03第三章铁碳合金相图2.ppt

第三章 铁碳合金相图 姜 波 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。 第一节 铁碳合金中的基本相 一、 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。 二、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。 三、渗碳体： 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是钢中的强化相，其形态、大小、数量与分布对铁碳合金性能产生很大影响 第二节 铁碳合金相图 C——共晶点， 共晶反应 LC ? E+ Fe3C （1148℃） 共晶产物是? 与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体，用Ld表示。 S——共析点， 共析反应 ? S FP+ Fe3C（727℃） 共析转变的产物是F 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。 二、相图中各线分析 ⑴ 液相线—ABCD， 固相线—AHJECFD ⑵ 水平线： ECF：共晶线LC? ? E+ Fe3C PSK：共析线， ? S ?FP+ Fe3C 又称A1线 （3） 其它相线 GS,—? ? ? 固溶体转变线，GS又称A3 线。 ES—碳在? -Fe中的固溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在α-Fe中的固溶线。 三、相图中各相区分析 ⑴ 四个单相区： L、、A、F、Fe3C ⑵ 五个两相区： L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、 A+F 、F+Fe3C ⑶ 两个三相区： 即ECF(L+A+ Fe3C)、 PSK(A+F+ Fe3C)两条水平线 二、铁碳合金分类 相图上合金，按成分分为三类： 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) 1） 共析钢的结晶过程 （ wc=0.77％合金 ） 1-2点:合金液体凝固为?。 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。 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。 2）亚共析钢的结晶过程 (wc=0.4％合金) 1－2点： L→ ? 1－2：剩余液相结晶为? 到3点： ? →F（先共析F） 利用平衡组织中珠光体所占的质量分数，可以近似估算亚共析钢的含碳量：C%=WP×0.77% 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。 3） 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+ Fe3C Ⅱ。 Fe3CⅡ量随含碳量而增加，含碳量为2.11%时，Fe3CⅡ量最大 ㈤ 共晶白口铁的结晶过程 （Ⅴ合金） 合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体(Le)，莱氏体是共晶? 与共晶Fe3C的机械混合物，呈蜂窝状。 Fe3C Ⅱ与共晶Fe3C 结合，不易分辨。温度降到2点，? 成分达到0.77%， 共晶白口铁室温组织为Ld’（P+ Fe3C），它保留了共晶转变产物的形态特征。 ㈥ 亚共晶白口铁的结晶过程 （Ⅵ合金） 合金在1~2点间析出? 。到2点，液相成分变到C点，并转变为Le。2~3点间从?中析出Fe3CⅡ，一次?的Fe3CⅡ被共晶?衬托出来。到3点，?