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1、（优选）工程材料铁碳合金的结晶1页，共55页，星期二。 Fe 1 2 3 4 5 6 6.69C%140012001000 800 600 400 200温温度度 / CEFDBAJNSGPKQLLLFe3CFe3CFe3C HFe-Fe3C相图相图 铁碳合金相图是研究平衡条件下铁碳合金的成分、温度铁碳合金相图是研究平衡条件下铁碳合金的成分、温度和组成相之间的关系及其变化规律的图形。和组成相之间的关系及其变化规律的图形。2页，共55页，星期二。铁碳相图铁碳相图 需要掌握知识点需要掌握知识点相图中重要的点、线和相区。相图中重要的点、线和相区。相图中的重要转变及产物。相图中的重要转变及产物。分析典
2、型成分铁碳合金的结晶过程，分析室温下得到的相和组织组分析典型成分铁碳合金的结晶过程，分析室温下得到的相和组织组成物。成物。会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量分数。会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量分数。铁碳合金的成分组织性能关系及其应用铁碳合金的成分组织性能关系及其应用。3页，共55页，星期二。金属的多晶型（同素异构现象）金属的多晶型（同素异构现象）金属的多晶型（同素异构现象）金属的多晶型（同素异构现象）多晶型转变（同素异构转变）多晶型转变（同素异构转变）多晶型转变（同素异构转变）多晶型转变（同素异构转变）纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变
3、1394 912 -Fe-Fe -Fe-Fe-Fe-Febccbccfccfccbccbcc 符合形核、长大的结晶规律符合形核、长大的结晶规律固态金属在不同的温度和压力范围固态金属在不同的温度和压力范围内，具有二种或二种以上晶格结构内，具有二种或二种以上晶格结构的现象的现象 转变过程恒温、可逆转变过程恒温、可逆纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变工业纯铁中常含有0.0218%的碳及其它杂质。 11 纯铁及其同素异构转变纯铁及其同素异构转变4页，共55页，星期二。l l铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物： FeF
4、e3 3C C、 FeFe2 2C C、FeCFeC，它们都可以作为纯组元看待。它们都可以作为纯组元看待。它们都可以作为纯组元看待。它们都可以作为纯组元看待。l l含碳量大于含碳量大于含碳量大于含碳量大于FeFe3 3C C成分（成分（成分（成分（6.69%6.69%）时，合金太脆，已无实）时，合金太脆，已无实）时，合金太脆，已无实）时，合金太脆，已无实用价值。用价值。用价值。用价值。l l实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- FeFe- Fe3 3C C相图。相图。相图。相图。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%
5、) 5页，共55页，星期二。1. 铁碳合金的组元铁碳合金的组元铁碳合金的组元铁碳合金的组元 组元：组元：Fe、 Fe3C 铁碳合金的相铁碳合金的相(1)液相液相 L(2)相相：高温铁素体，在：高温铁素体，在1394以上存在以上存在 22 铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成6页，共55页，星期二。铁素体铁素体铁素体铁素体（F F F F 或或或或）：碳溶于碳溶于碳溶于碳溶于-Fe-Fe-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体 晶格结构：晶格结构：晶格结构：晶格结构：bccbccbccbcc
6、最大溶解度：最大溶解度：最大溶解度：最大溶解度：0.0218%0.0218%0.0218%0.0218%（727727727727），室温下仅为，室温下仅为，室温下仅为，室温下仅为0.0008%0.0008%。 性能组织性能组织性能组织性能组织： b b b b=180=180=180=180230MPa230MPa230MPa230MPa 0.20.20.20.2=100=100=100=100170MPa170MPa170MPa170MPa HBS=50HBS=50HBS=50HBS=5080808080 =30%=30%=30%=30%50%50%50%50% =70%=70%=70%=
7、70%80%80%80%80% a a a ak k k k=160=160=160=160200J/cm 200J/cm 200J/cm 200J/cm 2 2 2 2-铁素体（铁素体（铁素体（铁素体（ ）：碳溶于碳溶于碳溶于碳溶于-Fe-Fe-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体 最大溶解度：最大溶解度：最大溶解度：最大溶解度：0.09%0.09%0.09%0.09%（1495149514951495） 22 铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似
8、。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。7页，共55页，星期二。 奥氏体（奥氏体（奥氏体（奥氏体（A A A A 或或或或）：碳溶于）：碳溶于）：碳溶于）：碳溶于-Fe-Fe-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体中所形成的间隙固溶体晶格结构：晶格结构：晶格结构：晶格结构：fccfccfccfcc 最大溶解度：最大溶解度：最大溶解度：最大溶解度：2.11%2.11%2.11%2.11%（1148114811481148）（高温组织）（高温组织）（高温组织）（高温组织） 性能组织：性能组织：性能组织：性能组织： b b b b400MPa400MPa400MP
9、a400MPa HBS=170HBS=170HBS=170HBS=170220220220220 =40%=40%=40%=40%50%50%50%50% l组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。高塑性、高塑性、强度低、强度低、无磁无磁，钢材热加工，钢材热加工都在都在 区进行。区进行。l碳钢室温组织中无奥氏体。碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体奥氏体8页，共55页，星期二。 渗碳体（渗碳体（渗碳体（渗碳体（FeFeFeFe3 3 3 3C, C, C, C, C Cm m ）：）：）：）：FeFeFeFe 与与与与 CCCC 所形成的金属化合物所形成的金属化合物所形成
10、的金属化合物所形成的金属化合物, , 含碳含碳含碳含碳6.69%6.69%晶格结构：复杂正交晶格结构：复杂正交晶格结构：复杂正交晶格结构：复杂正交性能：性能：性能：性能：b b b b35MPa35MPa35MPa35MPa HBS=800HBS=800HBS=800HBS=800 0 0 0 0 0 0 0 0 硬度高硬度高硬度高硬度高, , 强度低强度低强度低强度低, , 脆性大脆性大脆性大脆性大, , 塑性几乎为零塑性几乎为零塑性几乎为零塑性几乎为零亚稳定：亚稳定：亚稳定：亚稳定： FeFeFeFe3 3 3 3CCCC 3Fe+C3Fe+C3Fe+C3Fe+C（石墨）（石墨）（石墨）（
11、石墨）合金渗碳体：合金渗碳体：合金渗碳体：合金渗碳体： (Fe(Fe(Fe(Fe、Me)Me)Me)Me)3 3 3 3C C C C Fe Fe Fe Fe3 3 3 3(C(C(C(C、N)N)N)N)或或或或 FeFeFeFe3 3 3 3(C(C(C(C、B)B)B)B) 石墨碳石墨碳石墨碳石墨碳晶格结构：简单六方晶格结构：简单六方晶格结构：简单六方晶格结构：简单六方性能性能性能性能: : : : 加工性能加工性能加工性能加工性能 机械性能机械性能机械性能机械性能高温9页，共55页，星期二。l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主中的溶解度很小，因而常温下碳
12、在铁碳合金中主要以要以Fe3C或石墨的形式存在。或石墨的形式存在。lFe3C相根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形相根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态。态。 铸铁中的石墨铸铁中的石墨钢中的渗碳体钢中的渗碳体10页，共55页，星期二。 珠光体（珠光体（珠光体（珠光体（P P P P）F F F F与与与与 FeFeFeFe3 3 3 3C C C C 所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%0.77%0.77%）性能组织：性能组织：性能组织：性能组织： b b b b7
13、50MPa750MPa750MPa750MPa HBS=180HBS=180HBS=180HBS=180 20%20%20%20%25%25%25%25% a a a ak k k k=30=30=30=3040J/cm 40J/cm 40J/cm 40J/cm 2 2 2 2 综合性能综合性能综合性能综合性能11页，共55页，星期二。莱氏体（莱氏体（莱氏体（莱氏体（ ）高温莱氏体：高温莱氏体：高温莱氏体：高温莱氏体：A A A A与与与与 FeFeFeFe3 3 3 3C C C C 所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械混合物（平均含碳量：所形成的机械
14、混合物（平均含碳量：4.3%4.3%4.3%4.3%）低温莱氏体：与低温莱氏体：与低温莱氏体：与低温莱氏体：与 FeFeFeFe3 3 3 3C C C C 所形成的机械混合物所形成的机械混合物所形成的机械混合物所形成的机械混合物性能组织：性能组织：性能组织：性能组织：为蜂窝状为蜂窝状为蜂窝状为蜂窝状, , 以以以以FeFe3 3C C为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。12页，共55页，星期二。 Fe - Fe3 3C 相图分析相图分析FeTFe3CCDEF1148727LL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C6.69%C( A+Fe3C )LdLd+
15、Fe3CA+Ld+Fe3CA+ Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相图共晶相图( P+Fe3C )GSPQAFA+F( F+ Fe3C )PP+FP+Fe3C共析相图共析相图0.77%C0.0218%CANBHJ包晶相图包晶相图13页，共55页，星期二。3 3 相图中重要的点和线相图中重要的点和线 特征点特征点特征点特征点 6.6914页，共55页，星期二。 特征线特征线特征线特征线 液相线液相线液相线液相线ABCDABCD， 固相线固相线固相线固相线AHJECFD AHJECFD 三条水平线：三条水平线：三条水平线：三条水平线：l lHJBHJB：包晶线：包晶线：包晶线：包晶
16、线L LB B+ + HH J J l lECFECF：共晶线共晶线共晶线共晶线L LC C E E+Fe+Fe3 3C C共晶产物是共晶产物是共晶产物是共晶产物是 与与与与FeFe3 3C C的的的的 机械机械机械机械混合物，称作莱氏体混合物，称作莱氏体混合物，称作莱氏体混合物，称作莱氏体(Ld, (Ld, Le)Le)。15页，共55页，星期二。l lPSKPSK：共析线：共析线：共析线：共析线 S S F FP P+ Fe+ Fe3 3C Cl l共析转变的产物是共析转变的产物是共析转变的产物是共析转变的产物是 与与与与FeFe3 3C C的机械混合物，称的机械混合物，称的机械混合物，称的机械混合物，称作珠光体，用作珠光体，用作珠光体，用作珠光体，用P P表示。表示。表示。表示。珠光体珠光体L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3Cl珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性性能介于两相之间。能介于两相之间。 PSK线又称线又称A1线线 。16页，共55页，星期二。 其它相线其它相线l lGS,GPGS,GP 固溶体转固溶体转固
