本书从满足教学要求和工程实际应用出发，以工程材料的基础知识为主线，以工程材料的选用为重点，加强理论与实践相结合的训练，针对“中国制造2025”发展实际和需要，注重了新材料的讲解，侧重应用型人才的培养。全书主要内容包括：工程材料基础、金属材料基础知识、二元合金相图、钢的热处理、工业用钢、铸铁和铸钢、有色金属及其合金、非金属材料、新型材料、工程材料的合理选用。本书注重理论和实际应用相结合，内容由浅入深、通俗易懂，各章配有适量的习题，既便于教学又利于自学，可以作为大专院校教科书，也可作为工程技术人员、科技工作者学习使用工程材料及热处理的自学用书。
本书从满足教学要求和工程实际应用出发，以工程材料的基础知识为主线，以工程材料的选用为重点，加强理论与实践相结合的训练，针对“中国制造2025”发展实际和需要，注重新材料的讲解，侧重应用型人才的培养。全书主要内容包括：工程材料基础、金属材料基础知识、二元合金相图、钢的热处理、工业用钢、铸铁和铸钢、有色金属及粉末冶金材料、非金属材料、新型材料、工程材料的合理选用。
本书是根据高等教育基础课程教学基本要求，围绕培养高等应用型人才的目标而编写的，主要是为机械类专业学生编写的，同时也可以用于材料类专业“工程材料”课程的教学。
高等教育正处于全面提升质量与加强内涵建设的重要阶段。本着突出高等教育的特色这一原则，在编写过程中，本书汲取了各高等院校近年来机械工程材料课程改革的成功经验，并汲取了其他同类教材的优点。本书的内容强调基础性，重视概念的准确性。作为技术基础课，工程材料的基本理论、基本概念、基本知识和取材都必须是基础的，并且是成熟的。本书充分体现了这一特点。
本书重点介绍各类工程材料的成分、组织结构、热处理工艺、性能特点和应用范围，以实例说明零部件在不同工作条件下的失效方式和如何对零部件进行合理选材，并介绍机械设计者和制造者必须具备的材料知识和有关的基本理论。本书共10章:第1章介绍了工程材料基础；第2章介绍了金属材料的基础知识及工程材料的其他性能，要了解金属材料的特性，必须要从本质上了解金属的组织结构和金属的结晶过程，掌握其规律，才能更好地控制其性能，正确选用材料，并指导人们开发新型材料；第3章主要介绍了二元合金相图；第4章主要介绍了钢的热处理，其中包括钢热处理时的组织转变，钢的退火、正火、淬火、回火，钢的表面热处理，还介绍了其他热处理的工艺简介及热处理的技术要求标注、工序位置安排与工艺分析；第5章介绍了工业用钢；第6章介绍了铸铁和铸钢；第7章介绍了有色金属及其合金；第8章介绍了非金属材料；为了突出、强化机械零件的选材及热处理，单独设置了第9章工程材料的合理选用内容，实用性很强；第10章介绍了工程材料的合理选用及一些应用举例。为了便于学生归纳和总结所学知识，各章均安排了一定量的思考与练习题。本书引用ziu新国家标准，并力求做到加强基础、突出重点、注重应用和适应面广。为了培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力，书中给出了必要的关于理论、工艺和材料的数据、资料和实例，而且主要是中国自己的。
本书由大连工业大学艺术与信息工程学院王虹元、大连工业大学王海文担任主编,由青岛理工大学琴岛学院李燕、桂林航天工业学院罗文军、皖西学院周宇、哈尔滨石油学院韩蓉和邓佳玉担任副主编。全书共10章，其中王虹元编写了绪论、第1、2、3章及第4章中第4.1、4.2小节，王海文编写了第4章中第4.3至第4.8小节及第10章，李燕编写了第5章，罗文军编写了第6章，周宇编写了第7章,韩蓉编写了第8章,邓佳玉编写了第9章。李政莹、于佳兴、叶沛鑫、王艺菲协助进行了资料的整理工作。
本书在编写过程中参阅了大量相关文献与资料，从中获益匪浅，在此，谨向所有参考文献的作者表示衷心的感谢。
为了方便教学，本书还配有电子课件等教学资源包，任课教师和学生可以登录“我们爱读书”网（www.ibook4us.com）免费注册并浏览，或者发邮件至hustpeiit@163.com免费索取。
本书虽然经反复推敲和校对，但由于编者水平有限，书中难免存在错误或不足之处，恳请读者批评指正，以便我们及时改进。
编者
2017年3月
第3章二元合金相图
第3
章二元合金相图
3.1二元合金相图的建立
上一章已经介绍了相的概念和分类,而相图就是用来表示在缓慢冷却的近平衡状态下,组成合金的各种相(或组织)与温度、成分之间关系的图形,又称为状态图或平衡图。按照组元的数量,相图可以划分为二元相图和多元相图两类。
以CuNi合金为例,二元相图的建立步骤如下：
(1) 分别配制5组CuNi合金,如图31(a)所示;
(2) 用热分析法测定出各成分合金的冷却曲线,如图31(a)所示;
(3) 在冷却曲线上找出不同成分合金的结晶转变温度,在温度成分坐标中对应各合金成分取点,并连接各合金的转变开始点和转变终了点,即得CuNi合金相图,如图31(b)所示。
由图31可见,100%Cu和100%Ni的纯金属发生恒温结晶,冷却曲线上出现水平线;而其他合金的冷却曲线只有明显的拐点,没有出现水平线,这是因为这些合金的固相都是固溶体,它的结晶是在一定温度范围内完成的。
CuNi合金相图就是ziu简单、ziu基本的二元相图——二元匀晶相图。
图31用热分析法测定CuNi合金相图
3.2 二元合金相图的分析与使用
实际的二元合金相图,有的比较复杂,往往不是单由一种反应,而是由若干种反应互相组合而成的,令人感到难以分析。事实上,这些复杂的二元相图的基本组成单元大部分是匀晶、共晶、包晶、共析等基本图形。因此,只要熟练掌握上述基本图形的特点,同时掌握由基本反应构成复杂相图的规律,就能正确地读懂二元相图。
3.2.1相图的分析步骤
相图的分析步骤如下。
(1) 首先看相图中是否有稳定化合物存在,如果有,则以稳定化合物为独立组元,把相图分为几部分分别进行分析。
(2) 在分析各相区时要熟悉单相区中的相,然后根据相接触法则辨别其他相区。相接触法则是指在二元合金相图中,相邻相区的相数相差1(点接触的情况除外),即两个单相区之间必定有一个由这两个单相组成的两相区,两个两相区必定以单相区或三相区共存水平线分开。相接触法则可用来检验二元相图中相区标注是否正确。
(3) 找出三相共存水平线及与其相接触(点接触)的三个单相区,由三个单相区与水平线相互配置位置,可以确定三相平衡转变的性质。
(4) 利用相图分析典型合金的结晶过程及组织。首先自相图的横坐标(成分轴)上选定所要分析的合金成分,再由此点引直线垂直于横坐标,该直线称为合金线,然后沿合金线由高温到低温分析其结晶过程。
① 当合金在单相区内时,合金由一个相组成,相的成分与合金成分相同,该相的质量就是合金的质量。
② 当合金处于两相区时,合金由两个相构成,各相的成分均沿其相界线变化,各相的相对含量可由杠杆定律求出。
③ 当合金处于三相平衡线时,说明正在进行某种反应(共晶、共析、包晶或包析反应),此时三个相的成分是固定的,但其数量在不断地变化。由于合金处于三相区,因此不能应用杠杆定律来计算各相的相对数量。只有当反应完成,合金进入新的单相区或两相区时,才能计算其数量。
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