工程材料与成形技术基础第2版教学课件ppt作者庞国星第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图2第四节铁碳合金相图课件.ppt

第四节 铁碳合金相图 铁碳合金——碳钢和铸铁，是工业中应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为2.11%~ 6.69%的称铸铁。 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。 铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。 一、铁碳合金的组元和相 1、组元：Fe、 Fe3C 2、相 ⑴ 铁素体： 碳在α-Fe中的固溶体称铁素体，用F 或? 表示。 碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。 都是体心立方的间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低，在727℃时最大为0.0218%，室温下仅0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 ⑵ 奥氏体: 碳在? -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或?表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性好， 钢材热加工都在?区进行。 碳钢室温组织中无奥氏体。 ⑶ 渗碳体：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、脆性大，塑性几乎为零。 Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨），该反应对铸铁有重要意义。 由于碳在?-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。 二、铁碳合金相图的分析 1、特征点 2、特征线 ⑴ 液相线—ABCD， 固相线—AHJECFD ⑵ 三条水平线： HJB：包晶线LB+δH? ?J ECF：共晶线LC? ? E+ Fe3C 共晶产物是? 与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体，用Le表示。为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。 PSK：共析线， ? S ?FP+ Fe3C，共析转变的产物是? 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。其组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相之间。 PSK线又称A1`线 。 ⑷ 其它相线 GS,GP—? ? ? 固溶体转变线，GS又称A3 线。 HN,JN—δ? ? 固溶体转变线， 3、相区 ⑴ 五个单相区： L、?、?、?、Fe3C ⑵ 七个两相区：L+? 、L+?、L+Fe3C、?+?、?+Fe3C、?+? 、?+Fe3C 三、典型合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(0.0218% C) 组织为单相铁素体。 ⑵ 钢(0.0218~2.11%C) 高温组 织为单相?，易于变形， ① 亚共析钢(0.0218~0.77%C) ② 共析钢(0.77%C) ③ 过共析钢(0.77~2.11%C) ⑶ 白口铸铁(2.11~6.69%C) 铸造性能好，硬而脆 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C) ② 共晶白口铸铁(4.3%C) ③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C) ㈠ 工业纯铁的结晶过程 （Ⅰ合金） 合金液体在1-2点间转变为?，3-4点间?→?，5-6点间?→?。到7点，从?中析出Fe3C。 从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。 Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+ Fe3CⅢ。 室温下Fe3CⅢ的最大量为: ㈡ 共析钢的结晶过程 （Ⅱ合金） 合金液体在1-2点间转变为?。到S点发生共析转变： ? S ?αP+ Fe3C， ?全部转变为珠光体，P在光镜下呈指纹状。转变结束时，珠光体中相的相对重量百分比： P中的渗碳体称共析渗碳体。 S点以下，共析α中析出Fe3CⅢ，与共析Fe3C结合不易分辨。室温组织为P。 ㈢ 亚共析钢的结晶过程(Ⅲ合金) 0.09~0.53%C亚共析钢冷却时发生包晶反应.以0.45%C的钢为例。 合金在4点以前通过匀晶—包晶—匀晶反应全部转变为?。到4点， 利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量：C%=P面积%×0.77% （忽略?中含碳量，P面积%=QP） 亚共析钢室温下的组织为F+P。 在0.0218~0.77%C 范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。 ㈣ 过共析钢的结晶过程 （Ⅳ合金） 合金在3点转变为? ，到3点，开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体。用Fe3C Ⅱ表示。 Fe3C Ⅱ沿晶界呈网状分布。 过共析钢室温组织为P+