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1、第3章铁碳相图 1 1538 1394 912 Fe Fe Fe 纯铁的同素异构转变 铁的同素异构转变 Fe Fe Fe 1394 912 770 无磁性 有磁性 回顾复习 2 常见三相等温水平线上的反应 L L 3 第1节铁碳合金相图 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 4 123456 1600150014001300120011001000900800700600 温度 c Fe Fe3C 6 69 0 4 3 2 11 0 77 A
2、 N G P S K E C F D B 0 53 J 0 17 H 1148 727 L A F L A L A L Fe3C A Fe3C F A F Fe3C Q 0 0218 Fe Fe3C相图 要求默画 5 一 组元及基本相 铁 ferrite 渗碳体 Cementite L Fe Fe Fe 1394 912 1538 1 纯铁 6 2 渗碳体铁与碳形成的间隙化合物 含碳6 69 用Fe3C或Cm表示 熔点1227 Fe3C硬度高 强度低 b 35MPa 脆性大 塑性很低 伸长率接近于0 7 3 铁素体 F或 表示 碳溶于 Fe中的间隙固溶体 金相显微镜下为多边形晶粒铁素体中碳的溶
3、解度很小 室温时小于0 0008 727 时0 0218 性能接近于纯铁 强度 硬度低 塑性好 8 4 奥氏体 A或 表示 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体 金相显微镜下位规则多边形晶粒 奥氏体体中碳的溶解度较大 727 时0 77 1148 时2 11 强度不高 塑性好 无磁性 钢材热加工都在 区进行 碳钢室温组织中无奥氏体 9 5 高温铁素体 用 表示 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体 只存在于1394 1538 1495 时碳的溶解度最大 0 09 6 液相 10 二 相图分析 1 特征点 123456 1600150014001300120011001000900800700600 温度
4、c Fe Fe3C 6 69 0 4 3 2 11 0 77 A N G P S K E C F D B 0 53 J 0 17 H 1148 727 L A F L A L A L Fe3C A Fe3C F A F Fe3C Q 11 液相线ABCD固相线AHJECFD 五个单相区 七个两相区 两条重要水平线 ECF PSK线 12 共晶转变线ECF Ld LC AE Fe3C 1148 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物莱氏体 为蜂窝状 以Fe3C为基 性能硬而脆 塑性很差 L A 13 P AS FP Fe3C 727 共析转变线PSK A1线 珠光体是铁素体和渗碳体片层相间的组织 呈指纹
5、状 较高强度和硬度 塑性较差 A F 14 HJB 包晶反应LB H AJ L A 15 Acm A3 三条重要的相界线 16 三 典型合金的平衡结晶过程 工业纯铁 亚共析钢 过共析钢 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 共析钢 共晶白口铸铁 17 18 工业纯铁的结晶过程 L L A A A F F F Fe3C 合金的室温下组织为F Fe3C 19 从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体 用Fe3C 表示 Fe3C 以不连续网状或片状分布于晶界 其含量相对较少 若不是对其作特别分析 可忽略不计 室温下Fe3C 最大量为 20 共析钢的结晶过程 L L A A P F Fe3C 共析渗碳体 1 2
6、33 4 A L A F Fe3C 室温组织为P 21 珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织 呈指纹状 22 L L L A A F A F P F Fe3C F中析出Fe3C 量少 忽略不计 室温组织 F P 亚共析钢的结晶过程 23 亚共析钢室温组织 F P 随C 增加 P含量增加 24 室温下相的相对重量百分比 室温下组织组成物的相对重量百分比为 25 L L A A A Fe3C P Fe3C 室温组织 P Fe3C 四 过共析钢的结晶过程 26 过共析钢室温组织为P Fe3C 二次渗碳体呈网状分布在晶界上 27 共晶白口铁的结晶过程 Ld蜂窝状 Ld 难以分辨 L A Fe3C A
7、Fe3C Fe3C P Fe3C 28 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 29 亚共晶白口铁的结晶过程 L L A A 初生 Ld A Fe3C Ld P Fe3C Ld 亚共晶白口铁室温组织为P Fe3C Ld 30 过共晶白口铁的结晶过程L L Fe3C Ld Fe3C Ld Fe3C 过共晶白口铸铁室温组织为Fe3C Ld 31 亚共析钢F P共析钢P过共析钢P Fe3C 亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁P Fe3C Ld Ld P Fe3C Ld Fe3C 32 组织中的渗碳体 一次渗碳体Fe3C 粗大片状共晶渗碳体Fe3C 基体二次渗碳体Fe3
8、C 网状共析渗碳体Fe3C 层片状三次渗碳体Fe3C 薄片状 33 123456 1600150014001300120011001000900800700600 温度 c Fe Fe3C 6 69 0 4 3 2 11 0 77 A N G P S K E C F D B J H 1148 727 F P P Fe3C P Fe3C Ld Fe3C Ld A Fe3C A Fe3C Ld Fe3C Ld L A A L F A F L A L Fe3C F Fe3C P Ld Ld 34 35 四 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量增加 组织变化F Fe3C
9、 F P P P Fe3C P Fe3C Ld Ld Fe3C Ld F在减少 Fe3C在增加 F和Fe3C形态在发生变化Fe3C 薄片状 共析Fe3C层片状 Fe3C 网状 共晶Fe3C连续基体 Fe3C 粗大片状 相构成决定组织决定性能决定用途 含碳量变化 相的相对量变化 形态和分布变化 组织变化 性能变化 36 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为 组织组成物相对量 相组成物相对量 P F F Fe3C Fe3C Ld 100 0 100 0 Fe3C 钢 白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 亚共析钢 过共析钢 工业纯铁 共析钢 共晶白口铸铁 钢铁种类 37 含碳量对力学性
10、能的影响亚共析钢随含碳量增加 P量增加 钢的强度 硬度升高 塑性 韧性下降 0 77 C时 组织为100 P 钢的性能即P的性能 0 9 C Fe3C 为晶界连续网状 强度下降 但硬度仍上升 2 11 C 组织中有以Fe3C为基的Le 硬度高脆性大 难以切削加工 38 含碳量对工艺性能的影响 切削性能 中碳钢合适 可锻性能 低碳钢好 焊接性能 低碳钢好 铸造性能 共晶合金好 39 五 铁碳合金相图的应用 1 在选材上的应用 40 2 制定热加工工艺方面的应用 浇注温度在液相线以上50 100 始锻温度固相线以下100 200范围内 局限性 41 第4节金属的凝固组织 一 铸锭宏观组织铸锭 件
11、的宏观组织通常由三个区组成 表层细晶区 柱状晶区 中心等轴晶区 柱状晶区 表面细晶区 中心等轴晶区 42 1 表层细晶区 浇注时 由于冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形核作用 使表面形成一层很细的等轴晶粒区 43 2 柱状晶区 由于模壁温度升高 结晶放出潜热 使细晶区前沿液体的过冷度减小 晶核的形成速率不如成长率大 各晶粒成长较快 沿垂直于模壁方向散热较快 故晶粒沿这一方向长大 形成柱状晶区 44 3 中心粗等轴晶区 由于结晶潜热的不断放出 散热速度不断减慢 导致柱状晶生长停止 当心部液体全部冷至实际结晶温度T1以下时 在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒 45 缩孔 缩孔是由
12、于液态金属结晶时体积收缩且补缩不足造成的 可通过合理设计浇注工艺加冒口等来进行控制 铸锭出现缩孔应切除 孔隙分散的分布在枝晶间 则成为疏松 可通过压力铸造等方法消除 二 铸锭中的缺陷铸造缺陷的类型较多 常见的有缩孔 气孔 疏松 偏析等 它们对性能是有害的 46 缩孔形成示意图 疏松形成示意图 47 偏析 合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析 各部位结晶先后顺序不同 合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区 结晶出的固相与液相的密度相差较大 固相上浮或下沉 从而造成铸锭宏观上的成分不均匀 称宏观偏析 适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析 48 气孔 气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭 件 中的气泡 铸锭的晶粒粗大 成分不均匀 存在缩孔 疏松及气孔等会降低材料的强度 塑性和韧性 作业 49
