)23(C、B)6等。 2) 間隙化合物的特點(diǎn)主要受原子尺寸因素控制，(b)，但與原兩組元不同，具有一定的成分范圍（可看作以間隙化合物為基的固溶體），具有高的熔點(diǎn)和硬度。2. 間隙化合物 1) 間隙化合物：（）時，形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物。2) 間隙相的特點(diǎn) 主要受原子尺寸因素控制，(a)，但與原兩組元不同，一般金屬原子占據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)位置構(gòu)成面心立方、體心立方、密排六方，簡單六方結(jié)構(gòu)，非金屬原子有規(guī)則地占據(jù)晶格間隙。它主要可分為具有簡單結(jié)構(gòu)的間隙相和具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。(2) 電子化合物的分類電子化合物根據(jù)其電子濃度（C電子= 價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比）的不同可分為三類： Cu=1價(jià) C電子= C電子= C電子=Zn=2價(jià) 體心立方結(jié)構(gòu) 復(fù)雜立方結(jié)構(gòu) 密排六方結(jié)構(gòu) 相 相 相 CuZn C電子=， Cu5Zn8 C電子=， CuZn3 C電子= (3) 電子化合物的特點(diǎn)主要受電子濃度因素控制，不遵守化合價(jià)規(guī)律，晶體結(jié)構(gòu)與兩組元不同，但取決于電子濃度，具有高的熔點(diǎn)和硬度，但塑性較低，多產(chǎn)生于有色金屬中，與固溶體配合適當(dāng)可起到強(qiáng)化作用。 (2) 正常價(jià)化合物的特點(diǎn) 主要受負(fù)電性因素控制，兩組元負(fù)電性相差越大，越易形成這類化合物，并且形成的化合物的結(jié)構(gòu)鍵性質(zhì)及穩(wěn)定性隨負(fù)電性差的減小而變化，如下表所示： 化合物Mg2SiMg2SnMg2Pb結(jié)合鍵性質(zhì)離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵熔點(diǎn)1102℃778℃550℃（穩(wěn)定性）高 低其晶體結(jié)構(gòu)不同與兩組元，具有高的硬度和脆性，當(dāng)在金屬材料中彌散細(xì)小分布時，可起強(qiáng)化相作用，但在常用金屬材料中一般很少形成這類化合物。4. 金屬間化合物的分類 金屬間化合物的類型很多，但是根據(jù)它們的形成條件不同，可將它們大致分為三類，正常價(jià)化合物、電子化合物、間隙相和間隙化合物。3. 金屬間化合物的一般特點(diǎn)金屬間化合物是在固溶體達(dá)到極限溶解度后形成的，它一般處在合金相圖的中間部位，故又稱為中間相。2. 非金屬化合物：是指金屬與非金屬，非金屬與非金屬之間，形成的不同于原兩組元晶體結(jié)構(gòu)的，沒有金屬特性的物質(zhì)，如FeS，MnS，NaCl等，它們在金屬材料中的數(shù)量很少，以雜質(zhì)形式存在通常稱為非金屬夾雜物，但它們的存在對金屬材料性能的影響卻很壞?；衔锿ǔ？梢苑譃榻饘匍g化合物和非金屬化合物。2) 物理性能：隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體合金的電阻溫度系數(shù)減小，導(dǎo)電性↓，電阻↑。3. 固溶體的性能1) 機(jī)械性能：產(chǎn)生固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：隨溶質(zhì)原子濃度強(qiáng)化的增加，固溶體強(qiáng)度、硬度升高，而塑性、韌性稍有降低的現(xiàn)象，固溶強(qiáng)化是金屬材料的重要途徑之一，它在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，幾乎生產(chǎn)中使用的絕大部分合金材料都是以固溶體作為主體相（基體相）。如銅金合金，當(dāng)原子比為1:150%Cu，50%Au，在385℃）或3:1（75