第3章1节铁碳合金

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1、第三章金属材料第一节铁碳合金3、钢与铁钢和铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。铁：碳含量＞2.11%的铁碳合金。钢：碳含量＜2.11%的铁碳合金。概念钢材的化学成分生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N…专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素铁：主要元素碳：0.02%～2.11%其他元素一、相与相图相：凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的物质均匀组成部分，称之为相。相图：相图又称为状态图，它是表示体系的成分、外界环境和组成相与相之间的平衡关系的几何图形。它是研究材料组织变化规律

2、的重要参考工具。外界环境主要是温度和压力，例如物理学中已经介绍的纯水和纯铁的相图。铁碳合金相图Fe3CFe2CFeC温度FeC(6.69%C)铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物。1.纯铁的的同素异晶转变1394°C912°C体心立方面心立方密排六方δ-Feγ-Feα-Fe纯铁的冷却曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Fe2、形成Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能一.组元*铁(ferrite)Fe*渗

3、碳体(Cementite)Fe3C二.基本组织1.铁素体(F)碳溶于α–Fe中的间隙固溶体。2.奥氏体(A)碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。奥氏体组织金相图3.渗碳体(Fe3C)铁与碳形成的金属化合物。渗碳体组织金相图4.珠光体(P)铁素体和渗碳体组成的机械混合物。5.莱氏体(Ld)奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。相图与冷却曲线的关系：成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全小时的温度，利用这一特点，由实测的冷却曲线可以

4、作出相图。三、Fe-Fe3C相图的建立与分析Fe-Fe3C相图FeT°Fe3CFe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6

5、.69%CFeFe3CT°LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FP0.77%CLd’K(P+Fe3C)P+Ld’+Fe3CⅡLd’+Fe3CⅠP+FP+Fe3CⅡ(F+Fe3C)A+Fe3CⅡL+Fe3CⅠ(A+Fe3C)Fe-Fe3C相图四、Fe-Fe3C相图的分析五个重要的成份点:P、S、E、C、K。四条重要的线:EF、ES、GS、FK。两个重要转变:共晶转变反应式、共析转变反应式。二个重要温度:1148℃、727℃。1.包晶转变反应式:LB+HAJ1495℃3.共析转变反应式:AS(FP+Fe3C)P727℃2.共晶转

6、变反应式:LC(AE+Fe3C)Le1148℃五.典型铁碳合金的结晶过程分析工业纯铁(ingotiron)共析钢(eutectoidsteel)亚共析钢(hypoeutectoidsteel)过共析钢(hypereutectoidsteel)共晶白口铁(eutectoidwhiteiron)亚共晶白口铁(hypoeutectoidwhiteiron)过共晶白口铁(hypereutectoidwhiteiron)1.工业纯铁(Wc<0.0218%)2.共析钢(Wc=0.77%)共析钢组织金相图3.亚共析钢(Wc=0.45%)亚共析钢组织金

7、相图4.过共析钢(Wc=1.2%)过共析钢组织金相图5.共晶白口铁(Wc=4.3%)共晶白口铁组织金相图6.亚共晶白口铁(Wc=3.0%)亚共晶白口铁组织金相图7.过共晶白口铁(Wc=5.0%)过共晶白口铁组织金相图六、碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对平衡组织的影响。碳的质量分数对力学性能的影响。碳的质量分数对工艺性能的影响。1.碳的质量分数对平衡组织的影响2.碳的质量分数对力学性能的影响4、钢与钢材钢：（C＜2．11%）钢水、钢锭、钢坯。钢材：钢经塑性变性后，具有一定形状和物理、化学性能的材料。钢材钢铁材料可分为

8、三大类：工业纯铁——含碳量不超过0.02％的铁碳合金。工业纯铁虽然塑性好，但强度低，很少用作结构材料和外观材料。钢——含碳量为0.02％—2.11％的铁碳合金，另含有少量磷、硫等杂质元素。钢的种类繁多，根据