鐵碳平衡相圖詳解

1整理ppt目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是W(c)為0～6.69%的鐵碳合金局部〔即Fe-Fe3C局部〕，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2整理ppt1.2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。3整理ppt①以穩(wěn)定的化合物分割相圖〔Fe3C〕；②以特殊的成分分割相圖〔鋼*與鐵的區(qū)分〕；③確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；④分析特征合金的結(jié)晶過程及其組織演化；⑤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。4整理ppt相鄰相區(qū)的相數(shù)差1〔點(diǎn)接觸除外〕——相區(qū)接觸法那么；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)。假設(shè)兩個(gè)三相區(qū)中有兩個(gè)相同的相，那么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(zhǎng)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5整理ppt2.3鐵碳相圖的相區(qū)1〕單相區(qū)〔四個(gè)〕：

α-Fe——α-鐵素體；

γ-Fe——奧氏體；

δ-Fe——δ-鐵素體；

L——液相區(qū)6整理ppt2〕兩相區(qū)(七個(gè))：L+δ

δ+A

L+A；

L+Fe3C；

A+F；

A+Fe3C；

F+Fe3C續(xù)前頁7整理ppt3〕三相區(qū)(兩個(gè))L、A、Fe3C——ECF線：共晶線，是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線；A、F、Fe3C——PSK線，共析線，是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線。續(xù)前頁8整理ppt2.4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)生共晶反響：Lc→Ld〔AE+Fe3C〕；3〕D點(diǎn)滲碳體熔點(diǎn)，溫度1227℃，W(c)=6.69%；9整理ppt4〕E點(diǎn)碳在γ-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γ-F→α-Fe；6〕P點(diǎn)碳在α-Fe中的最大溶解度，溫度727℃，W(c)=0.0218%；續(xù)前頁10整理ppt8〕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)生共析反響：As→P〔Fp+Fe3C〕；7〕Q點(diǎn)600℃時(shí)，碳在α-Fe中的溶解度，W(c)=0.0057%；〔冷至室溫時(shí)，碳在α-Fe中的溶解度為0.0008%〕；續(xù)前頁11整理ppt附：鐵碳平衡圖中所有的特性點(diǎn)12整理ppt2.5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。13整理ppt4〕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Fe3CⅡ。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14整理ppt7〕GP線0＜W(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15整理ppt8〕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。假設(shè)是加熱過程，那么相反。續(xù)前頁16整理ppt附：鐵碳平衡圖中所有的特性線17整理ppt一般所指鐵素體系碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在α-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〔Ferrite—F或α相〕2.6各相〔組織〕名稱及其定義18整理ppt2.6.2奧氏體〔Austenite——A或γ相〕

奧氏體系碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格。碳在γ-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。19整理ppt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，δ、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〔Cementite—Fe3C〕20整理ppt2.6.4珠光體〔Pearlite—P〕

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。21整理ppt2.6.5萊氏體〔Ledeburite—Ld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%。22整理ppt3.鐵碳相圖中鋼與鐵的區(qū)分共析鋼亞共析鋼過共析鋼共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵W(c)=0.77%0.0218%<W(c)<0.77%0.77%<W(c)<2.11%W(c)=4.3%2.11%<W(c)<4.3%4.3%<W(c)<6.69%工業(yè)純鐵

鋼白口鑄鐵鐵碳合金**——按含碳量和室溫組織分類W(c)

=0.0218%工業(yè)純鐵

鋼白口鑄鐵鐵碳合金*23整理ppt4.典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析——以鋼為例

①共析鋼②亞共析鋼③過共析鋼④共晶白口鑄鐵⑤亞共晶白口鑄鐵⑥過共晶白口鑄鐵24整理ppt4.1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。25整理ppt共析鋼結(jié)晶過程示意圖

26整理ppt4.2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。27整理ppt亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖

28整理ppt4.3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。29整理ppt過共析鋼結(jié)晶過程示意圖

30整理ppt5.

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：FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+Ld’Ld’Ld’+Fe3CI

31整理ppt5.2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)，隨著W(c)增加，強(qiáng)度不斷提高；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。

32整理ppt6.1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33整理ppt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)橐汗滔喑煞植畲蟆常籜越大，流動(dòng)性越差〔因?yàn)橹d旺〕；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：?jiǎn)蜗喙倘荏w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34整理ppt相圖與熱加工工藝性能的關(guān)系35整理ppt7.

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(duì)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。36整理ppt鋼鐵熱處理的溫度選取范圍在鐵碳相圖中的位置37整理ppt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(duì)碳