第四章铁碳合金相图讲解.ppt

第四章 铁碳合金相图 概 述 第一节 铁碳合金的基本相 第二节 铁碳合金相图分析 第三节 典型铁碳合金的平衡结晶过程 第四节 铁碳合金的成分、组织与性能 间的关系 铁碳合金相图是指在平衡条件下（极其缓慢加热或冷却），不同成分的铁碳合金，在不同温度下所处状态或组织的图形。 在铁碳合金中，铁和碳可以形成一系列稳定化合物（Fe3C、Fe2C、FeC），由于ωC6.69%的铁碳合金材质很脆，在工业上无使用价值。所以，我们仅研究ωC6.69%的部分。而ωC=6.69%对应的正好全部是铁碳体(Fe3C)，把他作为一个组元，实际上我们研究的铁碳相图是Fe—Fe3C相图。 第一节 铁碳合金的基本相 Fe-C合金基本相：铁素体(F)(固溶体）、奥氏体(A) (固溶体） 、渗碳体（Fe3C)(金属化合物） 一、铁素体（F） ： 碳溶于α- Fe中的间隙固溶体，溶碳能力极差。727℃可达0.0218%，室温仅有0.0008%。 铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。 抗拉强度σb： 180～280MPa 屈服点σs ： 100～170 MPa 伸长率δ×100； 30～50 断面收缩率ψ×100 ： 70～80 冲击韧度αk：160～200J/cm2 硬度： ～80HBW 组织：在显微镜下，呈明亮的等轴多边形状。 三、渗碳体(Fe3C)Fe与C 形成的金属化合物Fe3C，其含碳量为6.69%，极硬、脆。 熔点约为1227℃，渗碳体硬度很高（950～1050HV），而塑性与韧性几乎为零，脆性极大。 F、A 、 Fe3C都能溶入合金元素，形成合金固溶体或合金渗碳体起到强化的作用。渗碳体在钢和铸铁中存在形式有片状、球状、网状和板状，他的数量、形状、大小和分布状况对钢的性能影响很大。 渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳。 第二节 铁碳合金相图分析 液相线： AC线和CD线 固相线：AE和ECF 第三节 典型铁碳合金平衡结晶过程 一、合金Ⅰ（共析钢） 第四节 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 随着碳的质量分数的增加，铁碳合金的室温组织变化顺序为： 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。当硬而脆的渗碳体以网状分布在晶界，特别是作为基体出现时，将使铁碳合金的塑性、韧性大大下降。 三、碳的质量分数对工艺性能的影响 1．铸造性能 由相图可知，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。 2．锻造性能 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 。 3．焊接性能 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。 4．切削加工性能 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。 * * 概 述 Fe-Fe3C相图 简化的Fe-Fe3C相图 二、奥氏体(A)： 碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体。 溶碳量较大，在1148℃时，溶碳 能力最大，可达ωC =2.11%;随着温度的下降使溶碳能力逐渐减小，在727℃时ωC=0.77%。 铁素体的显微组织（100×） 奥氏体在高温状态存在； 硬度为170～220HBW,伸长率为40%～50% 奥氏体的硬度较低而塑性 较高，易于锻压成形。 奥氏体的显微组织（100×） 简化后的铁碳相图 碳在α-Fe中的溶解度 0.0008 室温 Q 共析点（A1） 0.77 727 S 碳在α-Fe中的最大溶解度 0.0218 727 P 渗碳体的成分 6.69 727 K α-Fe、γ-Fe同素异构转变点(A3) 0 912 G 渗碳体的成分 6.69 1148 F 碳在γ-Fe中的最大溶解度 2.11 1148 E 渗碳体熔点 6.69 1227 D 共晶点 4.3 1148 C 纯铁的熔点 0 1538 A 含 义 碳的质量分数ωC×100 温度/℃ 符号 一、相图中各点分析 二、相图中各线分析 1148℃ 共晶线：ECF，Lc AE+Fe3C ES线（Acm线） ：碳在奥氏体中的固溶线 GS线（A3线） ：奥氏体和铁素体的相互转变线 727℃ 共析线 ：PSK线（A1线） As Fp+Fe3C PQ线：碳在铁素体中的固溶线。 三、铁碳合金的分类 铁碳合金根据其组织和性能的