第三章-鐵碳相圖課件

《工程材料及成型技術(shù)》第3章鐵碳合金相圖Fe-C合金：由Fe和C元素組成的合金。Fe-C合金相圖：一般所說(shuō)的鐵碳合金相圖，實(shí)際上是指Fe-Fe3C相圖。因?yàn)楹剂扛哂?.69%的合金脆性極大，在實(shí)際生產(chǎn)中沒(méi)有任何使用價(jià)值。一、概述(1)純鐵

3種同素異構(gòu)體：δ-Fe,α-Fe，γ-Fe。二、鐵碳合金中的相

Fe原子C原子(2)鐵素體F(α相)：碳在α—Fe中的間隙固溶體，bcc晶格。性能與純鐵大致相同，強(qiáng)度、硬度低，塑性好。(3)奧氏體A(γ相)：碳在γ—Fe中的間隙固溶體，fcc晶格。奧氏體塑性很好，強(qiáng)度較低，具有一定韌性，不具有鐵磁性Fe原子C原子奧氏體晶界較鐵素體晶界平直(4)滲碳體Fe3C(Cm):Fe和C形成的復(fù)雜的間隙化合物（Wc=6.69%）。既硬又脆，塑性很差。在鋼中可呈片狀、網(wǎng)狀、板狀等形態(tài)出現(xiàn)。Fe原子C原子復(fù)雜正交結(jié)構(gòu)三、鐵碳合金相圖的分析（1）-點(diǎn)鐵素體在室溫下的含碳量為0.0008（0）三、鐵碳合金相圖的分析（2）-線

三條固態(tài)轉(zhuǎn)變線：GS線：奧氏體中開(kāi)始析鐵素體的轉(zhuǎn)變線，也稱為A3線；ES線：C在奧氏體中的固溶度曲線，奧氏體冷卻到該溫度下開(kāi)始析出滲碳體，稱為二次滲碳體Fe3CII,以區(qū)別液相析出的一次滲碳體Fe3CI。也稱為Acm線；PQ線：C在鐵素體中的固溶度曲線，在727℃時(shí)最大溶碳量為0.0218%。鐵素體冷卻到該溫度以下將析出三次滲碳體Fe3CIII。三、鐵碳合金相圖的分析（2）-線三、鐵碳合金相圖的分析（3）-區(qū)二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程

根據(jù)Fe—Fe3C相圖，鐵碳合金可分為三類：1)工業(yè)純鐵[wc≤0.0218%]

2)鋼[0.0218%<wc≤2.11%3)白口鑄鐵[2.11%<wc<6.69%]0.0218%純鐵0.77%2.11%4.3%共析鋼亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共晶白口鐵亞共晶白口鐵共晶白口鐵1對(duì)幾種典型碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程的分析1.共析鋼[wc=0.77%]

珠光體P：鐵素體和滲碳體呈均勻分布的兩相機(jī)械混合物，力學(xué)性能介于兩者之間。

共析鋼在727℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)變后組織組成物全部是P，而組成相為F和Fe3C，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

同理也可求出室溫下鐵素體和滲碳體的相對(duì)含量，分母為6.69-0.0008珠光體組織2對(duì)三種典型碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程的分析123456

2.亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]

以碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的鐵碳合金為例

727℃下，含0.4%的亞共析鋼的組織組成物為F和P，相組成為物F和Fe3C，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：

室溫下，含0.4%的亞共析鋼的組織組成物為F和P，相組成為物F和Fe3C，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

FP3對(duì)三種典型碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程的分析

3.過(guò)共析鋼

以碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的鐵碳合金為例

727℃下，含wc1.2%的過(guò)共析鋼的相組成物為F和Fe3C；組織組成物為Fe3CⅡ和P，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：室溫下，含1.2%的過(guò)共析鋼的組織組成物為P和Fe3CII，相組成為物F和Fe3C，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

Fe3CPPP4對(duì)三種典型碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程的分析4．共晶白口鐵（C%=4.3%）LdLdLdLd′

萊氏體Ld

含wc

4.3%的共晶白口鐵的組織組成物為變態(tài)萊氏體L’d，相組成物為F和Fe3C，727℃下它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：室溫下各種相的相對(duì)含量，同理可求。PFe3C5對(duì)三種典型碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程的分析5．亞共晶白口鑄鐵，2.11%<C%<4.3%Ld′LdLdLd

以碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的鐵碳合金為例萊氏體（ledeburite，

高溫萊氏體）是液態(tài)鐵碳合金在1148℃左右發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)形成的共晶混合物，由奧氏體γ和滲碳體（Fe3C）組成，含碳量為4.3%，用Ld表示。進(jìn)一步降溫到727℃時(shí)，組分之一的奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，形成由珠光體分布在共晶滲碳體上所組成的組織，被稱為低溫萊氏體或變態(tài)萊氏體，由L’d表示，其硬度高、脆性大，應(yīng)用較少。1148

℃以下奧氏體中會(huì)有二次滲碳體析出，但二次滲碳體和萊氏體中的滲碳體很難區(qū)分。純?nèi)R氏體中含有的滲碳體較多，故性能與滲碳體相近，即極為硬脆。727℃下，含wc

3%的亞共晶白口鐵的組織組成物為P+Fe3CII+L’d，相組成物為F和Fe3C，

它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：室溫下各種相的相對(duì)含量，同理可求。6對(duì)三種典型碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程的分析LdLdLdLd′6．過(guò)共晶白口鑄鐵

以碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鐵碳合金為例

含wc

5%的過(guò)共晶白口鐵的組織組成物為Fe3CI+Ld’，相組成物為F和Fe3C，727℃下它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：室溫下各種相的相對(duì)含量，同理可求。小結(jié)：標(biāo)注組織的鐵碳相圖小結(jié)：標(biāo)注組織的鐵碳相圖F、F+P、P、P+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+Ld′、Ld′、Ld′+Fe3CⅠ、Fe3C

LdLd′Ld′LdLdLd′鐵碳合金的成分-組織-性能關(guān)系1、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡組織的影響三、鐵碳合金的成分-組織-性能關(guān)系2、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡狀態(tài)下碳鋼機(jī)械性能的影響1、硬度隨含碳量的增加而增加2、強(qiáng)度隨含碳量的增加而增加，到0.9%左右達(dá)到最大，而后下降。3、塑性、韌性隨含碳量的增加而下降。名稱組織性能鐵素體F/α相碳在α—Fe中的間隙固溶體，bcc晶格。性能與純鐵大致相同，強(qiáng)度、硬度低，塑性好奧氏體A/γ相碳在γ—Fe中的間隙固溶體，fcc晶格。強(qiáng)度較低，硬度不高，塑性好，易于塑性變形。珠光體P鐵素體和滲碳體呈均勻分布的兩相機(jī)械混合物，較高的強(qiáng)度和硬度，但塑性較差。滲碳體Fe3CFe和C形成的復(fù)雜的間隙化合物（Wc=6.69%）。既硬又脆，塑性很差萊氏體Ld從液相中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體均勻分布的混合物。硬度高、脆性大，應(yīng)用較少。變態(tài)萊氏體L’dP+Fe3C+（Fe3CII）硬度高、脆性大，應(yīng)用較少。3、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能的影響（1）切削加工性能

低碳鋼中鐵素體含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致粘刀，影響表面粗糙度，切削性能較差；高碳鋼中滲碳體含量過(guò)高，硬度較高，嚴(yán)重磨損刀具，切削性能也較差。（2）可鍛性

低碳鋼的可鍛性較好，含碳量越高，可鍛性越差。鑄鐵的可鍛性極差。

（3）鑄造性含碳量對(duì)鑄造型的影響主要包括流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向等。相圖可指導(dǎo)我們對(duì)鋼材的合理選用，對(duì)指導(dǎo)鑄鍛焊和熱處理工藝有直接意義。鑄造方面可根據(jù)相圖上液相線確定鑄件的合理澆注溫度。一般選在液相線以上50-150℃，共晶成分鑄鐵鑄造性能好。鍛壓方面

從相圖可以知道把鋼加熱到A3和Acm線之上都會(huì)變成單相奧氏體。奧氏體鋼塑性好，強(qiáng)度較低，適用于變形量大的熱變形加工。焊接方面可根據(jù)鐵碳相圖分析碳鋼的焊接組織，并通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚頊p輕或消除組織不均勻和焊接應(yīng)力。熱處理方面相圖中的A1，A3和Acm三條相變線是確定熱處理工藝加熱溫度的依據(jù)。鐵碳相圖的應(yīng)用在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用

各種機(jī)械零件需用強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料，可以選用碳含量適中的中