鐵碳合金的基本組織與狀態(tài)圖課件

1、機械混合物：由幾個相組成的組織。例：珠光體：鐵素體（間隙固溶體）與滲碳體（金屬化合物）組成的機械混合物。例：80鋼 （含碳0.8%的碳素體）平衡狀態(tài)下：粗珠光體或細珠光體或極細珠光體。1h1-5 鐵碳合金的基本組織與狀態(tài)圖1-5-1鐵碳合金的基本組織液態(tài)：無限互溶固態(tài)：碳能溶于鐵的晶體中，形成間隙固溶體，和固溶體與Fe3C構(gòu)成機械混合物。(一)鐵素體（F）碳溶于Fe（體心立方晶格）中形成間隙固溶體。2h3h 由于體心立方晶格的間隙小，溶碳能力極差，在7270C時溶碳量為0.0218%，隨著溫度的下降溶碳逐漸減小，6000C時為0.0057%，室溫時幾乎為零。因此鐵素體在室溫時性能幾乎與純鐵相同

2、，其強度、硬度不高，但有良好的塑性與韌度。4h 體心立方晶格的鐵存在于9100C以下和139015350C兩個溫度范圍內(nèi)，故鐵素體也存在于這兩個溫度范圍內(nèi)。為了區(qū)別，將低溫區(qū)鐵素體稱為鐵素體或低溫鐵素體；高溫區(qū)鐵素體稱為鐵素體或高溫鐵素體。14950C時，碳在Fe中最大溶解度為0.09%。5h(二)奧氏體（A）（英國金屬學家Austen)碳溶于Fe（面心立方）中形成間隙固溶體。由于晶格間的最大空隙比Fe大，溶碳能力較大11480C時為2.11%隨溫度下降溶碳量逐漸減小7270C時為0.77%。奧氏體存在于72714950C的溫度范圍，強度低，塑性好，伸長率為40%，硬度（HB）為170220，

3、無鐵磁性。6h 奧氏體組織金相圖7h(三)滲碳體（Fe3C） 鐵與碳形成的具有復雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物，含碳量6.69%。鐵碳合金中，碳的含量超過碳在鐵中的溶解度時，多余的碳便形成Fe3C。滲碳體的晶格是復雜斜方晶格，晶格中Fe和C都正離子化，F(xiàn)e3C有明顯的金屬特性，能導電、有金屬光澤。 8h滲碳體組織金相圖9hFe3C的結(jié)構(gòu)決定了它極硬（可刻畫玻璃）、極脆，是鐵碳合金中的硬組元。熔點為12270C， 無同素異晶轉(zhuǎn)變。 一定條件下（高溫、長期保溫）滲碳體可分解： Fe3C 3Fe +C（石墨）10h鐵素體和球狀石墨11h鐵素體和團絮狀石墨12h球墨鑄鐵的顯微組織13h(四)珠光體（P） 鐵素體與

4、Fe3C形成的混合物。 所有含碳量超過0.02%的合金中，均發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，影響范圍包括任何成分的鐵碳合金，室溫下的平衡組織都有珠光體存在。14h4.珠光體 ( P )鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。15h16h(五)萊氏體（Ld）（德國學者Ledebur)奧氏體和Fe3C組成的機械混合物，此反應發(fā)生于含碳量為2.06.67%的合金中。萊氏體（ledeburite）萊氏體是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成的奧氏體和滲碳體所組成的共晶體，其含碳量為c4.3。當溫度高于727時，萊氏體由奧氏體和滲碳體組成，用符號Ld表示。在低于727時，萊氏體是由珠光體和滲碳體組成，用符號Ld表示，稱為低溫萊氏體。因

5、萊氏體的基體是硬而脆的滲碳體，所以硬度高，塑性很差17h5.萊氏體 ( Ld )奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。18h1-5-2 FeFe3C狀態(tài)圖幾個概念：共晶轉(zhuǎn)變：一定成分的液相在一定溫度（恒溫）下同時結(jié)晶出兩個固相的轉(zhuǎn)變。鐵碳相圖中C點。 11480C L4.3% Ld（A 2.11%C +Fe3C ）19h共析轉(zhuǎn)變：一定成分的固溶體在一定的恒溫下同時析出個新固體的轉(zhuǎn)變。鐵碳相圖中S點 7270C A0.77%C P（F0.0218%C+Fe3C ）20hFe - Fe3C 相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T

6、LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C )21hFe - Fe3C 相圖的分析五個重要的成份點: P、S、E、C、K。四條重要的線: EF、ES、GS、FK。兩個重要轉(zhuǎn)變: 共晶轉(zhuǎn)變反應式、共析轉(zhuǎn)變反應式。二個重要溫度: 1148 、727 。22h一二三四五六巧記鐵碳相圖：“一”指一種合金組織滲碳體（ Fe3C ）：特別需要注意從金屬液態(tài)直接結(jié)晶出滲碳體稱為一次滲碳體（ Fe3C ），而從A（奧氏體）中析出滲碳體稱為二次滲碳體（ F

7、e3C ）。很易把兩者混淆。 “二”指二個坐標：/、0C；在畫的時候容易忘記這兩坐標標注。 23h“三”指三個單項：（奧氏體）、（珠光體）、d（萊氏體）。在鐵碳合金相圖中，只有三個區(qū)域中是單項組織，其中在7270C以下含碳量為0.77時，其成分只有（珠光體），11480C以下含碳量為4.3時，其成分只有d（萊氏體），在這些地方經(jīng)常容易漏掉。 “四”指四個含碳量：0.77、2.11、4.3、6.69； 24h“五”指五種溫度：15380C，11480C，12270C，9120C，7270C； 六指六條線： (1)ACD液相線：其以上組織都是液態(tài)。 (2)AECF固相線：其以下組織都是固態(tài)。 (3

8、)GS、A3線：奧氏體析出鐵素體的開始線：奧氏體析出鐵素體 25h(4)ES、Acm線：溶解度線：奧氏體析出滲碳體稱為二次滲碳體 。(5)ECF共晶線：金屬液態(tài)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，萊氏體（Ld）。(6)PSK、A1共析線：當合金組織冷卻到7270C以下奧氏體（A）全部轉(zhuǎn)成珠光體（P）。 26h 共析反應(7270C)27h1-5-3 鐵碳狀態(tài)圖上合金的分類及其組織根據(jù)相變特征和室溫組織不同，可將鐵碳狀態(tài)圖上的各種合金分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三類：1、工業(yè)純鐵C0.0218%的鐵碳合金。28h2、鋼C 0.02182.11%的鐵碳合金。特點是高溫固態(tài)組織為塑性很好的奧氏體，常用于

9、熱壓力加工。根據(jù)相變特征和室溫組織不同分為三種：29h1）亞共析鋼 含C0.77%的鋼。所有亞共析鋼冷到室溫后，均由鐵素體和珠光體組成。含碳量越高鐵素體越少珠光體越多。30h 亞共析鋼組織金相圖31h2）共析鋼 含C0.77%的鋼。室溫組織全部為珠光體，一般呈片狀。32h 共析鋼組織金相圖33h共析鋼的室溫組織34h3）過共析鋼 含C0.77%的鋼。室溫組織為珠光體和二次滲碳體構(gòu)成。由于二次滲碳體沿奧氏體晶界析出，顯微組織呈網(wǎng)狀分布。二次滲碳體的含量隨鋼中碳含量增加而增加，.11時，其量達到最大。35h 過共析鋼組織金相圖36h.白口鑄鐵是C 2.116.69%之間的鐵碳合金。特點是液態(tài)結(jié)晶時

10、都有共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為以滲碳體為基的萊氏體組織，性能很脆，不能鍛造。由含碳量和室溫組織不同，分為三種。1）亞共晶白口鑄鐵 C4.3%，室溫組織由珠光體、二次滲碳體和低溫萊氏體組成。含碳量接近共晶成分的合金時，組織中萊氏體增多，大塊珠光體減少。37h 亞共晶白口鐵組織金相圖38h亞共晶合金組織形態(tài)39h2）共晶白口鑄鐵 C4.3%，室溫組織由珠光體、二次滲碳體和共結(jié)晶滲碳體組成低溫萊氏體。顯微鏡下，珠光體呈黑色，白色基體為滲碳體，其中二次滲碳體與共晶滲碳體連在一起，無本質(zhì)區(qū)別，不易分別。40h 共晶白口鐵組織金相圖41h共晶合金組織形態(tài)42h3）過共晶白口鑄鐵 C 4.36.69%范圍，室溫組織為一

11、次滲碳體和低溫萊氏體組成。顯微組織中亮白色的條狀（板狀）為初生滲碳體（Fe3C），基體為低溫萊氏體，其中黑點為珠光體、白色部分為滲碳體。 白口鑄鐵基本都含有萊氏體，這是與鋼區(qū)別的特點。43h 過共晶白口鐵組織金相圖44h過共晶合金組織形態(tài)45h1-5-4 碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響1、鐵碳合金的組織隨含碳量增加的變化是：F F+P P P + Fe3C P+ Fe3C+Ld Ld Ld+ Fe3C Fe3C即：工業(yè)純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵。含碳量增加時，組織中不僅Fe3C的數(shù)量增加，F(xiàn)e3C的存在形式也在變化，由分布在鐵素體的基體內(nèi)（

12、如P）變?yōu)榉植荚趭W氏體的晶界上（Fe3C）最后形成萊氏體時，F(xiàn)e3C已作為基體出現(xiàn)。含碳量不同的鋼鐵有不同組織這是決定它們具有各自性質(zhì)的原因。46h2、碳量對鐵力學性能的影響 當碳量0.9%，隨著鋼中含碳量增加，鋼的強度、硬度直線上升，塑性、韌度不斷降低難以加工。 當碳量0.9%，因沿著晶界形成的二次滲碳體網(wǎng)趨于完整，不僅使鋼的塑性、韌度進一步降低，強度也明顯下降。故工業(yè)上使用的鋼含碳量低于1.31.4%以保證鋼材具有足夠的強度一定的塑性和韌度。47h 當碳量2.11% 的白口鑄鐵，由于有較多的滲碳體在組織中以連成基體，性能上特別硬而脆，難以切削加工，除作為煉鋼原料一般應用不廣。48h3、鐵碳

13、相圖的應用（1）在選材方面 鐵碳相圖總結(jié)了鐵碳合金組織和性能隨成分的變化規(guī)律。這樣可以根據(jù)零件的服役條件和性能要求選擇合適的材料。 建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料，選用碳含量較低的鋼材、低碳鋼。 機械零件需要強度、塑性及韌性都較好的材料，應選用碳含量適中的中碳鋼。49h 工具要用硬度高和耐磨性好的材料，則選碳含量高的鋼種、高碳鋼。 即需要塑性好、韌性好的材料可選低碳鋼；需要強度、硬度、塑性好的材料可選中碳鋼；需要硬度、耐磨性好的材料可選高碳鋼。50h 純鐵的強度低，不宜用做結(jié)構(gòu)材料，但由于其導磁率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵芯等。 白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削

14、加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機的磨球等。51h例如：碳鋼中加入Mn，可改變共析點的位置，組織中可提高珠光體相對含量，提高鋼的硬度和強度。52h（2）在鑄造成型方面 根據(jù)相圖中液相線的位置，可確定各種鑄鋼和鑄鐵的澆注溫度，為鑄造工藝提供依據(jù)。 共晶成分的鑄鐵合金熔點最低，結(jié)晶溫度范圍小，有良好的鑄造性能。因此在鑄造生產(chǎn)中，經(jīng)常選用接近共晶成分的鑄鐵。 同鑄鐵相比鋼的熔化溫度和澆注溫度要高的多，其鑄造性能差，易產(chǎn)生收縮，因此鋼的鑄造工藝比較復雜。53h 根據(jù)Fe- Fe3C相圖可以確定合金的澆注溫度

15、。澆注溫度一般在液相線以上50100。從相圖上可看出，純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好，它們的凝固溫度區(qū)間最小，因而流動性好，分散縮孔少，可以獲得致密的鑄件，所以鑄鐵在生產(chǎn)上總是選在共晶成分附近。在鑄鋼生產(chǎn)中，碳含量規(guī)定在0.15-0.6%之間，因為這個范圍內(nèi)鋼的結(jié)晶溫度區(qū)間較小，鑄造性能較好。 54h3）在壓力加工成型方面 鋼處于奧氏體狀態(tài)時強度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)進行。一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以上100200范圍內(nèi)。一般始鍛溫度為11501250，終鍛溫度為750850。 55h4）在熱處理工藝方面的應用 Fe- Fe3C相圖對于制訂熱處理工藝有著特別重要的

16、意義。一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)Fe- Fe3C相圖確定的。這將在熱處理中詳細闡述。 56h在運用Fe-Fe3C相圖時應注意以下兩點： Fe-Fe3C相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài)，如含有其它元素，相圖將發(fā)生變化。 Fe-Fe3C相圖反映的是平衡條件下鐵碳合金中相的狀態(tài)，若冷卻或加熱速度較快時， 其組織轉(zhuǎn)變就不能只用相圖來分析了。 57h1-5-5 杠桿定律及其應用 杠桿定律表示平衡狀態(tài)下兩平衡相的化學成分與相對質(zhì)量之間的關系。用來計算兩平衡相分別占總合金的質(zhì)量分數(shù)，即各相的相對質(zhì)量，也可用來確定組織中各組成物的相對質(zhì)量。 因為求出兩相的相對重量關系與杠桿定律很相似，故稱為杠桿定律。58h1、只適用于平衡狀態(tài)下；2