材料科学基础笔记

二次杠杆的应用。 5 含碳量对平衡组织和性能的影响

（1） 对平衡组织的影响（随C%提高）

组织：α＋Fe3CⅢ Ld`＋Fe3CⅠ； 相：α减少，Fe3C增多；

Fe3C形态：Fe3CⅢ（薄网状、点状） 共析Fe3C（层片状） Fe3CⅡ（网状） 共晶Fe3C（基体） Fe3CⅠ（粗大片状）。 （2） 对力学性能的影响

强度、硬度升高，塑韧性下降。 （3） 对工艺性能的影响

适合锻造：C%<%，可得到单相组织。 适合铸造：C%～%。，流动性好。 适合冷塑变：C%<%，变形阻力小。 适合热处理：~，有固态相变。

第七节 相图的热力学解释

图示讲解

第八节 铸锭组织及其控制

1 铸锭组织

（1） 铸锭三区：表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区。

（2） 组织控制：受浇铸温度、冷却速度、化学成分、变质处理、机械振动与搅拌等

因素影响。

2 铸锭缺陷

（1） 微观偏析 （2） 宏观偏析

正偏析 反偏析 比重偏析 （3） 夹杂与气孔

夹杂：外来夹杂和内生夹杂。 气孔：析出型和反应型。 （4） 缩孔和疏松

形成：凝固时体积缩小－补缩不足－形成缩孔。

分类：集中缩孔（缩孔、缩管）和分散缩孔（疏松，枝晶骨架相遇，封闭液体，造成补缩困难形成。）

第五章 三元相图

第一节 总论

1 三元相图的主要特点

（1） 是立体图形，主要由曲面构成； （2） 可发生四相平衡转变； （3） 一、二、三相区为一空间。

2 成分表示法－成分三角形（等边、等腰、直角三角形）

（1） 已知点确定成分； （2） 已知成分确定点。 3 成分三角形中特殊的点和线

（1） 三个顶点：代表三个纯组元；

（2） 三个边上的点：二元系合金的成分点；

（3） 平行于某条边的直线：其上合金所含由此边对应顶点所代表的组元的含量一定。 （4） 通过某一顶点的直线：其上合金所含由另两个顶点所代表的两组元的比值恒定。 4 平衡转变的类型

（1）共晶转变：L0 T αa+βb+γc;

（2）包晶转变：L0＋αa+βb T γc; （3） 包共晶转变：L0＋αa T βb+γc; 还有偏共晶、共析、包析、包共析转变等。 5 共线法则与杠杆定律

（1） 共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，合金的成分点和两个平衡相

的成分点必然位于成分三角形的同一条直线上。（由相率可知，此时系统有一个自由度，表示一个相的成分可以独立改变，另一相的成分随之改变。） （2） 杠杆定律：用法与二元相同。 两条推论

（1） 给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其中一个相的成分给定，另一个相

的成分点必然位于已知成分点连线的延长线上。

（2） 若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位于两个已知成分点的连线上。 6 重心定律

在一定温度下，三元合金三相平衡时，合金的成分点为三个平衡相的成分点组成的三角形的质量重心。（由相率可知，此时系统有一个自由度，温度一定时，三个平衡相的成分是确定的。）

平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为支点。计算方法同杠杆定律。

第二节 三元匀晶相图

1 相图分析

点：Ta, Tb, Tc-三个纯组元的熔点； 面：液相面、固相面； 区：L, α, L+α。

2 三元固溶体合金的结晶规律

液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形规律变化。 （立体图不实用） 3 等温界面（水平截面）

（1） 做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。 （2） 截面图分析

3个相区：L, α, L+α;

2条相线：L1L2, S1S2（共轭曲线）;

若干连接线：可作为计算相对量的杠杆（偏向低熔 点组元；可用合金成分点与顶点的连线近似代替）。 4 变温截面（垂直截面）

（1） 做法：某一垂直平面与相图中各面的交线。

（2） 二种常用变温截面 经平行于某条边的直线做垂直面获得； 经通过某一顶点的直线做垂直面获得。 （3） 结晶过程分析

成分轴的两端不一定是纯组元；

注意 液、固相线不一定相交；

不能运用杠杆定律（液、固相线不是成分变化线）。

5 投影图

（1） 等温线投影图：可确定合金结晶开始、结束温度。 （2） 全方位投影图：匀晶相图不必要。

第三节 三元共晶相图

一 组元在固态互不相溶的共晶相图

（1） 相图分析 点：熔点；二元共晶点；三元共晶点。 两相共晶线 液相面交线 线：EnE 两相共晶面交线 液相单变量线

液相区与两相共晶面交线

液相面 固相面 面： 两相共晶面 三元共晶面 两相区：3个 区： 单相区：4个 三相区：4个 四相区：1个

（2） 等温截面

应用：可确定平衡相及其成分；可运用杠杆定律和重心定律。 是直边三角形

三相平衡区 两相区与之线接 （水平截面与棱柱面交线）

单相区与之点接 （水平截面与棱边的交点，表示三 个平衡相成分。） （3） 变温截面

应用：分析合金结晶过程，确定组织变化 局限性：不能分析成分变化。（成分在单变量线上，不在垂直截面上）

合金结晶过程分析；

（4）投影图 相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律） 组织组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律） 二 组元在固态有限溶解的共晶相图 （1）相图分析

点：熔点；二元共晶点；三元共晶点。 两相共晶线 液相面交线 线：EnE 两相共晶面交线 液相单变量线

液相区与两相共晶面交线 固相单变量线 液相面

固相面：由匀晶转变结束面、两相共晶结束面、三相共晶结束面组成。

面： 两相共晶面 三元共晶面

溶解度曲面：6个 两相区：6个 区： 单相区：4个 三相区：4个 四相区：1个

（2）等温截面

应用：可确定平衡相及其成分；可运用杠杆定律和重心定律。 是直边三角形

三相平衡区 两相区与之线接 （水平截面与棱柱面交线）

单相区与之点接 （水平截面与棱边的交点，表示三 个平衡相成分。） 相率相区的相数差1； 相区接触法则：单相区/两相区曲线相接； 两相区/三相区直线相接。 （3） 变温截面

3个三相区 共晶相图特征：水平线

1个三相区 三相共晶区特征：曲边三角形。

应用：分析合金结晶过程，确定组织变化 局限性：不能分析成分变化。（成分在单变量线上，不在垂直截面上）

合金结晶过程分析；

（4）投影图 相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律） 组织组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）

第四节 三元相图总结

立体图：共轭曲面。 1 两相平衡

等温图：两条曲线。

立体图：三棱柱，棱边是三个平衡相单变量线。 2 三相平衡 等温图：直边三角形，顶点是平衡相成分点。 垂直截面：曲边三角形，顶点不代表成分

根据参加反应相：后生成。 包、共晶转变判断 根据居中单相区：上共下包。

3 四相平衡

（1） 立体图中的四相平衡

共晶转变 类型： 包共晶转变

包晶转变

与4个单相区点接触； 相区邻接（四相平衡面） 与6个两相区线接触； 与4个三相区面接触。

共晶转变：上3下1（三相区）； 反应类型判断（以四相平衡面为界） 包共晶转变：上2下2； 包晶转变：上1下3。

（2） 变温截面中的四相平衡

四相平衡区：上下都有三相区邻接。

条件：邻接三相区达4时； 判断转变类型 类型：共晶、包共晶、包晶。

（3） 投影图中的四相平衡

根据12根单变量判断； 根据液相单变量判断

共晶转变 包共晶转变 包晶转变

4 相区接触法则

相邻相区的相数差1（各种截面图适用）。

5 应用举例

第六章 固体中的扩散

第一节 概述

1 扩散的现象与本质

（1） 扩散：热激活的原子通过自身的热振动克服束缚而迁移它处的过程。 （2） 现象：柯肯达尔效应。

（3） 本质：原子无序跃迁的统计结果。（不是原子的定向移动）。

2 扩散的分类