第六章二元相图2FeC相图资料
FeC相图
B
L
三相平衡反应：
包晶反应：
LB ＋ H ᅳ → J
G P Q
L＋
E
L＋Fe3C
C
D F
＋ Fe3C
S
共晶反应：
LC ᅳ → E ＋ Fe3C
Fe3C
K
共析反应：
S ᅳ → P ＋ Fe3C
＋ Fe3C
匀晶反应：
A
Lᅳ→ Lᅳ→ L ᅳ → Fe3C
H
J N
BHale Waihona Puke L ＋ Fe3C
S
Fe3C
K
求室温下，组织相对含量：
p%20c %727c 100%
0.77％C
＋ Fe3C
4.
L
1.2％C
A
H
J N
B
L
Lᅳ→ ᅳ → Fe3CII ᅳ →(＋Fe3C）共 ᅳ → Fe3CIII
L＋
E
L＋Fe3C
C
D F
G P Q S
纯铁 500×
A
（1）求室温下α%和Fe3C%
H
J N
B
L
6.69 0.01 % 100% 99.9% 6.69 0.001 Fe C % 1 % 0.1% 3
G P S
L＋
E
L＋Fe3C
C
D F
＋ Fe3C
Fe3C
K
（2）求工业纯铁析出 Fe3C的最大量
Fe3C % 0.0218 0.001 100% 6.69 0.001
Q
上海交大-材料科学基础-第六章
例：
（1）固溶体合金的相图所示，试根据相图确定：
a)成分为40%B的合金首 先凝固出来的固体成分； b)若首先凝固出来的固体 成分含60%B，合金的成 分为多少？
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c)成分为70%B的合金最 后凝固的液体成分；
d)合金成分为50%B，凝 固到某温度时液相含有 40%B，固体含有80%B， 此时液体和固体各占多少 分数？
1）由上列数据绘出Ni-Cu的相图，并标明每一区域存 在的相；
2）将50%混合物自1400℃逐渐冷却到1200℃，说明所 发生的变化，并注出开始凝固、凝固终了及1275℃互成 平衡时液相与固相的组成。
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（4）铋（熔点为271.5℃）和锑（熔点为630.7℃）在液 态和固态时均能彼此无限互溶，ωBi=50%的合金在 520℃时开始凝固出成分为ωSb=87%的固相。ωBi=80% 的合金在400℃时开始凝固出成分为ωSb=64%的固相。 根据上述条件，绘出Bi—Sb相图，并标出各线和相区的 名称。
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两组元无限互溶的条件： • 晶体结构相同 • 原子尺寸相近，尺寸差<15% • 相同的原子价 • 相似的电负性（化学亲和力）
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具有极值的匀晶系相图
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有晶型转变的匀晶系相图
晶型转变曲线
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平衡凝固过程 指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡。 在极其缓慢冷却条件下的凝固
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（2）A的熔点为300℃和B的熔点为700℃(650)，A和 B在液态和固态时均能彼此无限互溶，ωA=50%的合 金在500℃时开始凝固出成分为ωB=90%(87)的固相。 ωA=80%的合金在400℃时开始凝固出成分为 ωB=60%(64)的固相。根据上述条件，要求：
材料科学基础-6二元相图
2
Ω=0，＞0，G-x曲线也有一最小值；
Ω＞0， G-x曲线也有2个最小值，拐点内＜0。
6.3.2 多相平衡的公切线原理
6.3.3 混合物的自由能和杠杆法则
6.3.4 从自由能—成分曲线推测相图
6.3.5 二元相图的几何规律
★相图中所有的相界线代表相变的温度和平衡相 成分，即平衡相成分沿着相界线随温度变化而变 化； ★两单相区之间必定有这两相的两相区－相区接 触法则； ★二元相图的三相平衡区为一水平线，其与三个 单相区的交点确定平衡相的浓度； ★两相区与单相区的分界线与三相等温线相交， 分界线的延长线进入另一两相区。
（1）单相区：3个， L、 α 、β （2）两相区： 3个， L+α 、L+β 、α +β 相区：1个， L+α+β （3）三
5.与匀晶和共晶相图的区别
（1）相同处
PDC线以上区域； PDC线以下、DF以右区域的
分析方法以及结晶过程与匀晶相同；
BPDF以内区域，与共晶线MEN线以下区域相同，
按照固ห้องสมุดไป่ตู้度线分析。 （2）不同处 包晶线PDC及包晶反应：L+α→β
6.10 铁碳合金相图 6.11 二元合金的凝固理论
第6章 二元合金相图及合金凝固
由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体，
该体系称为单元系。两个组元的为二元系，n个组元都是独立
的体系称为n元系。对于纯晶体材料而言，随着温度和压力的 变化，材料的组成相会发生变化。
从一种相到另一种相的转变称为相变。由不同固相之间的
2.非平衡共晶组织
a
非平衡共晶组织（成分位于a点稍左）一般分布在初晶α 的相界上，或者在枝晶间。可以通过扩散退火来消除，最终得
Fe-C相图解析
铁碳合金中的根本组织
含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％ 的合金为白口铸铁。全部碳钢和白口铸铁在室温下的 组织均有铁素体〔F〕和渗碳体〔Fe3C〕这两个根本 相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相 对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
✓ 在铁碳合金中，当wc=0.77％，温度在727℃时，会 产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时，
合金⑤是碳的质量分数为共晶成分〔wc=4.3%〕的共晶铁碳合金。从相图上可 看到当温度在1点〔1148 C〕之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发 生恒温共晶转变。即 L4.3→(A2.11+Fe3C)≡Ld。液相全部以共晶转变的方式结 晶成高温莱氏体〔Ld〕。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥 氏体和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但 当温度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶 奥氏体也同样会析出Fe3CⅡ，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在 1～2点之间合金⑤的显微组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3CⅡ，时其 本身的碳的质量分数也不断下降，当温度降到2点〔727℃〕时共晶奥氏体的wc ＝0.77%，随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合 金⑤的显微组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微组织称 为低温莱氏体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3CⅡ+Ld` 。
室温组织 过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体〔即二次渗碳体〕组 成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2 ％的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二 次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色 网络状。
FeC相图具体分析
Fe-C 相图分析一. Fe-C 双重相图铁碳合金是铁与碳组成的合金，在合金中当碳含量超过固溶体的溶解限度后，剩余的碳以两种存在方式：渗碳体Fe 3C 或石墨。
在通常情况下，铁碳合金是按Fe-Fe 3C 系进行转变。
但在极为缓慢冷却或加入促进石墨化的元素的条件下碳才以石墨的形式存在，因此Fe-石墨系是更稳定的状态。
按照这样情况，铁碳相图常表示为Fe-Fe 3C 和Fe-石墨双重相图，如图6.1所示。
Fe 3C T /0CD 'K 'δC wt.%图6.1 Fe-C 双重相图图中实线部分为Fe-Fe 3C 相图，虚线表示Fe-C 相图，实线与虚线重合的部分以实线表示。
尽管Fe-Fe 3C 相图是一个亚稳相图，但一般情况下铁碳合金中的相变化遵循Fe-Fe 3C 相图，所以通常也将其称为平衡相图，在Fe-Fe 3C 相图中的相或反应生成的各种组织都分别称为平衡相或平衡组织。
二. Fe-Fe3C相图分析1.相区五个单相区：ABCD（液相线）—液相区（L） AHNA—δ相区NJESGN—奥氏体区（γ或A） GPQG—铁素体区（α或F）DFK—渗碳体区（Fe3C或Cm）ABCD为固相线，AHJECF为液相线。
七个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+α、γ+Fe3C、α+ Fe3C五条水平线：HJB—包晶转变线、ECF—共晶转变线、PSK—共析转变线770℃（MO）虚线—铁素体的磁性转变线（又称为A2线）230℃虚线—渗碳体的磁性转变线2. 三个恒温转变（1）包晶转变（1495℃HJB水平线）：凡成分贯穿HJB恒温线的铁碳合金（w(C)＝0.09-0.53%），冷却到1495℃，w(C)＝0.53%的液相与w(C)＝0.09%的δ相发生包晶反应，生成w(C)＝0.17%的γ相即奥氏体A。
包晶反应式记为1495CB H JLδγ︒+→，其中的下标字母表示该相的成分点。
（2）共晶转变（1148℃ECF水平线）：反应式为11483CC EL Fe Cγ︒↔+，w(C)＝2.11-6.69%的合金冷却时，在1148℃都发生共晶转变。
第六单元2二元相图
重 量％
分析生产硅砖中Al2O3存在降低耐火度的影 响?
因 为此系统中在1595℃低共熔点处生成 含Al2O3 5.5wt%d的液 相，E1点靠近SiO2,当 加入1wt％的，在1595℃就产生 1：5.5=18.2 ％ 液相，与SiO2平衡的液相线从熔点1723℃ 迅速降为1595℃，因而使耐火度大大降低。
第六单元2二元相图
学习相图的要求：
1、相图中点、线、面含义； 2、析晶路程； 3、杠杆规则； 4、相图的作用。
二元系统相图的表示方法及杠杠规正则
• 相图表示方法
T
T1
M
B content
A content
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
A
m %B
B
G=G1+G2
杠杠规则 Gb%=G1b1%+G2b2%
E[D , (SA(B))＋SB(A)] SB(A)+ SA(B)[1/ ， SA(B)+ SB(A)] p=2 f=1
另一类：生成不连续固溶体且具有回吸点的 二元系统相图
Ta
1
23
SA(B)+L
F SA(B)
G SA(B)+ SB(A)
J L+ SB(A)
SB(A)
b
AO
P
B
1、点G :低共熔点 LSA(B)+ SB(A) f=0
p=2 f=1
[O , A+B]
五、具有多晶转变的二元系统相图
两种类型：A、在低共熔点下发生 B、在低共熔点以上发生
实例应用： 1、CaO.Al2O3.2SiO2－SiO2系统相 图，石
二元相图fec相图
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• 简介 • 二元相图的基本类型 • fec相图的基本构成 • 二元相图和fec相图的绘制方法 • 二元相图和fec相图的分析应用 • 二元相图和fec相图的研究现状及展望
01
简介
定义和概念
要点一
二元相图（Binary Phase Diagram）
又称二元系统相图，是一种描述物质系统中的相平衡状态 的图。它表示了不同成分的物质在温度和压力等条件下的 状态和转变。
利用热力学数据计算
利用热力学数据，计算不同相的稳定性和转变温度。
二元相图和fec相图的绘制软件
1 2
Thermo-Calc
一款常用的热力学计算软件，可用于绘制二元相 图和fec相图。
FactSage
另一款热力学计算软件，可以绘制多种类型的相 图。
3
Visual Phase Diagram
一款可视化相图绘制软件，可用于二元相图和 fec相图的绘制。
THANKS
感谢观看
总结词：合金设计
详细描述：二元相图和fec相图在合金设计方面具有重要应用。通过分析相图，可以了解不同元素之间 的相互作用和合金的相组成，从而设计出具有所需性能的合金。例如，在钢铁工业中，通过调整铁、 碳和其他合金元素的含量，可以制造出具有高强度、高韧性、耐腐蚀等性能的钢材。
工艺优化
总结词：工艺优化
05
二元相图和fec相图的分析应用
材料性能预测
总结词
材料性能预测
详细描述
二元相图和fec相图可以用来预测材料的性能。通过分析相图中的成分和温度，可以了解材料的熔点、密度、热 膨胀系数、热导率等物理性质，以及硬度、抗拉强度、屈服强度、韧性等机械性质。这些信息对于材料的应用和 优化设计至关重要。
Fe-C相图知识
铁碳相图和铁碳合金(一)钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC 和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图【说明】图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
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Roozeboom在1900 年根据相律重新修订了奥氏在1899 年发表的Fe-C 平衡图。 这是以相律为指南制定的第一个合金相图,它的意义不仅是提供了一个基本 正确的FeC 平衡图,而且是为在合金相图中应用相律开了一个先例。
14
1 铁碳合金的组元和相
• ⒈ 组元：Fe、 Fe3C
• ⒉相
• ⑴ 铁素体：
3
铁碳合金相图
4
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC， 它们都可以作为纯组元看待。
• 含碳量大于Fe3C成分(6.69%)时，合金太脆，已无实用 价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C%(at%) →
C
5
郭可信
金相学史话(1); 材料科学与工程 2001
郭可信
金相学史话(1); 材料科学与工程 2001
1863 年英国的H. C. Sorby (索氏体Sorbite即命名于此人）索 氏是国际公认的金相学创建人，他以地质矿物学家的业余身 份发现了：
( 1) 自由铁(1890 年美国著名金相学家Howe命名为Ferrite, 即 铁素体) ; (2) 碳含量高的极硬化合物(1881 年Apel 用电化学分离方法确 定为Fe3C, 1890 年Howe 命名为Cementite, 即渗碳体) ; (3) 由前两者组成的片层状珠状组织Pearly Constituent (Howe 命名为Pearlite, 即珠光体) ; (4) 石墨; (5) 夹杂物
物理冶金和材料科学。
6
郭可信 金相学史话(1－6); 材料科学与工程 2001
Aloys von Widmanstatten (以下简称魏氏) 在1808 年首先将铁陨石(铁镍合金) 切成 试片, 经抛光再用硝酸水溶液腐刻, 得出图1 的组织。铁陨石在高温时是奥氏体7 , 经 过缓慢冷却在奥氏体的{111}面上析出粗大的铁素体片, 无须放大, 肉眼可见。
8
郭可信 金相学史话(1); 材料科学与工程 2001
德国的A dolf Martens (以下简称马氏)和法国的Floris Osmond 分 别在1878 及1885 年独立地用显微镜观察钢铁的显微组织, 在德 国及法国甚至有一些学者还认为他们也是金相学的创始人。 马氏在东普鲁士铁路局工作十年, 修建桥梁, 在这期间他利用业 余时间, 进行钢铁的金相观察。
Osmond 曾在法国的著名合金钢厂Creusot (邓小平当年曾在这家 钢厂做工) 工作十年, 从1880 年起这个钢厂就开始了金相检验。 Osmond 在1895 年建议用马氏命名钢的淬火组织——Martensite, 即马氏体。
9
郭可信
金相学史话(2); 材料科学与工程 2001
自从Osmond在 1885年首次提出 β-Fe以来 ,直到1922年 Westgren和Phragm用高温X射线衍射证明 β-Fe与α Fe 有相同的体心立方结构为止 ,在很长时间内 ,冶金学家一直 为钢为什么在淬火后变硬而争论不休。同素异构派 (Allotropist)认为是α Fe→β Fe相变的结果 ,而碳派 (Carbonist)认为是C的作用 ,各执一词。尽管 β Fe的存在 被否定了 ,同素异构相变 (γ Fe→α′ Fe)还是存在的 ,它与 四方畸变的α′ Fe中固溶C都是钢在淬火后变硬的必要条件。 这场长达四十年的激烈争论不但阐明了钢的淬火原理 ,对钢 的结构与性能的深入了解也是有益的。
11
奥氏Austen的功绩是首先正式提出钢中的γ固溶体。他在1897 年绘制了冶金史上第一个Fe-C 平衡图
12
两年后奥氏发表了一个改进了的Fe C 平衡图.这是奥氏一生从事冶金研究事 业的顶峰,他在那时誉满全球,并当选为英国钢铁学会主席,不久之后(1902) 逝 世。为了纪念奥氏在γ固溶体及FeC 平衡图方面的贡献,Osmond 在1900 年命 名γ固溶体为奥氏体。
已基本形成。到 19- 2 0世纪之交 ,Martens(马氏 )和
Osmond对金相学的发展和金相检验在厂矿中的推广做了
重要贡献 ,同时 Roberts- Austen(奥氏 )和
Roogzeboom初步绘制出 Fe- C平衡图 ,为金相学奠定了
理论基础。到了二十世纪中叶 ,金相学已逐步发展成金属学、
• 碳在-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或 表示。
铁素体
• 碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，称高温铁素体，用δ 表示。
Widmanstatten在 19世纪初用硝酸水溶液腐刻铁陨石切
片 ,观察到片状 Fe- Ni奥氏体的规则分布 (魏氏组织 ) ,预
告金相学即将诞生。 Sorby在 1863年用反射式显微镜观
察抛光腐刻的钢铁试样 ,不但看到珠光体中的渗碳体和铁素
体的片状组织 ,还对钢的淬火和回火作了初步探讨 ,金相学
6.4 二元相图典型实例 Fe-C binary phase diagram
1
• 铁碳合金—碳钢(steels)和铸铁(cast irons)，是工业应用最 广的合金。
• 含碳量为0.0218%~2.11%的称钢，含碳量为 2.11%~ 6.69% 的称铸铁。
一般用质量百 分比！
2
铁碳合金相图
铁碳合金相图是研 究铁碳合金最基本 的工具，是研究碳 钢和铸铁的成分、 温度、组织及性能 之间关系的理论基 础,是制定热加工、 热处理、冶炼和铸 造等工艺依据。
10
郭可信 金相学史话(3); 材料科学与工程 2001
18 6 8年Чернов首先指出钢的淬火温度应在临界点a以上 ,相 当于Osmond后来给出的Ac1或Ac3 。Roberts Austen(即奥氏 ) 在 1896年绘制出Fe-C临界点图 ,接着又在 1897年给出第一 个Fe-C平衡图 ,其中有碳在γ-Fe中的单相区 (后来Howe称之 为奥氏体 )。两年后他又给出第二个Fe-C平衡图 ,根据相律 , 包晶、共晶、共析三相反应都发生在一固定温度。一年后 (190 0 ) ,Bakhuis Roozeboom引入Fe3C并根据相律绘出FeFe3C亚稳平衡图 ,与现今使用的Fe-C平衡图基本相同