第3章B铁碳合金相图技术报告.ppt

第3章 铁碳合金相图 第3章 铁碳合金相图 3.1 铁碳合金的基本组织 3.2 铁碳合金相图分析 3.3 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系 3.4 铁碳相图的应用 3.5 综合练习题 钢和铸铁是工业中应用最广泛的金属材料，它也是国民经济的重要物质基础，主要由Fe、C 及Si、Mn 、S、P等杂质元素组成。金属材料一般可分为钢铁材料和非铁金属材料两类。生铁是由铁矿石原料经高炉冶炼而获得的；高炉生铁一般分为炼钢生铁和铸造生铁两种；现代炼钢方法主要有氧气转炉炼钢法和电弧炉炼钢法。为了研究铁碳合金结晶过程的特点以及合金相与组织的变化规律，掌握各种钢和铸铁的组织、性能及加工方法等就必须先了解铁碳合金成分和铁碳合金相图。铁碳合金相图是研究铁碳合金组织、化学成分、温度和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。 3.1 铁碳合金的基本组织 钢和生铁都是铁碳合金。根据含碳量的不同，碳和铁之间相互作用不同，碳可以溶解在铁中形成固溶体，也可以反应形成金属化合物，或由固溶体与金属化合物组成机械混合物。因此，在铁碳合金中基本相有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。并介绍如下： 2.奥氏体(A) 奥氏体：是指γ铁中溶入碳元素形成的固溶体称为奥氏体，用符号“A”表示；奥氏体具有面心立方晶格。由于面心立方晶格原子间的间隙比体心立方晶格大，因此溶碳能力较强。在 727oC时溶碳量为Wc=0.77%，随温度升高溶碳量逐渐增大到1148oC时，溶碳量可达Wc=2.11%。 奥氏体的塑性、韧性好,强度、硬度较低(σb =400MPa、δ=40%～50%、170～220HBW))。因此,生产中常将零件加热到奥氏体状态进行锻造。奥氏体（A）是一个独立的相，也是一种单相组织。 3. 渗碳体(Fe3C) 渗碳体：是指晶体点阵为正交点阵、化学成分近似于Fe3C的一种间隙式化合物。含碳量为6.69%。熔点为1227oC，渗碳体不发生同素异晶转变；230℃以下时有弱铁磁性，渗碳体的硬度很高（950～1050HV），而脆性大，塑性和冲击韧度几乎。 4. 珠光体(P) 珠光体：是铁素体和渗碳体两相的混合物，是共析反应的产物，用符号“P”表示。珠光体是一种双相组织，是奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的。 珠光体是一种双相组织。一般情况下，两相呈层片状分布，在缓慢冷却条件下，珠光体的Wc=0.77%,力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高、硬度180HBW适中、有一定塑性。 5. 莱氏体（Ld） 　　奥氏体：是指和渗碳体组成的机械混合物称为莱氏体。莱氏体碳的质量分数为4.3%。1148oC时，将同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物, 即莱氏体，用符号Ld表示。 由于奥氏体在727oC时转变为珠光体，所以727oC以下的莱氏体由珠光体和二次渗碳体和共晶渗碳体组成，用符号“Ld?”表示。 变态莱氏体中由于有大量渗碳体存在其性能与渗碳体相似，即硬度高、塑性差。 铁碳合金的基本组织性能特点 铁素体：碳与α-Fe形成的间隙固溶体。 性能-强度和硬度低，塑性和韧性好。 奥氏体：碳与γ-Fe形成的间隙固溶体;高温组织，在大于727℃时存在。 性能-塑性好，强度和硬度高于F。 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物。 性能-硬度高，脆性大。 珠光体：F与Fe3C组成的机械混合物 。 性能-力学性能介于两者之间。 莱氏体：A与Fe3C组成的机械混合物。 性能-硬度高，塑性差。 3.2铁碳合金相图分析 3.2.1 Fe-Fe3C相图分析 3.2.2 铁碳合金的分类 3.2.3 典型铁碳合金的结晶过程分析 铁和碳可形成一系列稳定化合物(Fe3C、Fe2C、FeC), 生产实践表明, 当碳的质量分数增加到6.69%时的铁碳合金脆性极大，机械加工困难，在工业上无使用价值。所以在研究铁碳合金相图时，只需研究Wc≤6.69%这部分。而Wc=6.69%时, 铁碳合金全部为稳定的Fe3C化合物，可以作为一个独立的组元。实际研究的铁碳合金相图，就是研究Fe-Fe3C相图，如图3-1所示。 Fe- Fe3C相图的纵坐标表示温度，横坐标表示成分。左端原点，即纯铁；右端点Wc=6.69%，即Fe3C。横坐标上任一点均代表一