1、钢的热处理,铁碳合金状态图,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,2,基本术语,1 元：组成合金独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的 化合物。 2 相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分成为相。如：水中加入冰块即为两，水是 相液相，冰是和固相 。 3 组织：合金的组织是指合金中不同的相之间相互结合配置的状态。 4 固溶体： 一种组元的原子溶入另一种组元的晶格中所形成的均匀固相。间隙固溶：溶质的原子分布于溶剂晶格中；置换固溶体：溶质的原子置换了溶剂个原子。 5 体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞如图所示，八个原子处于立方体的角上，一个原子 处于立方体的中心，角上八
2、个原子与中心原子紧靠。 6 面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞如图所示，原子分布在立方体的八个角上和六个面 的中心，面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。,体心立方晶格图,面心立方晶格图,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,3,铁碳合金的基本组织,F铁素体：碳溶解在 -Fe （体心立方晶格 间隙小）中形成间隙固溶体称为铁素体。有良好的塑性、韧性。强度、硬度低。 A奥氏体：碳溶解于 -Fe （面心立方晶格 间隙大）中形成间隙固溶体称为奥氏体。有良好的塑性、锻压性能好。强度、硬度低。 Fe3C或Cm渗碳体:含碳量6.69铁与碳的化合物，有复杂的斜方晶格，具有高熔点1227，高硬度950-10
3、50HV，塑性和韧性几乎为零，脆性极大。 Fe3C是钢中的主要强化相。 P珠光体：铁素体和渗碳体的混合物。强度较高，硬度适中，有一定的塑性。 Ld莱氏体：奥氏体和渗碳体的混合物。由于其基体是渗碳体，故硬度很高，塑性很差。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,4,铁碳合金状态图,铁碳合金状态图，就是用热分析法测得不同浓度的铁碳合金的冷却曲线，然后将冷却曲线上各结晶温度转变点描绘在温度-成分坐标上，以得到铁碳合金金相组织、温度及合金成分之间的关系。 热分析法：是借助于光学高温计及金相显微镜，测得各种成分铁碳合金在缓慢冷却过程中的溶液结晶温度及固态下二次结晶的组织转变温度，对合金金相组织随温
4、度变化的状况进行分析的方法。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,5,铁碳合金状态图的作用,铁碳合金状态图主要是用来分析铁碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系。 当含碳量增加时，铁素体的比例减少，珠光体比例增大，故而碳钢的机械强度和硬度增大，塑性和韧性降低； 当含碳量超过0.9%时，碳钢中C的含量增多，硬度增加，强度、塑性、韧性均下降； 当温度一定时，控制了碳钢的含碳量就控制了碳钢的组织和性能；碳钢的机械性能又决定了碳钢的用途。,1538,912,727,C,0.77,2.11,4.3,6.67,S,E,F+P （铁素体+珠光体）,P+Fe3C（珠光体+二次渗碳体）,Y（液体）,F,
5、P+Fe3C+L （珠光体+二次渗碳体+莱氏体）,Ld 低温莱氏体,L+Fe3C (莱氏体+渗碳体),P珠光体,F+A,A+Fe3C （奥氏体+二次渗碳体）,A+Fe3C+L （奥氏体+二次渗碳体+莱氏体）,L +Fe3C （莱氏体+渗碳体）,Ld高温莱氏体,A（奥氏体）,A（奥氏体）+Y,Y +Fe3C,C,A,D,F,K,L,G,P,1148,A3,Acm,固相线,液相线,共晶线,共析线 A1,液相线,固相线,Q,铁碳合金状态图 1,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,7,主要线段的含义,ACD 线液相线，此线以上为液态合金，以下开始结晶,C 点以左结晶出奥氏体(A)，以右结晶出渗
6、碳体(Fe3CI)。 AECF线固相线，此线以下为固体合金。 ECF 线共晶线，凡经过此线的合金均会发生共晶转变。 GS 线习惯用A3来表示，A（奥氏体）中开始析出F（铁素 体），既有： A F。 ES 线用Acm表示，奥氏体中开始析出渗碳体（称为二次 渗碳体。既有： A Fe3C PSK 线又叫共析线，用A1来表示，析出珠光体，共析 反应。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,8,主要特性点的含义,特性点 温度 含碳量 含义 A 1538 0 纯铁熔点 C 1148 4.30 共晶点 D 1227 6.69 渗碳体的熔点 E 1148 2.11 C在-铁中的最大溶解度 G 912 0
7、 铁铁同素异构转变点 P 727 0.0218 C在铁中的最大溶解度 S 727 0.77 共析点,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,9,主要区域的含义,液体Y、铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C是铁碳合金的基本组织，或者说是基本晶体结构，即基本相，其他各区组织都由这些基本相按不同比例混合而成。 ACDA 区液相区（Y ）； AESGA 区奥氏体区（A ）； GPQG 区铁素体区（F ）； DFKL 区（6.69线）一次渗碳体区（直接从液相中析出Fe3CI）；,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,10,主要区域的含义（续）,AGQA（0线）区纯铁区（同素异晶转变区）； S（0
8、.77线）区P珠光体区，为共析组织； E（2.11线）区Fe3CII二次渗碳体区，随A（奥氏体）中C的溶解度下降，析出二次渗碳体； C（4.30线）区Ld莱氏体区，为共晶组织。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,11,铁碳合金的分类,根据含碳量，可分为两部分： 钢：含碳量小于2.11的铁碳合金： 亚共析钢：含碳量0.02180.77； 共析钢：含碳量0.77； 过共析钢：含碳量0.772.11； 生铁：含碳量大于2.11的铁碳合金，断口呈白色（白口铁、铸铁）： 共晶生铁：含碳量4.3； 亚共晶生铁：含碳量2.114.3； 过共晶生铁：含碳量4.36.69。,1538,912,727,
9、C,0.77,2.11,4.3,6.67,S,E,F+P,P+Fe3C,P+Fe3C+L,L,L +Fe3C,P,F+A,A+Fe3C,A+Fe3C+L,L +Fe3C,L,A+Y,C,A,D,F,K,L,G,P,1148,A3,Acm,Q,F,A,Y,Fe3C,0.0218%,Y +Fe3C,1,2,1,2,3,共析反应,共晶反应,1,2,4,1,2,3,1,2,3,3,1,2,3,4,亚共晶生铁,共晶生铁,过共晶生铁,共析钢,亚共析钢,过共析钢,固相线,液相线,共晶线,共析线 A1,液相线,固相线,铁碳合金状态图 3,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,13,亚共析钢的结晶过程,2
10、019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,14,过共析钢的结晶过程,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,15,共析反应,在一定温度下（恒温），由一种 固相同时析出两种 固相的过程，称为共析反应或共析转变，其生成的组织称为共析组织；,例如：,A固（恒温 ）B固+C固,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,16,共析钢结晶过程,液态金属 冷却至点1时，开始有A（奥氏体）晶核生成； 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A（奥氏体）； 冷却至点3后，发生共析反应，在室温下A（奥氏体）全部转变为P（F+Fe3CII）。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,17,亚共析钢结晶过程,液态金
11、属 冷却至点1时,开始有A晶核生成； 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； 冷却至点3后，在GS至PSK间随温度下降不断析出F，同时剩余A中的含碳量沿GS线不断增加而得到珠光体P。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,18,过共析钢结晶过程,液态金属 冷却至点1时，开始有A晶核生成； 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； 冷却至点3后，在GS至PSK间随温度下降不断析出Fe3C，同时剩余A中的含碳量沿ES线不断减少而得到珠光体P。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,19,共晶反应,在一定温度下（恒温），由一种 液相同时析出两种 固相的过程，称为共晶反应或共晶转变，其转变组织称
12、为共晶组织。,例如：,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,20,共晶生铁结晶过程,液体和金 冷却至点1 液体合金发生共晶反应，生成莱氏体（Ld）； 点1与点2之间的莱氏体，称为高温莱氏（ Ld ）； 冷却至点2后的莱氏体，称为低温莱氏体用Ld表示。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,21,亚共晶生铁的结晶过程,1. 冷却至点1时发生结晶反应生成奥氏体+液（ A+Y)。2. 冷却至点2时，共晶出莱氏体和二次渗碳（A+Fe3CII+Ld）,点2至点3 间的莱氏体称为高温莱氏体Ld 。3 .冷却至点3后(P+Fe3CII+Ld)则称为低温莱氏体Ld。,2019/8/13,1-3 铁
13、碳合金状态图,22,过共晶生铁结晶过程,点1至点2间组织为Y+Fe3C；点2至点3间组织为Ld+ Fe3C ；冷却至点3后则为Ld+ Fe3C。,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,23,L,L,-Fe,-Fe,-Fe,纯铁的同素异晶转变,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,24,碳对钢的组织及机械性能的影响,2019/8/13,1-3 铁碳合金状态图,25,相 图 诀,温度成分建坐标，铁碳二元要记牢。两平三垂标特点，九星闪耀五弧交。共晶共析液固线，十二面里组织标。基本组织先标好，相间组织共逍遥。分析成分断组织，材料处理离不了。九星: A.C.D.G.S.E.P.F.K。五弧：AC.CD.AE.GS.ES。,
