工程材料成型与技术基础第五节.ppt

* 机械工程学院 李硕 第二章 金属与合金的晶体结构和二元相图 上次课重点内容复习 本次课的主要内容 1、合金的有关概念：合金、组元、相、组织等； 2、合金的基本相：固溶体、金属化合物、机械混合物； 3、二元合金相图的建立及其分析； 4、铁碳合金的基本相与性能。 1、铁碳合金相图分析； 2、含碳量与铁碳合金组织及性能的关系； 3、铁碳合金相图的应用 第四节 铁碳合金相图 铁和碳是钢铁中两个最基本的元素，故称为铁碳合金。在铁碳合金中， 铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，而稳定的化合物可以作为 一个独立的组元。因此一般所说的铁碳合金相图，实际上是指铁一渗碳体 (Fe—Fe3C)相图，如图2-20所示为简化图。(熟练掌握) 二、铁碳合金相图 纯铁的晶体结构： 1538OC以上（L），1538OC—1394OC（体心立方δFe）,1394OC-912 OC(面心立方γFe),912 OC以下体心立方α-Fe。 第四节 铁碳合金相图 1、相图分析 1) 铁碳合金相图中的特征点： 第四节 铁碳合金相图 2) 铁碳合金相图中的特征线： 图2-20 Fe-Fe3C相图主要由包晶、共晶和共析三个恒温转变组成。 （1）ACD线为液相线，AECF线为固相线。 （2）在ECF水平线(1148℃)发生共晶转变LC?γE + Fe3C ，其转变产物是奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。碳的质量分数为2．11％～6．69％的铁碳合金都发生这种转变。 (3)在PSK水平线(727℃)发生共析转变γS ?αP + Fe3C ，其转变产物是铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。所有碳质量分数超过0．02％的铁碳合金都发生这个转变。共析转变温度常标为A1温度。 第四节 铁碳合金相图 Fe-Fe3C相图中三条重要的固态转变线 (1)GS线——奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线，常称此温度为A3温度。 (2)ES线——碳在奥氏体中的溶解限度线。此温度常称ACM温度。低于此温度时，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体Fe3CII，以区别于从液体中经CD线析出的一次渗碳体Fe3C。 (3)PQ线——碳在铁素体中的溶解度线。在727℃，碳在铁素体中的最大溶解度为0．0218％，因此，铁素体从727℃冷却下来时，也将析出渗碳体，称为三次渗碳体Fe3CIII。 3) 铁碳合金相图中的相区： 相图中有F、A、L和Fe3C四个单相区，以及由这四个单相区组成的两相区构成。 第四节 铁碳合金相图 2、典型铁碳合金结晶过程 （1）铁碳合金分类 铁碳合金状态图上的各种合金，按其含碳量和常温组织的不同，一般可分为下列三类?： 1）工业纯铁(0.02％C)：?常温组织为F。? 2）钢(0.008－2.06％C)?其中又分为： 亚共析钢(0.008～0.8％C)??常温组织为F+P?； 共析钢(0.8％C)?常温组织为P； ????????????????? 过共析钢(0.8％～2.06％C)常温组织为P+Fe3CII?。 3）生铁(2.06～6.67％C)?其中又分为：?亚共晶白口铁(2.06～4.3％C)? 常温组织为P+Fe3Cll+L’i＋? (P+Fe3CII+Fe3C) ????????????? 　　共晶白口铁(4.3％C)?常温组织为以(P+Fe3CIl+Fe3C)；?????????????? 　　过共晶白口铁(4.3~6.67％C)常温组织为L’i＋(P+Fe3CII+Fe3C)+Fe3CI。 第四节 铁碳合金相图 （２）几种典型铁碳合金结晶过程分析 第四节 铁碳合金相图 1）共析钢的结晶过程 　　含碳量为0.77％的铁碳合金(图２-２０中合金①)的结晶过程? 该合金在1点以上温度时，全部为成分均匀的液体，缓慢冷却，温度降到1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，温度继续下降，奥氏体量不断增加，直至2点，液体全部结晶成奥氏体，2点以下到S点以上为奥氏体的冷却，没有组织变化，当温度下降到S点(727℃)时，奥氏体发生共析反应，全部转变成珠光体，3点以下至室温，组织基本上不再变化，而仅为珠光体的冷却。这种含碳量为0.77的铁碳合金叫共析钢，共析钢的常温组织为珠光体。其组织转变过程如图２-２１所示。　　　 组织特征图 图2-21组织转变过程 第四节 铁碳合金相图 图2-22 共析钢组织金相图 第四节 铁碳合金相图 2）亚共析钢的结晶过程分析 含碳量为0.008～0.77％的铁碳合金②的结晶过程? 开始阶段合金的结晶过程与合金①)类似，当冷却到3点