铁碳相图结晶过程

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1、第四章铁碳合金§1铁碳合金相图§2典型铁碳合金的平衡结晶过程§3碳钢§1铁碳合金相图一、铁碳合金相图中组元的性质和相的类型1.组元的性质纯铁的同素异构转变:室温~912℃体心立方（b.c.c）称912℃~1394℃面心立方（f.c.c）称1394℃~熔点体心立方（b.c.c）称2.铁与碳相互作用构成的基本相(1)铁素体碳在中形成的间隙固溶体,体心立方晶格。用F或表示。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。性能与纯铁相似。(2)奥氏体碳在中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。用A或表示。溶碳能力比铁素

2、体大，1148℃时最大为2.11%。强度低、塑性好。，(3)渗碳体渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物，分子式Fe3C。含碳6.69%,Fe3C硬度高、强度低(b35MPa),脆性大,塑性几乎为零。二、铁碳合金相图分析图4-1Fe-Fe3C相图1.特征线⑴液相线—ABCD固相线—AHJECFD⑵三条水平线：HJB：包晶线LB+δH⇄JECF：共晶线LC⇄E+Fe3C共晶产物是与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体,用Le表示。为蜂窝状,以Fe3C为基，性能硬而脆。PSK：共析线S⇄FP+Fe3C共析转变的产物是与Fe

3、3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。PSK线又称A1线。GS,GP—⇄固溶体转变线,GS又称A3线。HN,JN—δ⇄固溶体转变线，ES—碳在-Fe中的固溶线。又称Acm线。PQ—碳在-Fe中的固溶线。2.相区⑴五个单相区：L、、、、Fe3C⑵七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C⑶三个三相区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平线⑶其它相线§2典型铁碳合金结晶过程分析一、铁

4、碳合金按其含碳量及室温组织分类①纯铁:wc<0.0218%②钢亚共析钢:wc=0.0218~0.77%共析钢:wc=0.77%过共析钢:wc=0.77~2.11%③白口铸铁亚共晶白口铁:wc=2.11~4.3%共晶白口铁:wc=4.3%过共晶白口铁:wc=4.3~6.69%典型铁碳合金结晶过程图图4-2Ⅰ1234二、典型铁碳合金结晶过程分析1.含碳0.01%的工业纯铁2.含碳0.77%的共析钢（合金②）3.含碳0.40%的亚共析钢（合金③）4.含碳1.2%的过共析钢（合金④）5.含碳4.3%的共晶白口铁(合金⑤）6.含碳3.0%的亚共晶白口铁

5、(合金⑥）7.含碳5.0%的过共晶白口铁（合金⑦）1.含碳0.01%的工业纯铁图4-3工业纯铁结晶过程2.0.77%共析钢结晶过程图4-5共析钢结晶过程示意图3.亚共析钢结晶过程图4-7亚共析钢结晶过程示意图4.1.2%C的过共析钢的结晶过程图4-9过共析钢的结晶过程铁碳合金组织特征图(a)0.01%C铁素体500×(c).0.77%C珠光体500×(b)0.45%C铁素体+珠光体500×d).1.2%C铁素体+二次渗碳体500×图4-115.共晶白口铁的结晶过程图4-12共晶白口铁的结晶过程示意图6.亚共晶白口铁结晶过程图4-14亚共晶白口

6、铁结晶过程示意图7.过共晶白口铁结晶过程图4-16过共晶白口铁结晶过程示意图三、碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响1.含碳量对平衡组织的影响图4-18含碳量对平衡组织的影响示意图从图中可以看出,铁碳合金随含碳量增高，其组织发生如下变化：（沿F晶界分布的基片）→共析渗碳体（分布在铁素体内的片层状）→（沿A晶界呈网状分布）→共晶渗碳体（为莱氏体的基体）→（分布在莱氏体上的粗大状）。2.含碳量对铁碳合金机械性能的影响图4-19含碳量对铁碳合金机械性能的影响随着含碳量的增加，强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当含碳量大于1.0%时，由于网状二次渗碳体的出

7、现，导致钢的强度下降。为了保证工业用钢具有足够的强度和适当的塑性、韧性，其含碳一般不超过1.3～1.4%。含碳量大于2.11%的铁碳合金，即白口铸铁，由于其组织中存在大量的渗碳体，具有很高的硬度和脆性，难以切削加工，除少数耐磨件外很少应用。四、相图的实际应用1.为选材提供成分依据低碳钢（0.10~0.25%C）:适用于要求塑性，韧性好的零件，如建筑结构和容器等。中碳钢（0.25~0.60%C）:适用于要求强度、塑性、韧性都较好的零件，如轴等。高碳钢（0.6~1.3%C）:适用于要求硬度高、耐磨性好的零件，如工具等。白口铸铁具有很高的硬度和脆性

8、，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数需要耐磨而不受冲击的零件，如：拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等。2.为制定热加工工艺提供依据对铸造：确定铸造温度；根