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1、第五章 铁 碳 合 金 相 图,1相图的相关概念 2铁碳合金基本相 （相图构成） 3 合金相图分析 4 合金成分、组织与性能关系 5 铁碳合金相图应用简介,1相图的相关概念 1 组元：组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质称为组元。但在所研究的范围内既不分解也不发生任何化学反应的稳定化合物也可称为组元，如Fe3C看作一组元。 2合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金系。 3相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图，又称状态图或平衡图。,2铁碳合金基本相,一.组元的性质 多晶型性 纯铁的同素异构转变: 室温912 体心立方（b、c、c
2、）称 9121394面心立方（f、c、c）称 1394熔点体心立方（b、c、c）称,二. 铁与碳构成的基本相,铁素体 铁素体是碳在 中形成的固溶体。 奥氏体 奥氏体是碳在 中形成的固溶体 渗碳体 渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物，分子式Fe3C，是铁碳相图中的另一个组元 。,三特性点、特性线,图4-1 Fe-Fe3C相图,3 铁碳合金相图分析,一、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类 二、典型铁碳合金结晶过程分析,一、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类,纯铁 钢 亚共析钢 共析钢 过共析钢 白口铸铁 亚共晶白口铁 共晶白口铁 过共晶白口铁,典型铁碳合金结晶过程图,图4-2,二、典
3、型铁碳合金结晶过程分析,1.含碳0.01%的工业纯铁 2.含碳0.77%的共析钢（合金） 3.含碳0.40%的亚共析钢（合金） 4.含碳1.2%的过共析钢（合金） 5.含碳4.3%的共晶白口铁(合金） 6.含碳3.0%的亚共晶白口铁(合金） 7.含碳5.0%的过共晶白口铁（合金）,1.含碳0.01%的工业纯铁,图4-3 工业纯铁结晶过程,工业纯铁组织金相图,图4-4,2. 0.77%共析钢结晶过程,图4-5 共析钢结晶过程示意图,共析钢金相组织图,图4-6,3.亚共析钢结晶过程,图4-7亚共析钢结晶过程示意图,亚共析钢组织金相图,图4-8,4.1.2%C的过共析钢的结晶过程,图4-9 过共析钢
4、的结晶过程,过共析钢组织金相图,图4-10,铁碳合金组织特征图,(a) 0.01%C铁素体500,(c).0.77%C珠光体500,(b) 0.45%C铁素体+珠光体500,d). 1.2%C铁素体+二次渗碳体500,图4-11,5. 共晶白口铁的结晶过程,图4-12 共晶白口铁的结晶过程示意图,共晶白口铁组织金相图,图4-13,6.亚共晶白口铁结晶过程,图4-14 亚共晶白口铁结晶过程示意图,亚共晶白口铁组织金相图,图4-15,7.过共晶白口铁结晶过程,图4-16 过共晶白口铁结晶过程示意图,过共晶白口铁组织金相图,图4-17,4 合金成分、组织与性能关系,含碳量对平衡组织的影响 含碳量对铁
5、碳合金机械性能的影响,含碳量对平衡组织的影响,铁碳合金随含碳量增高，其组织发生如下变化： （沿F晶界分布的基片）共析渗碳体（分布在铁素体内的片层状） （沿A晶界呈网状分布）共晶渗碳体（为莱氏体的基体） （分布在莱氏体上的粗大片状）。,含碳量对平衡组织的影响,图4-18 含碳量对平衡组织的影响示意图,含碳量对铁碳合金机械性能的影响,图4-19含碳量对铁碳合金机械性能的影响,5 铁碳合金相图应用简介,1为选材提供成分依据 2为制定热加工工艺提供依据,1为选材提供成分依据,若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容器等，应选用低碳钢（0.100.25%C）；若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应选
6、用中碳钢（0.250.60%C）；若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（0.61.3%C）。 白口铁具有很高的硬度和脆性，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数需要耐磨而不受冲击的零件，如：拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等。,2.为制定热加工工艺提供依据,对铸造：确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏. 对于锻造：确定锻造温度。 对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性。 对热处理：相图更为重要，这在下面一章中详细介绍。,作业题： 1 铁碳合金有哪三种基本相？ 2 画出铁碳平衡相图，并标注出钢的部分在室温时的组织组成物和相组成物。,
