《七章Fe－Fe3C相图课件教学提纲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《七章Fe－Fe3C相图课件教学提纲（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 Fe-C合金相图,材料科学基础,同学们好！,李香芝,主讲教师,71 纯铁及其铁碳合金相 72 Fe-Fe3C相图分析 73 典型合金的平衡结晶过程及组织 74 合金成分与组织及性 能的之间的关系,第七章 铁碳合金相图,71 纯铁及其铁碳合金相,（一）含杂质为0.100.20的纯铁 b、HB低、K 好。 （二）纯铁的特性： 1.纯铁具有同素异晶转变在不同温度具 有不同晶体结构的特性。 -Fe -Fe -Fe (bcc) (fcc) (bcc) 为同素异晶转变式。,912,1394,一.工业纯铁及其特性,2.碳原子溶入-Fe、-Fe的可形成间隙固 溶体。,(1)铁素体：,定义：碳原子溶入-
2、Fe的间隙形成的固溶体。,符号：用“F”或“”表示。,晶体结构：具有bcc结构或用A2表示。,含碳量：最大含碳量为 727时 0.0218% (P点),性 能：b、HB低、K 好; 770以上为顺磁性，770以下为铁磁性。,二、渗碳体（Fe3C） 合金类型：间隙化合物 含 碳 量：6.69C 在相图中用一条线DFK线表示） 性 能：高硬度（HB为800,相当于9501050HV） 高脆性，0，熔点1227（D点） 加热易分解 Fe3CFeC(石墨) 磁 性：230以上顺磁性，230一下铁磁性。,右图是一个单胞 在C轴的投影。 a=0.4524nm b=0.5089nm c=0.6743nm 立
3、体图非常复杂。,Fe3C（间隙化合物）晶体结构：正交点阵,1.单胞内包含着一定的结构单元。,2.Fe原子构成一系列三棱柱体 (又叫 结构单元),而C原子位于每一个三棱 柱体之中。,Fe3C晶体结构：正交点阵,3.三棱柱体中每一个Fe原子又分别属于两个结构单元 所共有,因此 Fe:C = 3:1 。,4.从001方向看,这些三棱柱体又分为上、下两层：,实线结构单元原子构成上层；C轴坐标为,虚线结构单元原子构成下层。C轴坐标为,5.每层结构单元都有两种取向。,6.每个结构单元都跨越两个晶胞。,72 Fe-Fe3C相图分析,Fe-Fe3C相图,( 1000X ),( 600X ),共晶铸铁室温组织L
4、d,共析钢的室温组织P,相区:单相区L、Fe3C 、五个单相区。 双相区 L、L+ Fe3C、F、 Fe3C、Fe3C、L 七个双相区 三相区LFe3C , + Fe3C，LFe3C ,一.相及相区:,相：L、Fe3C、五个基本相。,二.线:,(一)液相线-ABCD线,(二)固相线-AHJECF线,(三)三条水平线：,1.共晶线- ECF线, EF之间的合金冷却到1148 时将发生共晶反应,反应式为:,“Ld”为高温莱氏体,恒温结晶。,2.共析线-PSK线（A1线）,PK之间的合金冷却到727时将发生共析反应， 反应式为:,“P”为珠光体，恒温结晶。,3.包晶反应线-在1495,发生包晶反应,
5、反应式为：,1.ES线:C在A中的溶解度曲线,EK之间合金,由1148 冷却到727时Fe3C 。 （Acm ） 2.PQ线，C 在中的溶解度曲线，由Fe3C,(五)溶解度曲线,(四) 同素异晶转变线GS线（A3线） 加热时由,冷却时由 ,73 典型合金的平衡结晶过程,一. Fe-C合金分类 （一）工业纯铁: C 0.0218 （二）钢: 含C为0.02182.11 1.共析钢 C0.77 2.亚共析钢0.0218 C 0.77 3.过共析钢0.77 C 2.11 (三)白口铸铁: 2.11 C 6.69 1.共晶白口铁C4.3 2.亚共晶白口铁 2.11 C 4.3 3.过共晶白口铁4.3
6、C 6.69,二.典型合金的结晶过程,（一）工业纯铁 1.当T在T1T2时,由L; 2.在T2T3时的成分不变; 3. 在T3T4时由; 4. T4T5,成分不变 ; 5. T5T6, 由; 6. T7室温, Fe3C . 室温组织为： Fe3C,含碳0.01%的工业纯铁结晶过程示意图,（二）钢- 1.共析钢（0.77C）,（1）T在T1T2时由L初，随TL （2）当T=727时发生共析反应生成珠光体,恒温结晶.,1.共析钢（0.77C）,室温组织中组织组成物相对重量（又是相组成）:,（3）当T727时，沿着PO线变化又Fe3C 因为很少忽略。,珠光体 P(+Fe3C共析),室温组织为:,共析
7、钢的室温组织 片层状P( 1000X ),共析钢的室温组织 球状P400X,400X,2.亚共析钢的结晶过程分析及组织,(1)T1T2之间由L,T，L% 。 (2)T2时,到1495，剩余液相发生包晶反应，生成。 反应式为：,室温组织：,(3)包晶反应结束后液相为剩余相，组织为L。,(4)T2T3之间继续由L，至T3温度时为单相。,(5)T3T4之间，成分不变。,(7)T4温度时，剩余发生共析转变，转变式为：,(8)当T727时,沿着PO线变化又Fe3C-忽略!,（6）T4T5之间，由先共析 。,P（FFe3C ）,室温组织中组织组成物相对重量为: P,室温组织中相组成物相对重量： + Fe3
8、C,CP,40钢,60钢,平衡组织中含碳量的近似求法：,C P 0.8,30钢,20钢,3.过共析钢的结晶过程分析及组织,（1）T1T2之间，由L （2）T2T3之间， 成分不变 （3）T3T4之间由Fe3C , 组织为： Fe3C 含碳量大于1.2的合金,Fe3C呈网状沿晶界析出。 （4）T4时，剩余发生共析反应生成P,组织为P+Fe3C 反应式为：,室温组织：,(5）当T727时,沿着PO线变化又Fe3C-略!,室温组织组成物相对重量为：,P（Fe3C）Fe3C,P,P,T12钢 苦味酸钠浸蚀,硝酸酒精浸蚀,T12钢 C=1.2,T13钢 C=1.2,平衡组织中含碳量的近似求法：,硝酸酒精
9、浸蚀,钢C，Fe3CP,局部放大组织,（三）白口铸铁-1.共晶白口铁,（1）合金在1148发生共晶反应，生成高温莱氏体， 恒温结晶，反应式为：,莱氏体（Ld）基体为Fe3C共晶，第二相为。,组织为：Ld（Fe3C共晶）,(2)合金在1148727之间冷却时，由Fe3C,组织为：Ld（Fe3CFe3C共晶）,（3）合金在727时剩余发生共析反应生成P组织,反应式为：,LdLd,组织为： Ld （PFe3CFe3C共晶）,1共晶白口铁结晶过程分析及组织：,室温组织组成物相对重量为：,(4）当T727时,沿着PO线变化又Fe3C-略!,室温组织为：,Ld（PFe3CFe3C共晶）,2.亚共晶白口铁结
10、晶过程分析及组织,(1)T1T2之间由L初 ，组织为：L (2)T=1148时发生共晶反应，生成莱氏体 Ld,(3)1148727之间冷却时，由 Fe3C,恒温结晶，反应式为：,组织为： Ld （Fe3C共晶）,组织为:Fe3CLd （Fe3CFe3C共晶）,(4)T=727时，剩余发生共析反应生成P LdLd (P+Fe3C+Fe3C共晶）,组织为：,P+ Fe3C+ Ld （PFe3CFe3C共晶）,亚共晶白口铁 P Fe3C Ld,Fe3C,室温组织为：PFe3CLd,(5）当T727时,沿着PO线变化又Fe3C-略!,求室温组织组成物相对重量为： PFe3CLd,求室温相组成物相对重量
11、为： Fe3C,3.过共晶白口铁的结晶过程分析及组织,(1)T=T1时，由LFe3C，呈白色条状 组织为:LFe3C,(2)T=1148时剩余L相发生共晶反应生成高温莱氏体,(3)合金在1148727之间冷却时由A共晶Fe3C,组织为:Fe3C Ld（ Fe3CFe3C共晶）,组织为:Fe3C Ld（ Fe3C共晶）,(4)T = 727时剩余共晶发生共析反应生成P, LdLd 组织为：Fe3CLd （PFe3CFe3C共晶）,(5）当T727时,沿着PO线变化又Fe3C-略!,室温组织为：,Fe3CLd,过共晶白口铁的室温组织Fe3CLd,对室温组织为：Fe3CLd求：,组织组成物相对重量为
12、： Fe3CLd,求室温相组成物相对重量为： Fe3C,（二）钢: 含C为0.02182.11,Fe-C合金平衡结晶厚的室温组织,3.过共晶白口铁,1.共析钢,P(+Fe3C共析),Fe3C,（一）工业纯铁:,2.亚共析钢,P（FFe3C ）,3.过共析钢,P（Fe3C）Fe3C,(三)白口铸铁: 2.11 C 6.69,1.共晶白口铁,Ld（PFe3CFe3C共晶）,2.亚共晶白口铁,P+ Fe3C+ Ld （PFe3CFe3C共晶）,Fe3CLd（PFe3CFe3C共晶）,Fe-Fe3C相图组织组成物相图,Fe-Fe3C相图相组成物相图,74 合金的成分与组织及性能之间的关系,一.含碳量对
13、相及组织的影响 相： 随着CFe3C。 组织： 1.工业纯铁 2.钢亚共析钢中Fe3C 呈片层状分布在 基体上。共析钢为100%的P。 过共析钢当C1.0后Fe3C 呈网状沿晶界分布。 3.白口铁C2.11后组织中出 现了大量的莱氏体组织。 钢：基体相为，Fe3C为第二相； 白口铁：基体相为，Fe3C为第二相。,图419 含C对Fe-C合金组织的影响,Fe-Fe3C合金平衡结晶室温组织,含C对Fe-C合金性能的影响,二、含碳量对性能的影响,1.钢 (1）当Fe3C呈片层状分布在基体上时为 强化相，P为高强组织。 亚共析钢随着CPb HB ，K . (2) 共析钢的强度高于亚共析钢。 (3) 过
14、共析钢当C1.0时达到最大值 当C1.2时Fe3C呈网状分布在 晶界时使钢的K 脆性增大 2.白口铁 无论高温或低温，莱氏体基体相都是 硬脆的Fe3C,所以硬而脆，但耐磨性 好。,（一）含碳量对力学性能的影响,三、含碳量对切削性能的影响,1.低碳钢（C0.25),不易断肖，切削性能不好。 2.高碳钢（C0.60）,因硬度高,刀具磨损严重，切削性能也不好（获得球状P可切削性能） 。 3.中碳钢（0.25C0.6）HB适中（HB=220250） 切削性能好.,1.钢具有良好的锻造性能，亚共析钢中随着C锻造 性能，亚共析钢的锻造性能好于共析、过共析钢。 2.白口铁无论高温或低温都是以共晶渗碳体为基体
15、相 所以不能锻造。,四、含碳量对锻造性能的影响,铸造性能包括：流动性、缩孔、枝晶偏析等。 1.钢的铸造性能不如白口铁. 2.共晶白口铁的铸造性能最好。,五、含碳量对铸造性能的影响,1.分析合金0-0平衡结 晶过程及组织。,2.说明在各个不同温度发生的反应类型，并写出反应式。,3.分析Q-Q合金非平衡 结晶组织为： 初的原因。,初晶呈树枝状晶体， 为什么？,1.背画Fe-Fe3C相组成物相图和组织组成物相图，在相图中标出 A1、A3、Acm线并说明该线的意义。 2.说明相图中三条水平线的意义。 3.写出纯铁的同素异晶转变线（常压），并指出该线在相图中是 如何表示的。 4.说明铁碳合金在固态下的基
16、本相、 、Fe3C 的 ： (1)合金类型及晶体结构 (2)比较与的含碳量大小，并说明理由。 (3)比较D与D的大小，试从晶体结构因素分析其原因。 5.试分析亚共晶及过共晶合金白口铁完全无混合凝固时，初晶 呈树枝状、初晶Fe3C呈规则的白色条状的原因。 6.钢可以锻造而白口铁不可以锻造，为什么？（钢的始锻温度在 固相线以下200300） 7.钢和白口铁平衡结晶室温组织的本质区别是什么？ 8.试比较45钢和20钢 ；T10钢和T12钢力学性能好坏,并说明原因。,铁碳合金状态图一章课堂讨论思考题,9.分析45钢、T8钢、T12钢、3.0%C、4.3%C、5.0%C铁碳合金平 衡结晶过程及组织，画出冷却曲线及室温组织示意图。 10.求铁碳合金中Fe3C和Fe3C的最大百分含量，并指出各属于 何种类型的铁碳合金。 11.求共晶白口铁Ld组织中P、Fe3C、Fe3C共晶和Fe3C共析的百 分含量。 1
