三元合金相图手册

三元合金相图

一、填空

1. 三元相图等温截面的三相区都是___________________形。

2. 图1是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其中X合金的成分是_____________________。

图1

3. 图2是三元系某变温截面的一部分，其中水平线代表________________反应，反应式为______________________ 。

图2

4．图3是某三元系变温截面的一部分，合金凝固时，L+M＋C将发生_________________反应。

图3

5. 三元相图的成分用__________________________表示。 6. 四相平衡共晶反应的表达式__________________________。 7. .图6是A-B-C三元共晶相图的投影图，在常温下：

合金I的组织是______________________________________ 合金II的组织是_______________________________________ 合金III的组织是______________________________________

图4

8． 三元相图有如下

第六章 三元合金相图与凝固

实际使用的材料多为多元合金 多元相图结构复杂、测定困难 三元相图是最简单的多元相图 本章介绍简单三元相图的分析与使用方 法。 三元相图有成分变量2个，温度变量一个， 是立体图形，相区之间以曲面分开； 三元相图的各种截面、投影图用得较多。

6.1 三元相图基本知识 6.1.1浓度的表示方法(1)浓度三角形 三元合金有两个组元的浓 度可以独立变化，成分常 用等边三角形中的一个点 来表示，称为浓度三角形。 边长=100%,三个顶点代 表三个纯组元，每个边是 一个二元合金系的成分轴

三元合金的浓度例如O点代表一个三元 合金。过O点作A组元对 边平行线交于AC、AB 边于b、e两点，bC% 或Be%分别表示合金中 的含A%;同理可以求 出B%和C% 三元合金0的成分： A%=Cb%= Be% B%=Ac% =Cf% C%=Ba%=Ad%

(2) 其它三角形当三元合金中各组元含量相差较大时， 可以采用其它形式的三角形，否则，合 金成分点可能非常靠近一边或某一顶点。 常用的有

直角三角形 等腰三角形

等腰三角形当某一个组元(如C)含 量远小于其它二组元时， 可以采用等腰三角形。 一般把含量较高的组元 放在底边位置，两腰代 表少组元的含

本文主要内容是阐述铝硅镁合金三元相图的英文文献

JPEDAV(2007)28:189–191

DOI:10.1007/s11669-007-9027-81547-7037ÓASMInternational

PhaseDiagramEvaluations:SectionII

Al-Mg-Si(Aluminum-Magnesium-Silicon)

V.Raghavan

Thecompilationoftheexperimentaldataonthisternarysystemby[1995Vil]includesaliquidusprojectionand15verticalsectionsfrom[1977Sch]andpartialisothermalsectionsat1050,800,460,430,427,400,and300°Cfromseveralsources.Subsequenttothethermodynamicassess-mentofthissystemby[1992Cha],newassessmentswerereportedby[1997Feu,2005Lac].

compoundMg2Si(C1,CaF2-t

本文主要内容是阐述铝硅镁合金三元相图的英文文献

JPEDAV(2007)28:189–191

DOI:10.1007/s11669-007-9027-81547-7037ÓASMInternational

PhaseDiagramEvaluations:SectionII

Al-Mg-Si(Aluminum-Magnesium-Silicon)

V.Raghavan

Thecompilationoftheexperimentaldataonthisternarysystemby[1995Vil]includesaliquidusprojectionand15verticalsectionsfrom[1977Sch]andpartialisothermalsectionsat1050,800,460,430,427,400,and300°Cfromseveralsources.Subsequenttothethermodynamicassess-mentofthissystemby[1992Cha],newassessmentswerereportedby[1997Feu,2005Lac].

compoundMg2Si(C1,CaF2-t

1．何谓金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。

答：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素

异构转变。

2．为什么γ-Fe 和α- Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时，其体积如何变化？

答：因为γ-Fe和α- Fe原子排列的紧密程度不同，γ-Fe的致密度

为74%,α- Fe的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时体积将发生膨胀。

3.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

答：铁素体（F）：铁素体是碳在??Fe中形成的间隙固溶体，为体心

立方晶格。由于碳在??Fe中的溶解度`很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。

奥氏体（A）：奥氏体是碳在??Fe中形成的间隙固溶体，面心立方

晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在??Fe中的溶解度较大。有很好的塑性。

渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。

渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。

铁碳平衡图

（The Iron-Carbon Diagrams）

连聪贤

本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。

铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。

铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态

四、课程纲要

（一）铁碳合金的构成

第四章 二元合金相图与合金凝固

一、本章主要内容：

相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；

二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；

二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；

共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；

二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析

其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，

熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法

二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图， 相图与合金性能的关系

相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 二、 1.填空

1 相律表达式为___f=C-P+2

第四章 二元合金相图与合金凝固

一、本章主要内容：

相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；

二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；

二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；

共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；

二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析

其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，

熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法

二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图， 相图与合金性能的关系

相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 二、 1.填空

1 相律表达式为___f=C-P+2

．某合金相图如图所示。

1）试标注①—④空白区域中存在相的名称； 2）指出此相图包括哪几种转变类型；

3）说明合金Ⅰ的平衡结晶过程及室温下的显微组织。 答：(1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+ αⅡ+ (α+β) ④: β+αⅡ

(2)匀晶转变；共析转变

(3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出γ固溶体至

2点结束,2～3点之间合金全部由γ固溶体所组成,3点以下,开始从γ固溶体中析出α固溶体,冷至4点时合金全部由α固溶体所组成,4～5之间全部由α固溶体所组成,冷到5点以下,由于α固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从α中析出第二相β固溶体,最终得到室稳下的显微组织: α+βⅡ

5.画出 Fe-Fe3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。 答:

T/℃A(1538℃)LL+ACEAD(1227℃)A+Fe3CⅠF(1148℃)G(912℃)A+Fe3CⅡFF+AA+Fe3CⅡ+Le Le Le + Fe3CⅠ SK(727℃)PP+Fe3CⅡPQ(600℃或室温)P+Fe3CⅡ+Le′ Le′ Le′+

实验六 步冷曲线法绘制二元合金相图

实验六 步冷曲线法绘制二元合金相图 一、目的要求 1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，再绘制绘Bi-Sn二元合金相图。 2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测量温度的方法。 二、实验原理 1.相图 相图是多相(二相或二相以上)体系处于相平衡状态时体系的某些物理性质(如温度或压力)对体系的某一变量(如组成)作图所得的图形，因图中能反映出相图平衡情况(相的数目及性质等)，故称为相图。由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系相平衡情况的演变(例如钢铁及其它合金的冶炼过程，石油工业分离产品的过程)，都要用到相图。由于压力对仅由液相和固相构成的凝聚体系的相平衡影响很小，所以二元凝聚体系的相图通常不考虑压力的影响，而常以组成为自变量，其物理性质则取温度。 2.热分析法测绘步冷曲线 热分析法是绘制相图常用的基本方法。其原理是将体系加热融熔成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，用体系的温度随时间的变化情况来判断体系是否发生了相变化。记录体系的温度随时间的变化关系，再以时间为横坐标，温度为纵坐标，绘制成温度--时间曲线，称为步冷曲线(如图6,1)。从步冷曲线中一般可以判断在某一温