包晶反应：
由一个液相与一个固相在恒温下生成另一个固相的转变称为包晶转变。两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生包晶反应的相图，称为包晶相图。 相图分析：
Pt-Ag 相图
点：
A 点：纯组元铂的熔点和凝固点，为1772℃
B 点：纯组元银的熔点和凝固点，为961.9℃
C 点：是包晶转变时，液相的平衡成分点。
D 点：是包晶点，具有该点成分的合金在恒温下发生包晶转变，，得到100%包晶产物。另外，D 点也是Pt 在Ag 中的最大溶解度点。
P 点：是Ag 在Pt 中的最大溶解度点，也是包晶转变时相的平衡成分点。 E 点：是室温时Ag 在Pt 中的溶解度，F 点：是室温时Pt 在Ag 的溶解度。 线：
ACB 线为液相线，其中AC 线为冷却时L →的开始温度线，CB 线为冷却时L →的开始温度线。
β
α?+L
APDB 线为固相线，其中AP 线为冷却时L →的终止温度线，DB 线为冷却时L →的终止温度线。
CDP 线是包晶转变线，成分在C~P 之间的合金在恒温tD 下都发生包晶转变，形成单相固溶体，可用相律证明在三相平衡时f = 0，该线是水平线。
PE 线为Ag 在Pt 中的固溶度曲线，冷却时→II ，DF 线为Pt 在Ag 中的固溶度曲线，冷却时→II 。
相区：
单相区：有三个L 、、，在ACB 液相线以上为单相的液相区，在APE 线以左为单相的固溶体区（是Ag 在Pt 中的置换固溶体），在BDF 线右下方为单相的固溶体区（是Pt 在Ag 中的置换固溶体）。
两相区：有三个L+、L+、+，在ACPA 区为L+相区，在BCDB 区为L+相区，在EPDFE 区为+相区。
三相线：CDP 线为L++三相平衡共存线。
含42.4%Ag 的Pt-Ag 合金的平衡凝固：
由于包晶转变时，L 和α相中的A 、B 组元的扩散都必须通过β相进行，而II L L αββα+???→????→?+???→?脱溶转变包晶转变多匀晶转变
原子在固相中的扩散速度很慢，因此包晶转变的速度也相当慢，所以在实际生产条件下，由于冷却速度较快，原子不能进行充分扩散，因此包晶转变也不能充分进行。
二元系各类恒温转变图型：
包晶反应： 由一个液相与一个固相在恒温下生成另一个固相的转变称为包晶转变。两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生包晶反应的相图，称为包晶相图。 相图分析： Pt-Ag 相图 点： A 点：纯组元铂的熔点和凝固点，为1772℃ B 点：纯组元银的熔点和凝固点，为961.9℃ C 点：是包晶转变时，液相的平衡成分点。 D 点：是包晶点，具有该点成分的合金在恒温下发生包晶转变，，得到100%包晶产物。另外，D 点也是Pt 在Ag 中的最大溶解度点。 P 点：是Ag 在Pt 中的最大溶解度点，也是包晶转变时相的平衡成分点。 E 点：是室温时Ag 在Pt 中的溶解度，F 点：是室温时Pt 在Ag 的溶解度。 线： ACB 线为液相线，其中AC 线为冷却时L →的开始温度线，CB 线为冷却时L →的开始温度线。 β α?+L
APDB 线为固相线，其中AP 线为冷却时L →的终止温度线，DB 线为冷却时L →的终止温度线。 CDP 线是包晶转变线，成分在C~P 之间的合金在恒温tD 下都发生包晶转变，形成单相固溶体，可用相律证明在三相平衡时f = 0，该线是水平线。 PE 线为Ag 在Pt 中的固溶度曲线，冷却时→II ，DF 线为Pt 在Ag 中的固溶度曲线，冷却时→II 。 相区： 单相区：有三个L 、、，在ACB 液相线以上为单相的液相区，在APE 线以左为单相的固溶体区（是Ag 在Pt 中的置换固溶体），在BDF 线右下方为单相的固溶体区（是Pt 在Ag 中的置换固溶体）。 两相区：有三个L+、L+、+，在ACPA 区为L+相区，在BCDB 区为L+相区，在EPDFE 区为+相区。 三相线：CDP 线为L++三相平衡共存线。 含42.4%Ag 的Pt-Ag 合金的平衡凝固： 由于包晶转变时，L 和α相中的A 、B 组元的扩散都必须通过β相进行，而II L L αββα+???→????→?+???→?脱溶转变包晶转变多匀晶转变
包晶反应 科技名词定义 中文名称： 包晶反应 英文名称： peritectic reaction ，peritectic transformation 定义： 液相与一种或多种晶体相反应生成另一种晶体相的相变过程。 应用学科： 材料科学技术（一级学科）；材料科学技术基础（二级学科）；材料科学基础（二级学科）；材料组织结构（二级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 包晶反应peritectic reaction:在结晶过程进行到一定温度后新产生的固相大多包围在已有的旧固相周围生成。 包晶反应对铸坯表面质量影响严重，笔者针对邯钢CSP 生产线的表面纵裂问题，利用实验和生产数据研究了冷却速率和硅、锰合金元素对Fe-C 合金的包晶反应和包晶点位置的影响。研究结果表明：由于CSP 薄板坯冷却速率快，Fe-C 相图向左下方移动，包晶反应区域的碳含量为0．08%～0．20%；在钢中其它成分不变的条件下，硅含量增加，锰含量减少，包晶点处的碳含量提高。因此，对于CSP 工艺生产的低碳钢，碳含量应控制在下限，而中碳钢的碳含量应控制在中上限。 含碳量为0.08%~0.17%的碳钢从液相冷却到1495℃时发生包晶反应，δFe(固 体)+L(液体)→γFe(固体)，习惯上称含碳量在这一范围内的碳钢为包晶反应钢。由于发生δFe+L→γFe 转变时，线收缩系数为9.8×10-5/℃，而未发生包晶反应的δFe 线收缩系数为2×10-5/℃。因此包晶反应时线收缩量较大，坯壳与结晶器器壁容易形成气隙，气隙的过早形成会导致收缩不均和坯壳厚度不均，在薄弱处容易形成裂纹，容易发生漏钢事故和铸坯表面质量缺陷，是连铸生产中较难连铸的钢种之一。
包晶反应和包晶相变在金属凝固中是比较常见的，在Fe-C基合金，Fe-Ni基合金，Cu-Sn合金，Cu-Zn等合金中，都能见到包晶反应和包晶相变。 包晶反应相图 图为具有包晶反应的相图，这种相图是在Fe等合金中经常可以看到的相图。Ⅰ的左侧只有单相图的α凝固，Ⅲ的右面为单相的β相凝固，在Ⅰ与Ⅱ之间，先是α相凝固．如果温度下降到包晶反应温度T p，已经凝固出的α相与液相发生反应．形成P点成分的β相；Ⅱ与Ⅲ之间的合金α相析出后，马上就与液相在包晶反应温度T p下进行包晶反应，形成β相，包晶反应完成后还残余一些液体。 典型的包晶反应相图如图2所示。这是选择具有典型包晶凝固特征的w（Co）成分的合金作为研究对象，该合金首先析出α枝晶，在α枝晶的长大过程中，组元B在液相中富集，导致液相成分沿相图中的液相线变化。当温度降至Tp时，则发生包晶反应Lp+α=β。β相在α相表面发生异质形核，并很快沿表面生长，将α相包裹在中间。进—步的包晶反应通过β相内的扩散进行。组元B自β与L 界面向a与β界面扩散，导致α与β界面向α相—侧扩展，而组元A则自α与β界面向β与L界面扩散并导致该界面向液相扩展，最后完成包晶凝固反应。
图2 由于固相扩散速度比较缓慢，利于α相的大量形核。通常人们正是利用这一特点．进行细化晶粒的。例如AI台金液中加入少量Ti，可以形成TiAl3。 当Ti的质量分数超过0.15％时，将发生包晶反应：TIAl3+L→α，包晶反应产物α为A1台金的主体相，它作为一个包层，包围着非均质核心。由于包层对溶质元素扩散的屏障作用，使得包晶反应不易继续进行下去．也就是包晶反应产物α相不易继续长大，因而获得细小的晶粒组织. 在近平衡凝固条件下，凝固结束后的β相中心往往住存在近平衡的α相。但固相扩散系数较大的溶质组元，如钢中的碳元素，在包晶凝固时可以充分扩散。具有包晶反应的碳素钢，初生δ相在冷却到奥氏体区后完全消失。 一、包晶反应： 相图中包晶反应是α相与β相以及液相相互接触的条件下进行的，这中包晶反应是以两种方式进行的，即（1）在液体中β相形核、生长不与α相接触；（2）β相形核、生长与α相接触。 在第（1）种方式下，由于界面张力的影响，在液相中形成β相不与初生的α相接触，在液相中自由生长，这种形式的包晶反应在Al-Mn合金中的γ+l→β反应中可以看到。在第（2）种方式下的包晶反应是最普通的包晶反应，第二相β相的形核是在α相与液相之间进行的， 一、包晶相变： 包晶反应时形成的第二相β相，在后续的冷却过程中将继续生长，其生长方式有以下几种，即（1）通过β相的扩散；（2）从液相中直接析出；（3）从初生相α中直接析出。所以β相的生长依赖于扩散速度、相图以及冷却速度。
铁碳合金相图及结晶组织变化 铁碳合金的组元和相 一、基本概念 铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金 碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金 铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是F e-Fe3C 二、组元 1.纯铁 纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。 2.碳 碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。 3.碳在铁碳合金中的存在形式有三种： C与Fe形成金属化合物，即渗碳体； C以游离态的石墨存在于合金中。 C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体； A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。 B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。 C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6. 69％。以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零。渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。 铁碳合金相图的分析 1.铁碳合金相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图； 2.相图中有五个单相区：液相L、高温铁素体δ、铁素体α、奥氏体γ、渗碳体Fe3C；
二、铁碳合金相图的分析 Fe-Fe3C相图如图3-25所示。可以看出，Fe-Fe3C相图由三个基本相图（包晶相图、共晶相图和共析相图）组成。相图中有五个基本相：液相L，高温铁素体相δ，铁素体相α，奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C。这五个基本相构成五个单相区（其中Fe3C为一条垂线），并由此形成七个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+ Fe3C 、γ+α和α+ Fe3C。 图3-25 以相组成物标注的铁碳合金相图 在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义如表3-2所示。
Fe- Fe3C HJB水平线（1495?C）为包晶线，与该线成分（0.09%~0.53%C）对应的合金在该线温度下将发生包晶转变：L0.53 + δ0.09→γ0.17（式中各相的下角标为相应的含碳量），转变产物为奥氏体。 ECF水平线（1148?C）为共晶线，与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共晶转变：L4.3→γ2.11 + Fe3C。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号“Le”表示。莱氏体的组织特点为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。 PSK水平线（727?C）为共析线，与该线成分（0.0218%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共析转变：γ0.77→α0.0218 + Fe3C。转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用符号“P”表示。珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相之间。共析线又称为A1线。 此外，Fe- Fe3C相图中还有六条固态转变线： GS、GP为γ?α固溶体转变线，HN、JN为δ?γ固溶体转变线，例如，GS线是冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线。GS线又称为A3线，JN线又称为A4线。 ES线为碳在γ-Fe中的固溶线。在1148?C，碳的溶解度最大，为2.11%，随温度降低，溶解度下降，到727?C 时溶解度只有0.77%。所以含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148?C 冷至727?C 时，会从奥氏体中析出渗碳体，称为二次渗碳体，标记为Fe3C II。二次渗碳体通常沿奥氏体晶界呈网状分布。ES线又称为A cm线。 PQ线为碳在α-Fe中的固溶线。在727?C，碳的溶解度最大，为0.0218%，随温度降低，溶解度下降，到室温时溶解度仅为0.0008%。所以铁碳合金自727?C向室温冷却的过程中，将从铁素体中析出渗碳体，称为三次渗碳体，标记为Fe3C III。因其析出量极少，在含碳量较高的合金中不予以考虑，但是对于工业纯铁和低碳钢，因其以不连续网状或片状分布于铁素体晶界，会降低塑性，所以对于Fe3C III的数量和分布还是要加以控制。 综上所述可见，铁碳合金中的渗碳体根据形成条件不同可分为一次渗碳体Fe3CⅠ（由液相直接析出的渗碳体）、二次渗碳体Fe3CⅡ、三次渗碳体Fe3CⅢ、共晶渗碳体和共析渗碳体五种。它们分属于不同的组织组成物，区别仅在于形态和分布不同，但都同属于一个相。由于它们的形态和分布不同，所以对铁碳合金性能的影响也不相同。 另外，Fe- Fe3C相图中还有两条物理性能转变线：MO线（770?C ）是铁素体磁性转变温度。在770?C以上，铁素体为顺磁性物质，在770?C以下，铁素体转变为铁磁性物质。此线又称为A2线；UV线（230?C）是渗碳体磁性转变温度，又称为A0线。
《工程材料及热处理》复习经典归纳 池茶永2011.01.02 ★基础部分（填空、选择及简答） 1、原子（离子、分子或原子团）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质叫晶体；在图示1的晶胞中，a、b、c称晶格常数。 （图示1）（图示2） 2、根据晶胞的几何形状或自身的对称性，可把晶体结构分为七大晶系、十四种空间点阵。 3、常见的金属晶体结构有_体心立方晶格(BCC)、面心立方晶格(FCC)和密排六方晶格(HCP)_三种。 4、下列晶面和晶向指数的表示方法正确的是（ B ） A、﹙h k l﹚﹙μ v w﹚ B、﹙h k l﹚[μ v w] C、﹙h, k, l﹚[μ, v, w] D、﹙-h k l﹚[-μ v w] (提示：晶面和晶向指数分别用圆括号和方括号表示，数值间不用标点断开，负号写在数值上方) 5、实际金属中存在有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类晶体缺陷。位错和晶界分别属于（ C ） A、点缺陷，面缺陷 B、面缺陷，线缺陷 C、线缺陷，面缺陷 D、点缺陷，线缺陷 6、金属结晶的条件是其温度低于理论结晶温度，造成液体与晶体间的自由能差，即具有一定的结晶驱动力才行。那么由此产生的过冷度指的是理论结晶温度与实际结晶温度之差。 7、下图为金属结晶过程和奥氏体形成过程的示意图，填写下面的空白处。（1）金属结晶过程： 晶核的形成→晶核的成长→晶体互相接触并向液体伸展→结晶完毕 （2）奥氏体形成过程： 晶核的形成→晶核的长大→残余渗碳体的溶解→奥氏体成分的均匀化 8、观察图示2在显微镜下的组织为珠光体。 9、细化铸态金属晶粒主要采用增大金属的过冷度、变质处理的方法。 10、合金中的相结构分为固溶体和金属间化合物两类；前者有可分为置换固
铁碳合金相图 一、选择题 1. 铁素体是碳溶解在（）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 2.奥氏体是碳溶解在（）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 3.渗碳体是一种（）。 A．稳定化合物 B．不稳定化合物 C．介稳定化合物 D．易转变化合物 4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（）。 A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％ 5.莱氏体是一种（）。 A．固溶体B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（）。 A．A1线 B．ECF线 C．Acm线 D．PSK线 9.珠光体是一种（）。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 10.在铁－碳合金中，当含碳量超过（）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。 A．0.8％ B．0.9％ C．1.0％ D．1.1％
11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（）。 A．细晶粒区－柱状晶粒区－等轴晶粒区 B．细晶粒区－等轴晶粒区－柱状晶粒区 C．等轴晶粒区－细晶粒区－柱状晶粒区 D．等轴晶粒区－柱状晶粒区－细晶粒区 12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（）。 A．724℃ B．725℃ C．726℃ D．727℃ 14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（）。 A．0.67％ B．0.77％ C．0.8％ D．0.87％ 二、填空题 1. 珠光体是（铁素体）和（二次渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。 2. 碳溶解在（α-F e）中所形成的（固溶体）称为铁素体。 3. 在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（ 4.3% ），共析点的含碳量为（0.77% ）。 4. 低温莱氏体是（珠光体）和（二次渗碳体，一次渗碳体）组成的机械混合物。 5. 高温莱氏体是（奥氏体）和（共晶渗碳体）组成的机械混合物。 6. 铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（细晶粒区），（柱状晶粒区）和心部等轴晶粒区。 7. 在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是（1148 ），共析转变温度是（ 727 ）。 三、改正题(红色字体为改正后答案) 1. 在Fe-Fe3C相图中,GS斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为A3线。ES;A cm 2. 在铁碳合金相图中，PSK线是一条水平线（727℃），该线叫共晶线。共析线 3. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体 4. 珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为0.77%。铁素体 5. 亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。珠光体 6. 在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。铁素体 7. 过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。渗碳体 8. 在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。降低
铁碳合金相图 3.3.1 铁碳合金的组元和相 一、基本概念 铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金 碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金 铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C 二、组元 1.纯铁 纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。 2.碳 碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和 石墨，它们是同素异构体。 3.碳在铁碳合金中的存在形式有三种： C与Fe形成金属化合物，即渗碳体； C以游离态的石墨存在于合金中。 C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体； A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体 心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度 和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可 稳定存在。 B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。 C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6.69％。以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零。渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状
或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。 3.3.2 铁碳合金相图的分析 1.铁碳合金相图由三个相图组成： 包晶相图、共晶相图和共析相图； 2.相图中有五个单相区：液相L、 高温铁素体δ、铁素体α、奥氏体 γ、渗碳体Fe3C； 3.相图中有三条水平线： HJB水平线（1495℃）：包晶线， 发生包晶反应，反应产物为奥氏 体。 L0.53+δ0.09←→γ0.17 ECF水平线（1148℃）：共晶线， 发生共晶反应，反应产物为奥氏体 和渗碳体的机械混合物，称为莱氏 体，用“Le”表示。 L 4.3←→γ2.11+ Fe3C PSK水平线（727℃）：共析线，发生共析反应，反应产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用“P”表示。共析线又称为A1线 γ0.77←→F0.0218+ Fe3C 4.图中的特性点 A点：纯铁的熔点 C点：共晶点 D点: Fe3C的熔点 E点：γ-Fe中的最大溶碳量 G点：α-Fe→γ-Fe的同素异构转变点 J点：包晶点 N点：γ-Fe→α-Fe的同素异构转变点 S点：共析点 5.图中的特性线 ABCD－液相线