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1、2-5 2-5 铁碳合金的组织与状态图铁碳合金的组织与状态图铁碳合金的组织与状态图铁碳合金的组织与状态图n铁碳合金铁碳合金碳钢碳钢和和铸铁铸铁，是工业应用最广的合金。，是工业应用最广的合金。n含碳量为含碳量为0.0218% 2.11%的称的称钢钢n含碳量为含碳量为 2.11% 6.69%的称的称铸铁铸铁。n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： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作，都可作为纯组元看待。为纯组元看待。n含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。）时，合金太脆，已无实用价值。一、铁碳合金的基本组织一、铁碳合金的基本组织
2、n是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在在727时时最大为最大为0.0218%，室温下仅为，室温下仅为0.0008%。n铁素体的组织为多边形晶粒，铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。性能与纯铁相似。铁素体铁素体l 组元：组元：Fe、 Fe3Cl 相相l 铁素体：铁素体：l碳在碳在 -Fe中的固溶体称中的固溶体称铁素铁素体体, 用用F 或或 表示。表示。 铁素体组织金相图铁素体组织金相图n 奥氏体奥氏体:n碳在碳在 -Fe中的固溶体称中的固溶体称奥氏体奥氏体。用。用A或或 表示。表示。n是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，是面心
3、立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为时最大为2.11%。727 时为时为0.77%l组织为不规则多面体晶粒，组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。晶界较直。强度低、塑性强度低、塑性好好，钢材热加工都在钢材热加工都在 区区进行进行.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 奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图n 渗碳体：渗碳体：即即Fe3C, 含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。nFe3C硬度高、强度低硬度高、强度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑性几乎为零塑性几乎为零lFe3C是一个亚稳相，在一定是一个亚稳相，在一定条件下可发生分
4、解：条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 该反应该反应对铸铁有重要意义。对铸铁有重要意义。l由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度很小，中的溶解度很小，因而因而常温下碳在铁碳合金中主常温下碳在铁碳合金中主要以要以Fe3C或或石墨石墨的形式存在。的形式存在。 铸铁中的石墨铸铁中的石墨钢中的渗碳体钢中的渗碳体渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图n珠光体：珠光体：铁素体铁素体与与Fe3C的机械混合物的机械混合物，用，用P表示。表示。l珠光体的组织特点是两相珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布呈片层相间分布,性能介性能介于两相之间。于两相之间。珠光体珠光体珠光体珠光体 ( P )n莱氏体：莱氏体
5、： 与与Fe3C的机械混合物的机械混合物n高温莱氏体高温莱氏体：727 以上，奥氏体与渗碳体，以以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示表示n低温莱氏体：低温莱氏体：727 以下，珠光体与渗碳体，以以下，珠光体与渗碳体，以Le表示表示n为蜂窝状为蜂窝状, 以以Fe3C为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体 ( Ld )相图的建立相图的建立相图的建立相图的建立名称名称A金属金属B金属金属熔点熔点高高低低合金合金1100%0%合金合金290%10%合金合金380%20%.合金合金920%80%合金合金1010%90%合金合金110%100%热热 分分 析析 法法时间时间温度90 70
6、5030AB温度A温度温度abab : 液相线液相线ab : 固相线固相线LL + SSL : 液相区液相区S : 固相区固相区L+S:液固共存区液固共存区AB温度铁碳合金相图铁碳合金相图是研究是研究铁碳合金最基本的铁碳合金最基本的工工具具，是研究碳钢和铸是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组铁的成分、温度、组织及性能之间关系的织及性能之间关系的理论基础理论基础,是制定热是制定热加工、热处理、冶炼加工、热处理、冶炼和铸造等工艺和铸造等工艺依据依据.二、铁碳合金状态图二、铁碳合金状态图n含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，合金太脆，）时，合金太脆，已无实用价值。已无实用价值。n实际
7、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- Fe3C相图相图。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) Fe - Fe3C 相图相图FeTFe3Cn五个重要的成份点五个重要的成份点: P、S、E、C、K。n四条重要的线四条重要的线: EF、ES、GS、FK。n三个重要转变三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共包晶转变、共晶转变、共析转变。析转变。n二个重要温度二个重要温度: 1148 、727 。( (一一一一) )铁碳合金状态图中主要点和线的意义铁碳合金状态图中主要点和线的意义铁碳合金状态图中主要点和线的意义铁碳合金状态图中主要点和线的意义 Fe - Fe3C 相图相图ACD
8、EFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK( P+Fe3C )n 特征点特征点 LJNGAA +Fe3CP +Fe3CL+Fe3CL+AF +A n 特征线特征线n 液相线液相线ACD， 固相线固相线AECF n 水平线：水平线：nECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3Cn共晶产物是共晶产物是A与与Fe3C的机械混合的机械混合物，称作物，称作莱氏体莱氏
9、体, 用用Le表示。为表示。为蜂窝状蜂窝状, 以以Fe3C为基，性能硬而为基，性能硬而脆。脆。莱氏体莱氏体（二）铁碳合金的组织转变（二）铁碳合金的组织转变n工业纯铁工业纯铁 ( ingot iron )n共析钢共析钢 ( eutectoid steel )n亚共析钢亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )n过共析钢过共析钢 ( hypereutectoid steel )n共晶白口铁共晶白口铁 ( eutectoid white iron )n亚共晶白口铁亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )n过共晶白口铁过共晶白口铁( hypereutectoi
10、d white iron )1.工业纯铁工业纯铁 ( Wc 0.0218% ) 工业纯铁组织金相图工业纯铁组织金相图2. 共析钢共析钢 ( Wc = 0.77% ) 共析钢组织金相图共析钢组织金相图3.亚共析钢亚共析钢 ( Wc = 0.45% ) 亚共析钢组织金相图亚共析钢组织金相图4.过共析钢过共析钢 ( Wc = 1.2% ) 过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图5.共晶白口铁共晶白口铁 ( Wc = 4.3% ) 共晶白口铁组织金相图共晶白口铁组织金相图6.亚共晶白口铁亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% ) 亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织金相图7.过共晶白口铁过共晶白口铁 (
11、 Wc = 5.0% ) 过共晶白口铁组织金相图过共晶白口铁组织金相图Fe - Fe3C 相图的应用相图的应用选择材料方面的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用一一. .选择材料方面的应用选择材料方面的应用1. 分析零件的工作条件分析零件的工作条件, , 根据铁碳合金根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。行选择材料。2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律的变化规律 , 确定选定材料的工作范确定选定材料的工作范 围。围。二二. .制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用本章小结u三种典型的金属晶体结构u晶体缺陷：点、线、面u过冷度、结晶过程u晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法u同素异构u合金的相结构、固溶强化u铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
