鐵碳平衡相圖詳解VIP

.,.,目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是W(c)為06.69%的鐵碳合金部分（即Fe-Fe3C部分），W(c)大于6.69的鐵碳合金在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用鮮見報(bào)道。,1.鐵碳合金狀態(tài)圖,1.1以構(gòu)成相標(biāo)注的鐵碳相圖,.,1.2以特性點(diǎn)標(biāo)注的鐵碳相圖,注：虛線、點(diǎn)劃線的意義尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序無序轉(zhuǎn)變線。,.,以穩(wěn)定的化合物分割相圖（Fe3C）；以特殊的成分分割相圖（鋼*與鐵的區(qū)分）；確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；分析特征合金的結(jié)晶過程及其組織演化；說明相圖的實(shí)際應(yīng)用,2.1分析步驟,2.鐵碳相圖的分析方法,*此處討論的鋼僅限于碳鋼，暫不涉及合金鋼。,.,相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點(diǎn)接觸除外）相區(qū)接觸法則；三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)。若兩個(gè)三相區(qū)中有兩個(gè)相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。單相區(qū)邊界線的延長線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。,2.2鐵碳相圖的幾何規(guī)律,.,2.3鐵碳相圖的相區(qū),1）單相區(qū)（四個(gè)）：,-Fe-鐵素體；-Fe奧氏體；-Fe-鐵素體；L液相區(qū),.,2）兩相區(qū)(七個(gè))：,L+AL+A；L+Fe3C；A+F；A+Fe3C；F+Fe3C,續(xù)前頁,.,3）三相區(qū)(兩個(gè))L、A、Fe3CECF線：共晶線，是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線；A、F、Fe3CPSK線，共析線，是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線。,續(xù)前頁,.,2.4主要特性點(diǎn),1）A點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)，溫度1538，W(c)=0%；,2）C點(diǎn)共晶點(diǎn)，溫度1148，W(c)=4.3%成分為C的液相，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)：LcLd（AE+Fe3C）；,3）D點(diǎn)滲碳體熔點(diǎn)，溫度1227，W(c)=6.69%；,.,4）E點(diǎn)碳在-Fe中的最大溶解度，溫度1148，W(c)=2.11%；,5）G點(diǎn)純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，冷卻到912時(shí)，發(fā)生-F-Fe；,6）P點(diǎn)碳在-Fe中的最大溶解度，溫度727，W(c)=0.0218%；,續(xù)前頁,.,8）S點(diǎn)共析點(diǎn)，溫度727，W(c)=0.77%成分為S點(diǎn)的奧氏體，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共析反應(yīng)：AsP（Fp+Fe3C）；,7）Q點(diǎn)600時(shí)，碳在-Fe中的溶解度，W(c)=0.0057%；（冷至室溫時(shí)，碳在-Fe中的溶解度為0.0008%）；,續(xù)前頁,.,附：鐵碳平衡圖中所有的特性點(diǎn),.,2.5特性線,1）ACD線液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點(diǎn)所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。,2）AECF線固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點(diǎn)所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)。,3）ECF水平線共晶線，W(c)2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148）時(shí)，均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體。,.,4）ES線碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點(diǎn)（W(c)=2.11），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C。,5）GS線奧氏體冷卻時(shí)開始向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度線，通常稱為A3線。,續(xù)前頁,.,7）GP線0W(c)0.0218%的鐵碳合金，緩冷時(shí)，由奧氏體中析出鐵素體的終了線。,6）PSK水平線共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727）時(shí)，將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體（P），W(c)0.0218%的鐵碳合金均會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。,續(xù)前頁,.,8）PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727時(shí)，W(c)=0.0218%，溶碳量最大；在600時(shí)，W(c)=0.0057%。在727緩冷時(shí)，鐵素體隨著溫度降低，溶碳量減少，鐵素體中多余的碳將以滲碳體（三次滲碳體Fe3CIII）的形式析出。一般情況下，忽略Fe3CIII的存在。,以上各特性線的含義，均是指合金緩慢冷卻過程中的相變。若是加熱過程，則相反。,續(xù)前頁,.,附：鐵碳平衡圖中所有的特性線,.,一般所指鐵素體系碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在-Fe中的溶解度很小，727時(shí)0.0218%；室溫時(shí)為0.0008%，幾乎為零。其強(qiáng)度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。,2.6.1鐵素體（FerriteF或相）,2.6各相（組織）名稱及其定義,.,2.6.2奧氏體（AusteniteA或相）,奧氏體系碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格。碳在-Fe中的溶碳量較高，1148時(shí)為2.11%；其強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。,.,滲碳體系鐵與碳形成的化合物，碳含量為6.69，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。其硬度很高，塑性和韌性很差，、Ak值接近于零，脆性很大。圖中平直的白色條狀物即為鐵碳合金凝固時(shí)的一次滲碳體。,2.6.3滲碳體（CementiteFe3C）,.,2.6.4珠光體（PearliteP）,珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的機(jī)械混合物。系奧氏體冷卻時(shí)，在727恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。顯微組織為鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。,.,2.6.5萊氏體（LedeburiteLd或Ld）,萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的機(jī)械混合物。系在1148恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，平均碳含量為4.3%。,.,3.鐵碳相圖中鋼與鐵的區(qū)分,.,4.典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析以鋼為例,共析鋼亞共析鋼過共析鋼,共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵,.,4.1共析鋼的結(jié)晶過程,1點(diǎn)溫度以上，合金處于液態(tài)；緩冷到1點(diǎn)溫度時(shí)，開始從液相結(jié)晶出奧氏體，溫度繼續(xù)下降，奧氏體量逐漸增加；直至2點(diǎn)溫度結(jié)晶終止，液相全部結(jié)晶為奧氏體；2點(diǎn)至3點(diǎn)間為單一奧氏體的冷卻；當(dāng)溫度降到S點(diǎn)時(shí)，奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；S點(diǎn)以下，珠光體冷卻至室溫。,.,共析鋼結(jié)晶過程示意圖,.,4.2亞共析鋼的結(jié)晶過程,在3點(diǎn)以前的結(jié)晶過程與共析鋼類似；當(dāng)緩冷到3點(diǎn)時(shí)，從均勻的奧氏體中開始析出鐵素體；溫度繼續(xù)下降，鐵素體量逐漸增加，奧氏體量逐漸減少，尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體的碳含量沿GS線逐漸增加；當(dāng)緩冷到4點(diǎn)(727)時(shí)，剩余的奧氏體的W(c)=0.77%，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織由鐵素體加珠光體組成，冷卻到4點(diǎn)以下，組織不再產(chǎn)生改變；所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。,.,亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖,.,4.3過共析鋼的結(jié)晶過程,在3點(diǎn)以前與共析鋼類似；當(dāng)緩冷到3點(diǎn)溫度時(shí)，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；隨著溫度繼續(xù)下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；溫度降到4點(diǎn)(727)時(shí)；剩余奧氏體恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數(shù)量減少，網(wǎng)狀二次滲碳體的數(shù)量增加，并變得更粗大。,.,過共析鋼結(jié)晶過程示意圖,.,5.鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系,5.1含碳量與鐵碳合金平衡組織間的關(guān)系,鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。相圖自左至右的組織為：,.,5.2含碳量與力學(xué)性能間的關(guān)系,強(qiáng)度：當(dāng)W(c)0.9時(shí)，由于滲碳體在晶界呈網(wǎng)狀分布，使鋼的強(qiáng)度下降，脆性上升。,硬度：隨W(c)的增加而提高。,塑性：隨W(c)的增加而迅速降低。,沖擊韌性：隨W(c)的增加而迅速降低。,.,6.1相圖與材料的力學(xué)和物理性能,*6.相圖與合金性能的關(guān)系,.,鑄造性能根據(jù)液固相線之間的距離X：X越大，成分偏析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植畲螅?；X越大，流動(dòng)性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）；X越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大）。塑性加工性能：單相固溶體區(qū)易于鍛造。熱處理性能：利用固溶度變化的固態(tài)相變。,6.2相圖與材料工程的工藝性能,.,相圖與熱加工工藝性能的關(guān)系,.,7.鋼鐵熱處理與鐵碳合金相圖的關(guān)系,Fe-Fe3C相圖是制訂鋼鐵零件熱處理工藝的理論依據(jù)，所以對熱處理工作者具有特別重要的意義。各種鋼材熱處理的常用工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是根據(jù)Fe-Fe3C相圖來確定的。,.,鋼鐵熱處理的溫度選取范圍在鐵碳相圖中的位置,.,鐵碳平衡相圖是鐵碳合金在平衡狀態(tài)時(shí)的組織組成圖，圖中標(biāo)注的所有參數(shù)僅僅針對碳鋼和鑄鐵，且不揭示它們的非平衡組織如馬氏體、貝氏體等的轉(zhuǎn)變規(guī)律。合金鋼和合