相图在材料学科中的应用.pdf

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材料热力学作业

：魏海莲

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班级：材研6班

相图在材料学科中的应

相图是在给定条件下达到相平衡时热力学变量的图示。相图被誉为材料设计

的指导书，冶金工作者的地图，热力学数据的源泉，其重要性已被冶金、材料、

化工、地质工作者广为认同。一个多世纪以来，经过一代又一代相图学家的努力，

已经积累了大量的相图资料，特别是近二十年来，随着相图计算技术的不断发展，

有关相图的资料迅速增加，为材料设计提供了重要依据。以下是相关相图的几点

应用。

（一）铁碳合金相图的几点应

铁碳合金相图反映了铁碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系。利用铁

碳相图可以制定各种热加工及热处理工艺的加热温度，还可以通过它分析钢铁材

料的性能，它是研究钢铁的重要理论基础。实际生产中使用的铁碳合金的含碳量

不超过5％，因而常用的铁碳相图只是Fe—C合金相图的一部分，即Fe—FeC相

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图。研究铁碳合金只需深入研究Fe与FeC相图部分就可满足生产上的要求。下

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图是简化的Fe—FeC相图。

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图1简化的Fe—FeC相图

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1．估算碳钢和铸铁铸造熔化加热温度

在铸造工艺中，首先要把合金加热融化，即要加热达到相图上的液态区间

(L”区)，因此可以根据相图上的液相线(ACD”线)确定碳钢和铸铁的浇注温度，

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为制定铸造工艺提供基础数据。由铁碳相图可知，共晶成分的合金(4．3％C)结

晶温度最低，其凝固温度间隔最小(为零)，故流动性好，体积收缩小，易获得组

织致密的铸件；此外，越接近共晶成分的合金，其液相线与固相线(ACD”与

AECF”线)间距离越小，即结晶温度*围越小，从而合金的流动性好，有利于浇注，

也就是越接近共晶成分的合金其铸造性越好，所以在铸造生产中，接近于共晶成

分的铸铁得到较广泛的应用。

2．估算碳钢锻造加热温度

锻造是利用材料的塑性变形来成型的一种工艺，锻造加热的目的也正是为了

提高材料的塑性变形。由铁碳相图可知，含碳量小于2．11％的铁碳合金在较高温

度下可得到单相奥氏体，即AESG区间，利用奥氏体的塑性好、变形抗力小，碳

钢锻造时易于成形。利用铁碳合金相图可以确定碳钢锻造时的加热温度，一般始

锻温度控制在固相线(AE线)以下100～200℃，以利于充分地塑性变形；温度过高，

不仅使材料严重氧化，甚至会发生晶界熔化。终锻温度，对亚共析钢，一般应稍

高于GS线，即控制在奥氏体区内：终锻温度过高，奥氏体在变形终了后的冷却

中晶粒还会长大；而终锻温度过低，则由于铁素体呈带状组织，使钢的机械性能

产生方向性，从而降低钢的韧性。对于过共析钢，则选择在ES线与PSK线之间的

温度*围，目的是利用变形时的机械作用击碎网状的FeC，一般为800～850℃。

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3．估算热处理加热温度

热处理工艺与铁碳合金相图有着更为直接的关系。根据对工件材料性能要求

的不同，各种不同热处理方法的加热温度都是参考铁碳合金相图制定的。在钢的

热处理工艺中要应用到相图的左下角部分，如图2所示。在Fe—FeC相图上，碳