第04章铁碳合金全解.ppt

第四章 铁碳合金 第一节 铁碳合金的基本组织 铁素体（F或α） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%，几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。 奥氏体（A或γ） 奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；1148℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。 A点：纯铁的熔点，温度1538℃,Wc=0 G点：纯铁的同素异晶转变点，冷却到912℃时,发生γ-F→α-Fe Q点：600℃时,碳在α-Fe中的溶解度,Wc=0.0057% D点：渗碳体熔点,温度1227℃,Wc=6.69% C点：共晶点，温度1148℃，Wc=4.3%，成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应： E点：碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11% S点：共析点，温度727℃，Wc=0.77%，成分为S点的奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应： P点：碳在α-Fe中的最大溶解度,温度727℃, Wc=0.0218% ABCD线 液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。 AHJECF线 固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。 ECF水平线 共晶线，Wc＞2.11%的铁碳合金，缓冷至该线1148℃时，均发生共晶转变，生成莱氏体。 ES线 碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为Acm线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（WC＝2.11％），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出Fe3CⅡ。 GS线 奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线,通常称为A3线。 PSK水平线 共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度727℃时，将发生共析转变生成珠光体P，WC＞0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。 GP线 0＜Wc＜0.0218%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终了线。 PQ线 碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃时,Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃时，Wc=0.0057%。 在727℃缓冷时，铁素体随着温度降低，溶碳量减少，铁素体中多余的碳将以渗碳体（三次渗碳体Fe3CⅢ）的形式析出。一般情况下，忽略Fe3CⅢ的存在。 单相区 有δ、F、A、L和Fe3C五个单相区 两相区 七个两相区：L＋A区、L+Fe3C区、A+Fe3C区、A＋F区 、F+Fe3C区、 δ ＋ L、 A ＋ δ 三相区 ECF共晶线是L、A、Fe3C的三相共存线； PSK共析线是A、F、Fe3C的三相共存线； HJB包晶线是δ、 L、A 的三相共存线； §2 铁碳合金相图分析 铁碳合金组织特征 (a) 0.01%C铁素体500× §3 铁碳合金的成分、组织与性能间的关系 一、碳的质量分数对平衡组织的影响 随着含碳量的增加，铁碳合金的室温组织变化顺序为: 在铁碳合金中，渗碳体一般可看作是一种强化相。 基体是铁素体，随着渗碳体数量的增加，其强度和硬度升高，而塑性与韧性相应降低。当 纯铁：塑性好、韧性很好，而强度和硬度很低。 亚共析碳钢：随着碳的质量分数的增加，钢的强度和硬度呈直线上升，而塑性、韧性不断下降。 过共析碳钢：当钢中WC0.9%时，脆性的二次渗碳体数量也相应增加，形成网状分布，使其脆性增加，不仅使钢的塑性、韧性进一步下降，而且强度也明显下降。所以，工业上使用钢的碳质量分数一般为WC=1.3%～1.4%。 白口铸铁：特硬特脆，难以切削加工，因此很少应用。但它耐磨性好，铸造性能优良，适用于耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件。此外，还用作生产可锻铸铁的毛坯。 §4 相图的实际应用 铸造：共晶成分的合金，其凝固温度间隔最小（为零），故流动性好，分散缩孔较小，有可能得到致密的铸件。 锻造：钢材的锻造或轧制应选择在具有单相奥氏体的温度范围内进行，才能有较好的塑性 。 焊接：焊接时在不同加热区域会获得不同的高温组织，随后的冷却也就可能出现不同组织与性能，这就需要在焊接后采用热处理方法加以改善。 切削加工：生产中最常用的办法之一是通过适当的热处理工艺，改变材料的金相组织，使材料的切削加工性得到改善，其依据也是铁碳相图。 §5 碳钢 按钢的用途分类: 碳素结构钢 ：用于制造各种机械零件、工程构件。一般为低、中碳钢。 碳素工具钢 ：用于制造各种工具。一般为高碳钢。 按冶炼方法分类： 镇静钢：是钢液在浇注前用锰铁、硅铁、铝进行充分脱氧，注入模子后，钢液