《机械工程材料 第3版 教学课件 ppt 作者 王运炎课件 第四章 铁碳合金相图》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料 第3版 教学课件 ppt 作者 王运炎课件 第四章 铁碳合金相图（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 铁碳合金相图,第一节 铁碳合金的基本相 第二节 铁-渗碳体相图分析 第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织 第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系,图4-2 Fe-Fe3C相图,钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两个元素，故统称为铁碳合金。 铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，而稳定的化合物可以作为一个独立的组元，因次整个Fe-C 相图可视为由Fe-Fe3C、Fe3CFe2C 、Fe2C- FeC 等一系列二元相图组成。,图4-1 Fe-C相图的组成,第一节 铁碳合金的基本相,Fe和Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。属于固溶体
2、相有铁素体与奥氏体，属于金属化合物相有渗碳体。铁碳合金固态下的相结构也形成固溶体和金属化合物两类。,一、铁素体 碳溶于-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。 铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。 铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织。,图4-3 铁素体的显微组织（100x）,二、奥氏体 碳溶于-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。 奥氏体存在与727以上的高温范围内。,三、渗碳体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶格的间隙化合物。 渗碳体在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或板状。,图4-4 奥氏体的显微组织（100x）,第二节 铁-
3、渗碳体相图分析,由于纯铁具有同素异晶性，并且-Fe与-Fe的溶碳能力又各不相同，所以图4-2所示的Fe-Fe3C相图就显得比较复杂。图中左上角（-Fe转变）部分实用意义不大，将其简化成图4-5分析。,图4-5 简化后的Fe-Fe3C相图,图4-2 Fe-Fe3C相图,图4-6 Fe-Fe3C相图上半部分图形,一、上半部分图形由液态变为固态的一次结晶,如图4-6所示，上半部分图形是属于第三章所述的二元共晶相图类型。-Fe与Fe3C为该图的两个组元。,（一）图中各点的分析 A点为纯铁的熔点，D点为渗碳体的熔点，E点为在1148时碳在-Fe中最大溶解度，C点为共晶点。,（二）图中各线的分析,AC线和
4、CD线为液相线，液态合金冷却到AC线温度时，开始结晶出奥氏体；液态合金冷却到CD线温度时，开始结晶出渗碳体。AE线和ECF线为固相线。AE线为奥氏体结晶终了线，ECF线是共晶线，ES线为碳在奥氏体中固溶线。,图4-6 Fe-Fe3C相图上半部分图形,图4-7 Fe-Fe3C相图下半部分图形,二、下半部分图形固态下相变,图4-7所示，下半部分图形与二元共晶相图也很相似。-Fe与Fe3C为该图的两个组元。,（一）图中各点的分析,1.G点为-Fe-Fe的同素异晶转变温度； 2.P点为在727时碳在-Fe中最大溶解度； 3.S点为共析点。,（二）图中各线的分析,1.GS线为冷却时由奥氏体转 变成铁素体
5、的开始线 ； 2.GP线为冷却时奥氏体转变 成铁素体的终了线； 3.PSK线称为共析线； 4.PQ线为碳在铁素体中的固溶线。,图4-7 Fe-Fe3C相图下半部分图形,三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类,Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能，通常根据相图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸铁三大类。,工业纯铁（P点左面） 共析钢（S点） 碳合金 钢（P点与E点间） 亚共析钢（S点左面） 过共析钢（S点右面） 共晶白口铸铁（C点） 白口铸铁 亚共晶白口铸铁（C点左面） 过共晶白口铸铁（C点右面）,第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织,一、合金(共析钢)
6、,图4-8中合金I为共析钢。共析钢在1点到2点之间，其分析方法与匀晶相图完全相同。,图4-8 钢部分的典型合金结晶过程分析示意图,图4-9 共析钢的显微组织 a）（500x） b）（800x）,珠光体中铁素体与渗碳体的相对量可用杠杆定律求出：,二、合金(亚共析钢),图4-8中合金为亚共析钢，亚共析钢在1点到3点温度间的结晶过程与共析钢相似。,图4-8 钢部分的典型合金结晶过程分析示意图,在显微分析中，可以根据珠光体和铁素体所占面积的相对量，来估算出亚共析钢中的碳的质量分数C，即 C =p0.77% 式中 p-珠光体在显微组织中所占的面积百分比。,图4-10 亚共析钢显微组织 a）C=0.20%
7、（200x） b）C=0.40%（250x） c） C=0.60%（250x）,三、合金(过共析钢),图4-8中合金为过共析钢。过共析钢在1点到3点温度间的结晶过程也与共析钢相同。,图4-8 钢部分的典型合金结晶过程分析示意图,当C =2.11%时，二次渗碳体量达到最多，其值可由杠杆定律求得 Fe3 C最多 =(2.11-0.77)/(6.69-0.77) 100% =22.6%,四、合金(共晶白口铸铁),图4-12 白口铸铁部分的典型合金结晶过程分析示意图,图4-12中合金为共晶白口铸铁。,共晶白口铸铁的显微组织是由珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体组成的共晶体，即变态莱氏体（Ld）。,图4-1
8、3 共晶白口铸铁显微组织（250x）,五、合金(亚共晶白口铸铁),图4-12中合金为亚共晶白口铸铁。,图4-14 亚共晶白口铸铁显微组织（80x）,图4-12 白口铸铁部分的典型合金结晶过程分析示意图,六、合金(过共晶白口铸铁),图4-12中合金为过共晶白口铸铁。,图4-12 白口铸铁部分的典型合金结晶过程分析示意图,图4-15 过共晶白口铸铁显微组织（250x）,图4-16 铁碳合金中含碳量与组织组分及相组分间的关系,第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系,运用杠杆定律求得含碳量与铁碳合金缓冷后的组织组分及相组分间的定量关系（如图4-16所示）,一、含碳量与平衡组织间的关系,二、含碳量与
9、力学性能间的关系,由图4-17可知，当钢中C0.9%时，因渗碳体网的存在，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降。,图4-17 含碳量对碳钢的力学性能的影响,三、含碳量与工艺性能间的关系,（一）铸造性能 已知合金的铸造性能取决于相图中液相线与固相线的水平距离和垂直距离。距离越大，合金的铸造性能越差。 随着钢中含碳量的增加，虽然其熔点随之降低，但其液相线与固相线的距离却增大，铸造性能变差。 （二）可锻造性和焊接性 金属的可锻造性是指金属压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。钢加热到高温，可获得塑性良好的单相奥氏体组织，因此其锻造性良好。 金属的焊接性是以焊接接头的可靠性和出现焊缝裂纹倾向性为其技术判断指标。钢中含碳量越高，其焊接性越差，故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。 （三）可加工性 金属的可加工性是指其经切削加工成工件的难易程度。一般认为钢的硬度在160230HBW时，可加工性最好。,
