1、余方新,铁碳合金相图,纯铁的同素异构转变 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能 Fe - Fe3C 相图分析 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响 Fe - Fe3C 相图的应用,主要内容,一、纯铁的冷却曲线及晶体结构变化,第一节 铁碳合金的组元与基本相,纯铁的同素异构转变 （Allotropic Transformation）,纯铁的机械性能,二、铁碳合金的基本相,铁素体组织金相图,奥氏体组织金相图,渗碳体Fe3C的晶体结构及组织金相图,正交晶系晶体,第二节 Fe - Fe3C 相图,一、Fe - Fe3C 相图分析,Fe - Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,
2、P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+ Fe3C,6.69%C,( A+Fe3C ),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+Fe3C,( F+ Fe3C ),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,共晶相图,共析相图,匀晶相图,( P+Fe3C ),Fe - Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,6.69%C,Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,P,Ld,K,( P+Fe3C ),P+Ld+Fe3C,Ld+Fe3C,P+F,P+Fe3C,( F+ Fe3C ),A+Fe
3、3C,L+ Fe3C,( A+Fe3C ),1. 铁碳合金相图中主要特性点的含义,2.相图中主要线的含义,ACD线液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。 AECF线固相线 合金冷却到该线时全部液态结晶为固态。 ECF水平线共晶线 含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金冷却到此线时，会发生共晶反应。 PSK水平线共析线（A1线） 含碳量为0.0218%6.69%的铁碳合金，在结晶过程中遇到该线会发生共析反应。 GS线（A3线） 是冷却时奥氏体中析出铁素体的开始线。 ES线称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线,3. 两种反应：,1148 ,(1
4、)共晶反应,一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。,L 4.3%c,A2.11%c+Fe3C6.69%c,共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c),莱氏体（ Ld ）：奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。性能-硬度高，塑性差。,(2) 共析反应,一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的 新的固相的反应。,A0.77%c,727 ,F0.02%c+Fe3C6.69%c,共析反应的产物即珠光体 PF0.02%c+Fe3C6.69%c,珠光体（ P ）：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物
5、。性能-力学性能介于两者之间。,铁碳合金,含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。 共晶白口铸铁： 含碳量为4.3%; 亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%6.69%之间；,含碳量小于0.02%的铁碳合金。,工业纯铁,碳钢,白口铸铁,含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据金相 组织的不同，可分为三种。 共析钢： 含碳量为0.77%; 亚共析钢：含碳量在0.02%0.77%之间； 过共析钢：含碳量在0.77%2.11%之间；,3.铁碳合金的分类,1.工业纯铁,1点以上 L 12 L 23 34 A 4 5 A 5 6 A+F 6 7 F 7 8
6、 F+Fe3C,二、典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织,2.碳钢的结晶过程分析,1）共析钢（T8钢） 含碳量为0.77%1点以上 L 12 LA23 A 33点 AP 3点以下 P(F+Fe3C),二、典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织,中各相含量,共析钢组织金相图,含碳量在0.02%0.77%之间 1点以上 L 12 LA 23 A 34 A+F 44 AP 4点以下 P+F,2）亚共析钢(45钢）,亚共析钢组织金相图,含碳量在0.77%2.11%之间 1点以上 L 12 L+A 23 A 34 A+Fe3CII 4点 AP 4点以下 P+Fe3CII,3）过共析钢（T10),过共析钢组织金相图
7、,(1)共晶生铁结晶过程分析(wc=4.3%),2 .白口铸铁的结晶过程分析,1点以上 L 11 Ld（A+Fe3C） 12 Ld（Fe3C+A+Fe3C) 23 Ld （P+Fe3C+Fe3C),共晶白口铁组织金相图,(2)亚共晶生铁结晶过程分析(2.11%wc4.3%),1点以上 L 12 L+A 22 A+Ld 23 A+Ld（A+Fe3C+Fe3C) 33 P+ Ld （P+Fe3C+Ld),亚共晶白口铁组织金相图,(3)过共晶生铁结晶过程分析(4.3%wc6.69%),1点以上 L 12 L+Fe3C 22 Fe3C+Ld 23 Fe3C+Ld （A+Fe3C+Fe3C) 33 Fe
8、3C+ Ld （P+Fe3C+Ld) 34 Fe3C+ Ld,过共晶白口铁组织金相图,第三节 含碳量与铁碳合金组织及性能的关系,铁碳合金含碳量对平衡组织的影响 铁碳合金含碳量对力学性能的影响 铁碳相图的应用,一、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响,二、铁碳合金含碳量对力学性能的影响,低碳钢有良好的塑性、韧性； 中碳钢既有较好韧性、塑性，又有较好的强度、硬度，即具有良好的综合力学性能； 高碳钢具有高的硬度。,为了保证钢具有足够的强度和一定的塑性、韧性，工业上所用碳钢的含碳量 一般都不超过 1.3。,纯铁含碳量很低，由单相构成，塑性好，硬度和强度都很低。 亚共析钢的组织有不同数量的和P组成。随着含碳量
9、的增加，组织中P的数量相应增加，钢的硬度、强度上升，而塑性下降。 共析钢的缓冷组织由片层状的P构成。由于Fe3C是一个强化相，以细片状分散分布在软韧的基体上，起到了强化作用，使P具有较高的强度和硬度，但塑性较差。 过共析钢缓冷后的组织由P和Fe3C所组成。随着含碳量的增加，Fe3C的数量逐渐增加。当含碳量不超过1.0%时，由于晶界上析出的Fe3C一般还没有连成网状，故对性能影响不大。当含碳量超过1.0%后，因数量的增加并呈连续网状分布，故使钢具有很大的脆性，塑性很低，强度也随之降低。,三 、铁碳相图的应用,1、选用材料：由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能
10、不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。 2、判断切削加性能：低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。,三 、铁碳相图的应用,3、制定热加工工艺：在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。,1.试用FeFe3C相图解释下列现象: （1）进行热轧或锻造时，通常将钢材加热至10000C12
11、500C； （2）钢铆钉一般用低碳钢（wc0.25）制作； （3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳由60钢（wc=0.60）、65钢（wc=0.65）、70钢（wc=0.70）等制成； （4）在1100时，wc=0.4的铁碳合金可进行锻造，而wc=4.0的铁碳合金不能锻造； （5）钳工锯削T8钢（wc=0.8）、T10钢（wc=1.0）、T12钢（wc=1.2）等钢料比锯削10钢（wc=0.10）、20钢（wc=0.20）等钢料费力，锯条易磨钝,2.将碳质量分数分别为0.45%，0.77%，1.20%的碳钢试样A、B、C进行力学性能试验和金相显微组织观察，试回答下列
12、问题： （1）它们的室温平衡组织分别是：A_,B_,C_。 （2）_试样的组织中有渗碳体网存在。 （3）_试样铁素体量最多。 （4）_试样渗碳体量最多。 （5）_试样的塑性最好_试样的塑性最差。 （6）_试样的强度最好，_ 试样的硬度最高。,选择题: 1.珠光体是下述（ ）反应的产物。 A.共晶反应 B.匀晶反应 C.共析反应 2铁碳合金的基本组织中属于基本相的有（ ）。 A.珠光体 B莱氏体 C铁素体 D奥氏体 E.渗碳3.共析钢室温下的平衡组织为（ ）。A.珠光体 B.奥氏体 C.渗碳体 4.亚共析钢室温下的平衡组织都是由（ ）组成。 A.先析铁素体和珠光体 B.铁素体和奥氏体 C.渗碳体
13、和铁素体,5.过共析钢室温下的平衡组织为（ ）。 A.二次渗碳体和珠光体 B.莱氏体和奥氏体 C.铁素体和珠光体 6.奥氏体中碳的质量分数为（ ）。 A.0.77% B.2.11% C.2.11% 7.F-Fe3C相图中的ES线是（ ）。 A.共析线 B. 碳在a-Fe中的溶解曲线 C.碳在r-Fe中的溶解曲线 8.简化后的铁碳合金状态图由一个（ ）状态图和一个（ ）状态图组成。 A. 匀晶 B. 包晶 C. 共晶 D. 共析,1.默画简化的 FeFe3C相图，说明相图中各特性点、线的含义，并填写各区域组织。2.含碳量分别为0.20，0.45，0.80，1.3的碳钢，自液态缓冷至室温后，所得组织有何区别？并定性地比较这四种钢的b和HRC 。含碳量 0.20 0.45 0.80 1.3 室温组织 bHRC,作 业,
