工程材料及热加工—铁碳合金相图.ppt

 一、铁碳合金的基本相 二、铁碳相图分析 三、铁碳合金在平衡条件下的固态相变及组织 四、铁碳合金的成分、组织和性能的变化规律 * 铁碳合金相图 在二元合金中，铁碳合金是现代化工业使用最广泛的材料，它也是国民经济的重要物质基础。铁碳合金是由铁、碳两个基本组元组成，根据含碳量的不同，可分为碳钢、铸铁两类。碳钢是指含碳量为 0.02％~2.11％的铁碳合金。铸铁是指含碳量大于2.14％的铁碳合金。 铁碳合金相图是研究平衡状态下铁碳合金成分、组织和性能之间关系及变化规律的重要工具, 对于钢铁材料的研究和使用, 特别是热加工工艺的制订都有重要的指导意义。 铁碳合金相图是用实验的方法做出的温度—成分坐标图。当铁碳合金的含碳量超过6.69％时，合金太脆无法使用所以人们研究铁碳合金相图时，主要研究简化后的铁碳合金相图。 一、铁碳合金的基本相 1、铁素体 碳固溶于(α-Fe或δ-Fe)中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F、α或δ表示。 溶碳能力差。 强度、硬度不高，具有良好的塑性和韧性。（与纯Fe几乎相同） 2、奥氏体 碳固溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用A或γ表示。 溶碳能力较大。 硬度较低，塑性较高，易于塑性成型。 3、渗碳体（Fe3C） 渗碳体是Fe和C的金属化合物。 渗碳体具有复杂的斜方结构，无同素异构转变。 熔点高、硬度高、脆性大、塑韧性为零，属于硬脆相。 渗碳体是钢中的主要强化相， 它的数量、形状、分布对钢 的性能影响很大。 渗碳体是一种亚稳相， 在一定条件下会分解。 （ Fe 和G） 二、铁碳相图分析 1、相图中点、线、区及其含义 ABCD为液相线, AHJECF为固相线。 相图中存在五个单相区和七个两相区。 2、三条水平线 相图中存在三个衡温转变： ⑴ HJB水平线 在此温度（1495℃）发生包晶转变，反应式为：LB +δH →γj ⑵ ECF水平线 在此温度（1148 ℃ ）发生共晶转变，反应式为：LC →γE + Fe3C L4.3 →γ2.11 + Fe3C 转变产物为奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，记为Ld。 即由一定成分的液相在恒温下生成另外两个一定成分的固相。 凡含碳量大于2.11﹪的铁碳合金冷却至1148 ℃时，将发生共晶转变，形成莱氏体。 ⑶ PSK水平线、A1线 在此温度（727 ℃ ）发生共析转变，反应式为：γS →αP + Fe3C 转变产物为铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，记为P。 即由一定成分的固相在恒温下生成另外两个一定成分的固相。 凡含碳量大于0.0218﹪的铁碳合金冷却至727 ℃时，将发生共析转变，形成珠光体。 共析转变的相图特征与共晶转变的非常相似，所不同的是反应相不是液相而是固相。 3、三条曲线 相图中还有三条重要的固态转变线。 ⑴GS线 此线是奥氏体析出铁素体的起始温度或铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，又称为A3线。 ⑵ES线 碳在奥氏体中的溶解度曲线（固溶线）。 当温度低于此曲线时，就要从奥氏体中析出渗碳体，通常称之为二次渗碳体, 记为Fe3CII。ES线也叫Acm线。 ⑶PQ线 碳在铁素体中的溶解度曲线（固溶线） 。 当温度低于此曲线时，要从铁素体中析出渗碳体，称之为三次渗碳体，记为Fe3CIII。 三、铁碳合金在平衡条件下的固态相变及组织 1、铁碳合金的分类 工业纯铁： 含碳量＜ 0.0218％ 钢： 亚共析钢(含有0.0218％~0.77％C) 共析钢(含有0.77％C) 过共析钢(含有0.77％~2.11％C); 白口铸铁： 亚共晶白口铸铁(含有2.11％~4.3％C) 共晶白口铸铁(含有4.3％C) 过共晶白口铸铁(含有4.3％~ 6.69％C)。 2、铁碳合金平衡条件下的固态相变及组织 2.1共析钢在平衡条件下的固态相变及组织 共析钢按匀晶转变形成单相奥氏体。 共析钢在S点温度以上，钢的组织为单相奥氏体。 当冷却到S点温度（ 727 ℃ ）时, 奥氏体将发生共析反应， AS → FP + Fe3C ( P ) ，生成片层状的珠