1、36工程材料 课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）： 第四章 铁碳合金相图 授课方式（请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排 7 学时教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：熟练掌握铁碳合金的组元和相，FeFe 3C 相图分析，典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织，铁碳合金的成分、组织、性能间的关系，FeFe 3C 相图应用。实验一：铁碳合金平衡组织观察教学重点、难点及关键知识点：教学重点： Fe-Fe 3C 相图各点和线的含义，典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织，铁碳合金的成分、组织、性能间的关系。难点： FeFe 3C 相图分析，典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织。方法及手段以
2、讲授为主，结合图形分析、CAI 课件和实验观察。教学基本内容（教学过程） 改进设想铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。铁和碳可以形成一系列化合物，如 Fe3C、Fe2C、FeC 等, 有实用意义并被深入研究的只是 Fe-Fe3C(6.69%C)部分，通常称其为 Fe-Fe3C 相图, 此时相图的组元为 Fe 和 Fe3C。图 4-1 Fe-Fe3C 相图37工程材料 课程讲稿38第一节 铁碳合金的基本相一、Fe-Fe 3C 相图的组元 1Fe 组元性能特点强度低、硬度低、韧性、塑性好。抗拉强度 b=180230MPa，延伸率 =30
3、 50 。硬度 50HB80HB。断面收缩率 =70 80， a k =1.610210 J/。（纯铁熔点为 1538，具有同素异构转变，。固态下的同素异构转变与液态结晶相似，也要FeFe经历形核和长大过程。为了与液态结晶相区别，将这种固态下的相变过程称为重结晶。低温下的铁具有铁磁性，770以上铁磁性消失。 ）2Fe 3C 组元 （用 Cem， Cm 表示）性能特点熔点高，硬而脆（可划玻璃）,塑性、韧性几乎为零。抗拉强度 b=30MPa ，硬度 800HB， a k=0 ，=0 ，=0。二、Fe-Fe 3C 相图中的相1液相 L2 相 高温铁素体（C 固溶到 Fe 中的间隙式固溶体）。3 相
4、铁素体 F（C 固溶到 -Fe 中的间隙式固溶体）强度、硬度 低、塑性好 （室温 Wc =0.0008%, 727 度：Wc=0.0218%）。4 相 奥氏体 A （C 固溶到 -Fe 中的间隙式固溶体）强度低，易 塑性变形。5Fe 3C 相 渗碳体 具有复杂晶格的间隙化合物，Wc =6.69%，熔点为12270C。性能特点熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。39工程材料 课程讲稿第二节 Fe-Fe 3C 相图一、相图中点含义Fe- 相图中各特性点的温度、碳浓度及意义示于表 4-1 中。CFe3ABCD 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。表 4-1 Fe-
5、 相图中的特性点CFe3二、三条水平线相图中存在三个衡温转变：1HJB 水平线在此温度发生包晶转变，其反应式如下： JHBL2ECF 水平线在此温度发生共晶转变，其反应式如下： CFe3EC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Le。3PSK 水平线在此温度发生共析转变，其反应式如下： CFe3PS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。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。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。40工程材料 课程讲稿三、三条曲线相图中还有三条重要的固态转变线。1GS 线此线是奥氏体析出铁素
6、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 线。3A2ES 线碳在奥氏体中的溶解度曲线，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 。ES 线也叫I3CFeAcm 线。3PQ 线碳在铁素体中的溶解度曲线。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 。I3CFe四、铁碳合金的分类根据 Fe-Fe3C 相图， 铁碳合金可分为三类： 1工业纯铁 ( Wc 0.0218%) 2钢 (0.0218% L+ F - - + F - F + Fe 3CIII42工程材料 课程讲稿2共析钢 （Wc =0.77%）图 4-4 共析钢结晶过程示意
7、图共析钢结晶过程：L- L+ - - + P- P分析： 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 点温度时, 奥氏体将发生共析反应，生成片层状的珠光体。随着温度继续下降，将从铁素体中析出三次渗碳体。由于三次渗碳体数量少，通常可忽略不计。因此，共析钢在室温下的平衡组织为 100%的珠光体。其中铁素体和渗碳体的含量可以用杠杆定律进行计算：= PS/PK = (0.77-0.0218)/(6.69-0.0218) = 11.2% CFe3= 1- WFe3C = 88.8% 相组成物：F 和 Fe3C组织组成物 ： P 43工程材料 课程讲稿443亚共析钢 （0.0218% L + - - + F - + P + F - P + F分析： 当奥氏体冷到 3 点温度时，开始析出铁素体。由于析出了含碳量极低的铁素体，使未转变的奥氏体含碳量增加。随着温度的下降，奥氏体的含碳量沿 GS 线变化，铁素体的含碳量沿 GP 线变化。当合金冷却到 4 点时，剩余奥氏体的含碳量达到共析浓度，在恒温下发生共析转变，生成珠光体。因此，亚共析钢室温下平衡组织由铁素体和珠光体构成, 其中铁素体和珠光体的比例取决于钢的含碳量 , 钢的含碳量越高，珠光体所占的比例越大。相组成物：F 和 Fe3C组织组成物：F 和 PP%= ， F%=45工程材料 课程讲稿
