鐵碳相圖（課堂PPT）

1、n5.1 純鐵及鐵碳合金中的相n5.2 Fe-Fe3C相圖分析n5.3 合金的成分與組織、性能的關(guān)系n5.4 Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用及局限性脆性大，無(wú)實(shí)用意義912工業(yè)純鐵指含雜質(zhì)為工業(yè)純鐵指含雜質(zhì)為0.100.20的純鐵，的純鐵，s sb、HB低，低，d d、a aK 好。好。（一）特性：（一）特性：1.純鐵具有同素異晶轉(zhuǎn)變：在固純鐵具有同素異晶轉(zhuǎn)變：在固態(tài)不同溫度發(fā)生晶格類(lèi)型的轉(zhuǎn)變。態(tài)不同溫度發(fā)生晶格類(lèi)型的轉(zhuǎn)變。 即即-Fe-Fe(BCC)(FCC)BCC)s sb=180230 MPaHB=5080d d=3050%a aK=160200 J/cm2j=j=7080%主要利用其高的導(dǎo)磁

2、率，作電工材料。主要利用其高的導(dǎo)磁率，作電工材料。5.1純鐵及其鐵碳合金相純鐵及其鐵碳合金相二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相 組組 元：元： 純鐵、滲碳體 基基 本本 相：相： 鐵素體（ ） 奧氏體奧氏體（ ） 滲碳滲碳體（Cm） 基本組織： 珠光體（P）萊氏體（Le/Le） (1)(1)相相：又稱為鐵素體：又稱為鐵素體FerriteFerrite：碳原子溶入：碳原子溶入-Fe-Fe的間隙的間隙形成的固溶體，用形成的固溶體，用“F”F”或或“a ”a ”表示。呈體心立方晶格，最大表示。呈體心立方晶格，最大含碳量為含碳量為0.0218%0.0218%，(P(P點(diǎn)點(diǎn)) )溫度為溫度為727727。 性

3、能：性能：b、HB低，低，、K 好。好。二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相（2）g g相相：又稱為奧氏體：又稱為奧氏體Austenite：是碳原子溶入：是碳原子溶入-Fe中的中的間隙形成的固溶體，用間隙形成的固溶體，用“A”或或“g g”表示，具有表示，具有FCC晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 。含碳量為含碳量為727時(shí)為時(shí)為0.77% ；1148時(shí)為時(shí)為2.11性能：高塑性、高韌性、良好的鍛造性能，強(qiáng)度、硬度較低性能：高塑性、高韌性、良好的鍛造性能，強(qiáng)度、硬度較低.二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相性能：高硬度，性能：高硬度， 高脆性，塑性近似為零，加熱易分解。高脆性，塑性近似為零，加熱易分解。s sb=30MPaH

4、BHB=800d d=0物相形貌：滲碳體根據(jù)形成條件不同，有條狀、網(wǎng)狀、片狀、物相形貌：滲碳體根據(jù)形成條件不同，有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等，對(duì)性能有較大影響。粒狀等，對(duì)性能有較大影響。Fe3C 3Fe C（石墨）（石墨）石墨具有六方結(jié)構(gòu)石墨具有六方結(jié)構(gòu),強(qiáng)度、硬度極低強(qiáng)度、硬度極低二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相0Fe符號(hào)符號(hào) 溫度（溫度（） 含碳量（含碳量（%） 說(shuō)明說(shuō)明 A 1538 0 純鐵的熔點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn) B 1495 0.53 包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液相合金的成分包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液相合金的成分 C 1148 4.30 共晶點(diǎn)共晶點(diǎn) D 1227 6.69 滲碳體的熔點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)(計(jì)算值計(jì)算值) E 11

5、48 2.11 C在奧氏體中的最大溶解度在奧氏體中的最大溶解度 F 1148 6.69 滲碳體的成分滲碳體的成分 G 912 0 a a-Fegg-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（A3） H 1495 0.09 C在在d d中的最大溶解度中的最大溶解度 J 1495 0.17 包晶點(diǎn)包晶點(diǎn) K 727 6.69 滲碳體的成分滲碳體的成分 L06.69滲碳體的成分滲碳體的成分M7700純純Fe的居里點(diǎn)的居里點(diǎn)N 1394 0 d d-Fegg-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（A4 )O7700.5鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變溫度鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變溫度P727 0.0218 C在在a a中的最大溶解度中

6、的最大溶解度 Q室溫室溫 0.0008 室溫時(shí)室溫時(shí)C在在a a中的最大溶解度中的最大溶解度 S 727 0.77 共析點(diǎn)（共析點(diǎn)（A1） 一、相圖分析一、相圖分析相圖中的點(diǎn)相圖中的點(diǎn)相圖中的五個(gè)單相相圖中的五個(gè)單相(區(qū)區(qū))相圖中的三條水平線相圖中的三條水平線相圖中的七個(gè)兩相區(qū)相圖中的七個(gè)兩相區(qū)一、相圖分析一、相圖分析（一）相圖中重要的點(diǎn)、線、區(qū)（一）相圖中重要的點(diǎn)、線、區(qū)相及相區(qū)相及相區(qū)相區(qū)相區(qū)：五個(gè)單相區(qū)：五個(gè)單相區(qū)：L、 d d、 A、F、Fe3C 。 七個(gè)雙相區(qū)：七個(gè)雙相區(qū)：LA、 L d d、 L+ Fe3C、 d d A、 AF、AFe3C 、FFe3C。 三個(gè)三相區(qū)：三個(gè)三相區(qū)：

7、 L+ d+Ad+A、 L AFe3C、F+A+ Fe3C相：相：L、d d、A、F、Fe3C五個(gè)相。五個(gè)相。線線:(一一) 液相線液相線-A BC D線線 (二二) 固相線固相線-AHJECF線線(三三) 三條水平線三條水平線共晶線共晶線ECF線線包晶線包晶線HJB線線共析線共析線PSK線線A1線線一、相圖分析一、相圖分析（一）相圖中重要的點(diǎn)、線、區(qū)（一）相圖中重要的點(diǎn)、線、區(qū)J J為包晶點(diǎn)為包晶點(diǎn): : 1495 時(shí)時(shí), B點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的L與與H點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的 發(fā)生包晶反應(yīng)發(fā)生包晶反應(yīng), 生成生成J點(diǎn)成分點(diǎn)成分的的。 C點(diǎn)為共晶點(diǎn)：點(diǎn)為共晶點(diǎn)： 1148 時(shí)時(shí), C點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的L發(fā)

8、生共晶反應(yīng)發(fā)生共晶反應(yīng), 生成生成E點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的和和Fe3C（萊氏體）。（萊氏體）。 S點(diǎn)為共析點(diǎn)：點(diǎn)為共析點(diǎn)： 727 時(shí)時(shí), S點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的發(fā)生發(fā)生共析反應(yīng)共析反應(yīng), 生成生成P點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的和和Fe3C（P）。）。一、相圖分析一、相圖分析（二）三個(gè)重要的點(diǎn)（二）三個(gè)重要的點(diǎn)包晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)：L+一、相圖分析一、相圖分析（三）三個(gè)重要的恒溫轉(zhuǎn)變（三）三個(gè)重要的恒溫轉(zhuǎn)變一、相圖分析一、相圖分析性能：強(qiáng)度較高，塑性、性能：強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于韌性和硬度介于與與Cm之之間。間。層片狀層片狀一、相圖分析一、相圖分析共析反應(yīng)：共析反應(yīng)：P (FeC3+ )一、相圖分析一、相圖分

9、析（四）三條重要的特征線（四）三條重要的特征線0FeGS線線(A3)： 冷卻過(guò)程中冷卻過(guò)程中析出析出的開(kāi)始線的開(kāi)始線過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼共析鋼共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵碳素鋼碳素鋼二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程T8鋼鋼碳含量碳含量 0.80二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程F:F:白色等軸晶粒；白色等軸晶粒；Fe3CFe3C：呈小白片狀分布于：呈小白片狀分布

10、于F F晶界晶界二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（一）工業(yè)純鐵（一）工業(yè)純鐵二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（一）工業(yè)純鐵（一）工業(yè)純鐵二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（二）共析鋼（二）共析鋼二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（二）共析鋼（二）共析鋼 杠桿定律杠桿定律計(jì)算二元相圖中計(jì)算二元相圖中 平衡狀態(tài)下平衡狀態(tài)下 兩平衡相的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。兩平衡相的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。杠桿的杠桿的支點(diǎn)支點(diǎn)是兩相合金的是兩相合金的成分點(diǎn)成分點(diǎn)，端點(diǎn)，端點(diǎn)分別是兩個(gè)相的分別是兩個(gè)相的成成分點(diǎn)分點(diǎn)。A(0.0008)B(6.69)0.77%5

11、 .11%1000008. 069. 60008. 077. 03=CFeM%5 .88%1000008. 069. 677. 069. 6=aMa a相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fe3C相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)L相冷卻相冷卻L相相 相相L相相+ 相相 相，并且相，并且L相有剩余相有剩余剩余剩余L相相 相相單相的冷卻單相的冷卻相相 相，但相，但相有剩余相有剩余共析反應(yīng)：剩余共析反應(yīng)：剩余相相P（+Fe3C），存在），存在先析先析相相二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（三）亞共析鋼（三）亞共析鋼二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（三）亞共析鋼（三）亞共析鋼計(jì)算計(jì)算

12、727 下下, 組織組成物組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%28.77%1000218. 077. 00218. 06 . 0=PM%72.22%1000218. 077. 06 . 077. 0=aMa a組織組成物的組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)P組織組成物的組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)A(0.0218)B(0.77)0.6二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（四）過(guò)共析鋼（四）過(guò)共析鋼二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（四）過(guò)共析鋼（四）過(guò)共析鋼單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：LLe（+Fe3C）共晶共晶中的中的相不斷析出相不斷析出Fe3C，

13、不可見(jiàn)，不可見(jiàn)共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： Le（+Fe3C） Le（P+Fe3C） 二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（五）共晶白口鐵（五）共晶白口鐵二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（五）共晶白口鐵（五）共晶白口鐵單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：剩余共晶反應(yīng)：剩余LLe（+Fe3C）先共晶先共晶相不斷析出相不斷析出Fe3C，共晶，共晶相析出相析出Fe3C不可見(jiàn)不可見(jiàn)共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： Le（+Fe3C） Le（P+Fe3C） 先共晶先共晶相相 P勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)： L 相相室溫組織：室溫組織： Le（P+Fe3C） + P二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（六）亞共晶白口鐵（六）亞共晶白口鐵單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：剩余共晶反應(yīng)：剩余LLe（+Fe3C）共晶共晶相析出相析出Fe3C不可不可見(jiàn)見(jiàn)共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： Le（+Fe3C） Le（P+Fe3C） 勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)： L Fe3C相相室溫組織：室溫組織： Le（P+Fe3C） + Fe3C二、典型合金的平衡凝固過(guò)程二、典型合金的平衡凝固過(guò)程（六）過(guò)共晶白口鐵（六）過(guò)共晶白口鐵 含含C對(duì)對(duì)Fe-C合金組織的影響合金組織的影響5.3 合金的成分與組織及性能之間的關(guān)系合金的成分與組織及性能之間的關(guān)系一、含碳量對(duì)相及組織