2-3工程材料第2章課件

第三節(jié)鐵碳合金相圖鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的合金。含碳量為0.0218%~2.11%的稱鋼含碳量為2.11%~6.69%的稱鑄鐵。1機(jī)械與汽車工程學(xué)院鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它們都可以作為純組元對(duì)待。含碳量大于Fe3C成分〔6.69%〕時(shí)，合金太脆，已無有用價(jià)值。實(shí)際所爭論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→2機(jī)械與汽車工程學(xué)院鐵碳合金相圖是爭論鐵碳合金最根本的工具，是爭論碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論根底,是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù).3機(jī)械與汽車工程學(xué)院一、鐵碳合金的組元和相碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳力氣很低,在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相像。鐵素體⒈組元：Fe、Fe3C⒉相⑴鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體稱鐵素體,用F

或

表示。

4機(jī)械與汽車工程學(xué)院⑵奧氏體:碳在-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳力氣比鐵素體大，1148℃時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)章多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在區(qū)進(jìn)展.碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體5機(jī)械與汽車工程學(xué)院⑶滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(

b35MPa),脆性大,塑性幾乎為零Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在確定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反響對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體6機(jī)械與汽車工程學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院7

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作萊氏體,用Le表示。為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作珠光體，用P表示。珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。萊氏體珠光體二、鐵碳合金相圖的分析⒈特征點(diǎn)?????LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

8機(jī)械與汽車工程學(xué)院⒉特征線⑴液相線—ABCD，固相線—AHJECFD

⑵三條水平線：HJB：包晶線LB+δH?

J

ECF：共晶線LC?

E+Fe3C共晶產(chǎn)物是

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作萊氏體,用Le表示。為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體9機(jī)械與汽車工程學(xué)院PSK：共析線

S

?FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作珠光體，用P表示。珠光體L+δL+

L+Fe3Cδ+

+Fe3C

+

F+Fe3C珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。PSK線又稱A1線。10機(jī)械與汽車工程學(xué)院⑶

其它相線GS,GP—

?

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱A3

線。HN,JN—δ?

固溶體轉(zhuǎn)變線，ES—碳在

-Fe中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在

-Fe中的固溶線。11機(jī)械與汽車工程學(xué)院⑶三個(gè)三相區(qū)：即HJB(L+

+

)、ECF(L+

+Fe3C)、PSK(

+

+Fe3C)三條水平線

⒊相區(qū)⑴五個(gè)單相區(qū)：

L、

、

、

、Fe3C

⑵七個(gè)兩相區(qū):L+

、L+

、L+Fe3C、

+

、

+Fe3C、

+

、

+Fe3C

12機(jī)械與汽車工程學(xué)院三、典型合金的平衡結(jié)晶過程⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相

①亞共析鋼

(0.0218~0.77%C)

②共析鋼(0.77%C)

③

過共析鋼

(0.77~2.11%C)鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：⑴工業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單相鐵素體。亞共析鋼共析鋼過共析鋼共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵13機(jī)械與汽車工程學(xué)院⑶白口鑄鐵

(2.11~6.69%C)

鑄造性能好,硬而脆①亞共晶白口鑄鐵

(2.11~4.3%C)②

共晶白口鑄鐵(4.3%C)③

過共晶白口鑄鐵

(4.3~6.69%C)14機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈠工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

，3-4點(diǎn)間

→

，5-6點(diǎn)間

→

。到7點(diǎn)，從

中析出Fe3C。NSJBH

L+

+

+

15機(jī)械與汽車工程學(xué)院工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程16機(jī)械與汽車工程學(xué)院

隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。室溫下Fe3CⅢ最大量為:

從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用Fe3CⅢ表示。

Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。17機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈡共析鋼的結(jié)晶過程

合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

。到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

S?

P+Fe3C,

全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。18機(jī)械與汽車工程學(xué)院共析鋼的結(jié)晶過程19機(jī)械與汽車工程學(xué)院珠光體在光鏡下呈指紋狀.變完畢時(shí)，珠光體中相的相對(duì)重量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點(diǎn)以下，共析中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結(jié)合不易區(qū)分。室溫組織為P.珠光體Q20機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈢亞共析鋼的結(jié)晶過程0.09~0.53%C亞共析鋼冷卻時(shí)發(fā)生包晶反響.以0.45%C的鋼為例合金在4點(diǎn)以前通過勻晶—包晶—?jiǎng)蚓Х错懭哭D(zhuǎn)變?yōu)椤５?點(diǎn)，由中析出。到5點(diǎn),成分沿GS線變到S點(diǎn)，發(fā)生共析反響轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度連續(xù)下降，中析出Fe3CⅢ，由于與共析Fe3C結(jié)合,且量少,無視不計(jì).

+Fe3CⅢGSPABJH21機(jī)械與汽車工程學(xué)院亞共析鋼的結(jié)晶過程22機(jī)械與汽車工程學(xué)院利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量:

C%=P面積%×0.77%(無視中含碳量，P面積%=QP)共析溫度下相的相對(duì)重量為：

組織組成物的相對(duì)重量為：

S’23機(jī)械與汽車工程學(xué)院亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218~0.77%C

范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織24機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈣過共析鋼的結(jié)晶過程合金在1~2點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)?到3點(diǎn),開頭析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈網(wǎng)狀分布.溫度下降,Fe3CⅡ量增加。到4點(diǎn)，

成分沿ES線變化到S點(diǎn)，余下的

轉(zhuǎn)變?yōu)镻。25機(jī)械與汽車工程學(xué)院過共析鋼的結(jié)晶過程26機(jī)械與汽車工程學(xué)院過共析鋼室溫組織為P+Fe3CⅡ。Fe3CⅡ量隨含碳量而增加,含碳量為2.11%時(shí),Fe3CⅡ量最大：含1.4%C鋼的組織27機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈤共晶白口鐵的結(jié)晶過程合金冷卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶反響全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體(Le),萊氏體是共晶與共晶Fe3C的機(jī)械混合物,呈蜂窩狀.Fe3C

28機(jī)械與汽車工程學(xué)院共晶轉(zhuǎn)變完畢時(shí)，兩相的相對(duì)重量百分比為:C點(diǎn)以下,成分沿ES線變化，共晶將析出Fe3CⅡ。Fe3CⅡ與共晶Fe3C結(jié)合，不易區(qū)分。1’2

Fe3C29機(jī)械與汽車工程學(xué)院溫度降到2點(diǎn),成分到達(dá)0.77%,此時(shí),相的相對(duì)重量:在2點(diǎn),共晶發(fā)生共析反響，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由P與Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體,用Le’表示.

2點(diǎn)以下，共晶體中P的變化同共析鋼。S30機(jī)械與汽車工程學(xué)院共晶白口鐵的結(jié)晶過程31機(jī)械與汽車工程學(xué)院共晶白口鐵室溫組織為Le’(P+Fe3C),它保存了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。室溫下兩相的相對(duì)重量百分比為：32機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈥亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程合金在1~2點(diǎn)間析出

。到2點(diǎn)，液相成分變到C點(diǎn),并轉(zhuǎn)變?yōu)長e。2~3點(diǎn)間從

中析出Fe3CⅡ，一次

的Fe3CⅡ被共晶

襯托出來。到3點(diǎn)，

轉(zhuǎn)變?yōu)镻。33機(jī)械與汽車工程學(xué)院亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程34機(jī)械與汽車工程學(xué)院亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3CⅡ+Le’。室溫下組織組成物相對(duì)重量百分比為：ECFD1234N35機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈦過共晶白口鐵的結(jié)晶過程1~2點(diǎn)間從液相中析出Fe3C,這種滲碳體稱一次滲碳體，用Fe3CⅠ表示，呈粗條片狀。到2點(diǎn)，余下的液相成分變到C點(diǎn)并轉(zhuǎn)變?yōu)長e。DFK3Fe3C12436機(jī)械與汽車工程學(xué)院2點(diǎn)以下,Fe3CⅠ成分重量不再發(fā)生變化,Le變化同共晶合金,其室溫組織為Fe3CⅠ+Le’。

37機(jī)械與汽車工程學(xué)院組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)分主要在+Fe3C和+Fe3C兩個(gè)相區(qū).+Fe3C相區(qū)中有四個(gè)組織組成物區(qū)，+Fe3C相區(qū)中有七個(gè)組織組成物區(qū)。

㈧組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注

+Fe3C

+Fe3C

38機(jī)械與汽車工程學(xué)院FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+

L+

F

ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%溫度39機(jī)械與汽車工程學(xué)院㈨含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響⒈含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響

含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：

鋼鐵素體

亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體40機(jī)械與汽車工程學(xué)院⒉含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、