第3章铁碳合金合金与铁碳相图.ppt

重点与难点 碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解和掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因分析有很重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列的化合物：Fe3C、Fe2C、FeC等，由于钢中的含碳量最多不超过2.11%,铸铁中的含碳量最多不超过5%,所以在研究铁碳合金相图时一般仅研究Fe-Fe3C部分(碳含量不超过6.69%)。 铁碳合金中的碳存在形式：渗碳体Fe3C和石墨。在通常情况下，碳以Fe3C形式存在。但Fe3C是一个亚温相，在一定条件下可以分解为更稳定的Fe和石墨。 所以，铁碳相图就有Fe-Fe3C和Fe-石墨两种形式，本章只研究前一种。 Fe-C相图说明 3、1、1 组元 （1）纯铁：介绍铁元素 纯铁的主要力学性能指标： σb = 176-274 MPa σ0.2= 98-166 MPa HB= 50-80 纯铁具有良好的塑性、韧性，但强度、硬度太低，故工业上应用很少,多用铁碳合金。 （2）Fe3C（渗碳体） 是铁与碳形成的间隙化合物Fe3C，含碳量为6.69%,用符号Cm表示,也是铁碳相图中的重要基本相。 渗碳体的晶体结构非常复杂，在此不作介绍。 渗碳体的性能：具有很高的硬度，约为800HB ;塑性很差，延伸率接近于零；在低温下具有一定的铁磁性，但在230℃以上这种磁性就消失了。所以， 230℃是渗碳体的磁性转变温度，称为A0转变；渗碳体的熔点为1227℃。 3、1、2 基本相 Fe-Fe3C相图中除了高温时存在的液相L，化合物相Fe3C外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： （1）高温铁素体（ δ ）：碳溶于δ-Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号δ表示。 （2）铁素体（ F或a ）：是碳溶于a-Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号F或a表示。铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。其力学性能与工业纯铁相当。 3、1、2 基本相 （3）奥氏体（ A或γ ）：是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为面心立方晶格，用符号 A或γ表示。奥氏体的强度、硬度低，塑性、韧性高。在铁碳合金平衡状态时，奥氏体为高温下存在的基本相，也是绝大多数钢种进行锻压、轧制等加工变形所要求的组织。 注意：δ和a 是相同的合金相，都是碳在体心立方的铁中的间隙固溶体，仅是存在温度区间不同，溶解度不同。 铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，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。 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。 二、相图分析 相图分析 （三）相图中的相区 简化Fe-Fe3C相图 简化 Fe -Fe3C 相图 简化的Fe-Fe3C相图 3.3、铁碳合金的平衡结晶 1、工业纯铁 Wc≤0.0218% 2、碳素钢 0.0218%＜ Wc≤2.11% 1）共析钢 Wc=0.77% 2）亚共析钢 0.0218%＜ Wc＜0.77% 3）过共析钢 0.77%＜ Wc≤2.11% 3、白口铸铁 2.11% ＜ Wc ＜6.69% 1）共晶白口铸铁 Wc=4.3% 2）亚共晶白口铸铁 2.11%＜ Wc＜4.3% 3）过共晶白口铸铁 4.3%＜ Wc ＜6.69% 1、工业纯铁在平衡状态下的结晶过程 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。 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最大量为: 2、共析钢在平衡状态下的结晶过程 2、共析钢的结晶过程 珠光体在光镜下呈指纹状， 相变结束时，珠光体中相 的相对质量百分比为： 室温下，珠光体中两相的相对质量百分比是多少？ 3、亚共析钢在平衡态下的结晶过程 0.09~0.53%C亚共析钢冷却时发生包晶反应。以0.4%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，由?中析出? 。到5点,?成分沿GS线变到S点?发生共析反应，转变为珠光体。 3、亚共析钢的结晶过程 3、