第2章二元合金相图与铁碳合金相图.ppt

第一章 机 械 工 程 概 论 Introduction to mechanical engineering Fe – Fe3C 合金相图 铁碳合金相图 —— 相图分析 Fe-Fe3C合金相图包含三个基本组成部分： 包晶是由 L相和一种固相转变为另一种固相，主要是合金中高温相的变化，应用很少。 共晶部分 共析部分 包晶部分 液体 奥氏体 δ-铁 奥+δ L+δ γ γ → L + δ 铁碳合金相图 —— 相图分析 1148℃ 铁碳合金相图 —— 相图分析 —— 共晶部分 ECF为共晶线，C点共晶点，共晶成分含碳4.3%，共晶温度1148℃，共晶转变为： E点以左的合金结晶后得到单相A； L → A + Fe3C 即液相结晶出莱氏体 Ld E点是奥氏体的最大溶解点； 铁碳合金相图 —— 相图分析 —— 共晶部分 E点也是钢和铸铁的分界点： 钢含碳量＜2.11%； 2.11%≤铸铁含碳量≤ 6.69%。 铁碳合金相图 —— 相图分析 —— 共析部分 727℃ S点为共析点，共析成分为0.77%C，共析温度为727℃，共析转变为： PSK为共析线，称为A1线； A → F + Fe3C 即奥氏体析出珠光体 P ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线，记Acm； GS是合金冷却时A转变为F的开始线，加热时F转变为A的终止温度线，记A3； 常记Acm，低于此温，奥氏体中将析出渗碳体，称二次渗碳体，Fe3CII，以区别于从液体中经CD线结晶出的一次渗碳体，Fe3CI 。 铁碳合金相图 —— 相图分析 —— 共析部分 铁碳合金相图 —— 相图分析 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 铁碳合金按含碳量的不同，从相图上可以分为工业纯铁、碳钢及白口铸铁三类，而后两种中又有更细的划分： 铁碳合金： 工业纯铁 碳钢 白口铸铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 类 别 含 碳 量 (％) 组 织 工 业 纯 铁 ≤0.0218 F 碳 钢 亚共析钢 0.0218～0.77 F+P 共 析 钢 0.77 P 过共析钢 0.77～2.11 P+ Fe3CⅡ 白口铸铁 亚共晶自口铁 2.11 ～ 4.3 P+ Fe3CⅡ＋L’d 共晶白口铁 4.3 L’ d 过共晶白口铁 4.3～6.69 L’ d ＋ Fe3CⅠ 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 分析铁碳合金的典型平衡结晶过程，可了解某成分合金在温度下降的每个阶段相的组成和相对量的变化，直至推出室温组织： 即合金由液态缓慢冷却到室温所发生的组织转变的过程。 亚共析钢的结晶过程 共析钢的结晶过程 过共析钢的结晶过程 亚共晶白口铸铁的结晶过程 共晶白口铸铁的结晶过程 过共晶白口铸铁的结晶过程 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 亚共析钢： 含碳量0.02~0.77%，合金Ⅰ 点1温度后，L开始结晶出A； 2点后，L全部凝固，变为单相A； 到4点，A碳含量为0.77%，发生共析转变，形成P，原先析出的F保持不变。 至3点，A析出F，F在A晶界处优先生核长大，其成分分别沿GP和GS变化； Ⅰ 亚共析钢转变结束后，合金组织为F和P，继续冷却，F会析出极少量Fe3CⅢ，可忽略； 最终到室温时，亚共析钢的组织由呈颗粒状的铁素体和呈层片状的珠光体组成。 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 共析钢： 含碳0.77%，图中合金Ⅱ； 点1温度以上为液相； A → F + Fe3C 点1~2温度之间缓冷，不断结晶出A；到2时全为A； 冷到点3（727℃），在恒温下发生共析转变： Ⅱ 继续冷却，F的溶碳量沿PQ线变化，析出Fe3CⅢ，与Fe3CⅡ相混，不易分辨。 因此，共析钢室温组织仍为珠光体，是铁素体与渗碳体组成的片层状共析体，其显微组织中亮白色基底为铁素体，黑色线条为渗碳体。 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 Ⅲ L + A 过共析钢： 含碳量0.77~2.1%，合金Ⅲ； 点1到3点以前的结晶过程与Ⅱ相似； 最终，室温下过共析钢的组织为P与网状Fe3CⅡ。 至4点727℃时，A含碳量0.77%，发生共析转变，形成P； 到3点以后，A开始析出Fe3CⅡ，Fe3CⅡ多沿A晶界呈网状分布； 铁碳合金相图 —— 典型成分合金平衡结晶过程 铁碳合