华中科技大学工程材料学课件第04章 铁碳合金.ppt

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1、第四章铁碳合金铁碳合金系相图铁碳合金平衡冷却过程分析碳对铁碳合金的影响碳钢铸铁第一节铁碳合金系相图一、组元的特性1.纯铁⑴力学性能:软、韧⑵同素异构转变:纯铁在912℃和1394℃会发生同素异构转变。铁素体的磁性转变温度为770℃(居里点)。•912℃以下的纯铁称a-Fe,bcc结构•912℃~1394℃的称g-Fe,fcc结构•1394℃以上的称d-Fe,bcc结构一、组元的特性第一节铁碳合金系相图3.碳游离的碳有石墨和金刚石两种晶体结构,在铁碳合金中的游离态是石墨。石墨(Graphite)具有简单六方晶格,两层晶面间的结合力弱。石墨的性能特点为耐高温,可导电,有

2、一定的润滑性,但其强度、硬度、塑性和韧性都极低。2.渗碳体具有复杂晶体结构的间隙化合物,在铁碳相图中表现为一垂线,故作为一独立组元。成分晶体结构硬度导电性加工性能金刚石C立方晶系高不导电差石墨C六方晶系低导电好第一节铁碳合金系相图二、铁碳合金中的基本相第一节铁碳合金系相图铁素体C在α-Fe中的间隙固溶体,记为α或F(Ferrite),晶体结构为bcc。铁素体溶碳能力极微,其性能是软、韧。奥氏体C在γ-Fe中的间隙固溶体,记为γ或A(Austenite),晶体结构为fcc。奥氏体溶碳能力也低,其性能也是软、韧。δ相C在δ-Fe中的间隙固溶体,晶体结构也为bcc,δ相出

3、现的温度较高,组织形貌一般不观察,也有称高温铁素体。渗碳体Fe3C相铁和碳生成的间隙化合物,含碳量6.69%,晶体结构是复杂正交晶系,仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体,记为Fe3C,也有写为Cm(Cementite)。性能:硬、脆。石墨在铁碳合金中以游离状态存在的碳,G(Graphite)。液相碳在高温下的熔融液体,相图中标记L(Liquid)。三、铁碳双重相图第一节铁碳合金系相图Fe-C相图:稳定,虚线表示;Fe-Fe3C相图:亚温,实线表示。四、Fe-Fe3C合金相图第一节铁碳合金系相图1、相区五个单相区:L(A)(F)Fe3C七个双相区:L+L+L

4、+Fe3C++Fe3C++Fe3C三个三相区:HJB线L++包晶反应线ECK线L++Fe3C共晶反应线PSK线++Fe3C共析反应线四、Fe-Fe3C合金相图第一节铁碳合金系相图包晶反应,发生在高温,并且在随后的冷却过程中组织还会发生变化,不作讨论。共晶反应,产物共晶体组织称为莱氏体,记录Ld(Ledeburite)共析反应,产物为两相层片交替分布的共析体组织称为珠光体,记录P(Pearlite)四、Fe-Fe3C合金相图第一节铁碳合金系相图2、相图中各点的参数及含义第二节铁碳合金平衡冷却分析工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铁共晶白口铁

5、过共晶白口铁一、工业纯铁(C%<0.02%)在PQ线以下缓冷时,含碳量大于Q点(0.008%)的铁碳合金在F晶界上析出三次渗碳体Fe3CⅢ,最终组织为F+Fe3CⅢ。因Fe3CⅢ量少,在晶界呈薄片状断续分布,对性能影响不大,一般可忽略不计。可认为工业纯铁的组织为单一铁素体。二、共析钢(C%≈0.77%)第二节铁碳合金平衡冷却分析相转变过程组织转变过程L→L+→→P在727℃发生共析转变,全部变成珠光体,再继续冷至室温。室温平衡组织为P。二、共析钢(C%≈0.77%)第二节铁碳合金平衡冷却分析共析转变全部生成共析组织,两相一般为层片状分布,组织为单一的珠光体。若放

6、大倍数不够,则层片不能看清。两相的重量比≈两相的厚度比≈8:1三、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)第二节铁碳合金平衡冷却分析组织转变L→L+A→A→F+A→F+P三、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)第二节铁碳合金平衡冷却分析组织相对数量计算:根据杠杆定律可以推得,P在钢中的相对量与钢的含碳量x的近似关系是:WP=x/0.77,WF=1-WP三、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)四、过共析钢(C%=0.77~2.11%)第二节铁碳合金平衡冷却分析组织转变:LL+AAA+Fe3CIIP+Fe3CII在ES线以下缓冷时,在A晶界上析出二次相Fe3CⅡ,A共

7、析转变为P后,二次渗碳体Fe3CⅡ保留在P周围,形成网状组织,这种网状组织使钢的力学性能明显下降,属有害组织,必须消除。四、过共析钢(C%=0.77~2.11%)第二节铁碳合金平衡冷却分析说明:脆性的渗碳体以网分隔了材料,所以材料的性能特点很脆,工程中使用并不希望出现这种组织。四、过共析钢(C%=0.77~2.11%)五、共晶白口铁(C%≈4.3%)第二节铁碳合金平衡冷却分析组织转变L(L+Ld)LdL’d在C点(1148℃)发生共晶转变,全部变成Ld,即A+Fe3C。在1148℃以下的缓冷中,A的成分沿ES线变化,并在周围析出Fe3CⅡ。至727℃,A的成分到

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