机械工程材料 第3版 教学课件 作者 王运炎课件第四章 铁碳合金相图.ppt

《机械工程材料 第3版 教学课件 作者 王运炎课件第四章 铁碳合金相图.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章铁碳合金相图第一节铁碳合金的基本相第二节铁-渗碳体相图分析第三节典型铁碳合金的结晶过程及其组织第四节铁碳合金的成分、组织、性能间的关系图4-2Fe-Fe3C相图钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两个元素，故统称为铁碳合金。铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，而稳定的化合物可以作为一个独立的组元，因次整个Fe-C相图可视为由Fe-Fe3C、Fe3C–Fe2C、Fe2C-FeC等一系列二元相图组成。图4-1Fe-C相图的组成第一节铁碳合金的基本相Fe和Fe3C是组成

2、Fe-Fe3C相图的两个基本组元。属于固溶体相有铁素体与奥氏体，属于金属化合物相有渗碳体。铁碳合金固态下的相结构也形成固溶体和金属化合物两类。一、铁素体碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织。图4-3铁素体的显微组织（100x）二、奥氏体碳溶于β-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。奥氏体存在与727℃以上的高温范围内。三、渗碳体渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶格的间隙化合物。

3、渗碳体在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或板状。图4-4奥氏体的显微组织（100x）第二节铁-渗碳体相图分析由于纯铁具有同素异晶性，并且α-Fe与β-Fe的溶碳能力又各不相同，所以图4-2所示的Fe-Fe3C相图就显得比较复杂。图中左上角（δ-Fe转变）部分实用意义不大，将其简化成图4-5分析。图4-5简化后的Fe-Fe3C相图图4-2Fe-Fe3C相图图4-6Fe-Fe3C相图上半部分图形一、上半部分图形—由液态变为固态的一次结晶如图4-6所示，上半部分图形是属于第三章所述的二元共晶相图类型。γ-

4、Fe与Fe3C为该图的两个组元。（一）图中各点的分析A点为纯铁的熔点，D点为渗碳体的熔点，E点为在1148℃时碳在γ-Fe中最大溶解度，C点为共晶点。（二）图中各线的分析AC线和CD线为液相线，液态合金冷却到AC线温度时，开始结晶出奥氏体；液态合金冷却到CD线温度时，开始结晶出渗碳体。AE线和ECF线为固相线。AE线为奥氏体结晶终了线，ECF线是共晶线，ES线为碳在奥氏体中固溶线。图4-6Fe-Fe3C相图上半部分图形图4-7Fe-Fe3C相图下半部分图形二、下半部分图形—固态下相变图4-7所示，下半部分图形

5、与二元共晶相图也很相似。α-Fe与Fe3C为该图的两个组元。（一）图中各点的分析1.G点为α-Fe↔γ-Fe的同素异晶转变温度；2.P点为在727℃时碳在α-Fe中最大溶解度；3.S点为共析点。（二）图中各线的分析1.GS线为冷却时由奥氏体转变成铁素体的开始线；2.GP线为冷却时奥氏体转变成铁素体的终了线；3.PSK线称为共析线；4.PQ线为碳在铁素体中的固溶线。图4-7Fe-Fe3C相图下半部分图形三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能，通常根据相

6、图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸铁三大类。工业纯铁（P点左面）共析钢（S点）碳合金钢（P点与E点间）亚共析钢（S点左面）过共析钢（S点右面）共晶白口铸铁（C点）白口铸铁亚共晶白口铸铁（C点左面）过共晶白口铸铁（C点右面）第三节典型铁碳合金的结晶过程及其组织一、合金Ⅰ(共析钢)图4-8中合金I为共析钢。共析钢在1点到2点之间，其分析方法与匀晶相图完全相同。图4-8钢部分的典型合金结晶过程分析示意图图4-9共析钢的显微组织a）（500x）b）（800x）珠光体中铁素体与渗碳体的相对量可用杠杆定

7、律求出：二、合金Ⅱ(亚共析钢)图4-8中合金Ⅱ为亚共析钢，亚共析钢在1点到3点温度间的结晶过程与共析钢相似。图4-8钢部分的典型合金结晶过程分析示意图在显微分析中，可以根据珠光体和铁素体所占面积的相对量，来估算出亚共析钢中的碳的质量分数ωC，即ωC=p×0.77%式中p------珠光体在显微组织中所占的面积百分比。图4-10亚共析钢显微组织a）ωC=0.20%（200x）b）ωC=0.40%（250x）c）ωC=0.60%（250x）三、合金Ⅲ(过共析钢)图4-8中合金Ⅲ为过共析钢。过共析钢在1点到3点温度

8、间的结晶过程也与共析钢相同。图4-8钢部分的典型合金结晶过程分析示意图图4-11过共析钢显微组织（500x）a）4%硝酸酒精浸蚀b）碱性苦味酸钠浸蚀当ωC=2.11%时，二次渗碳体量达到最多，其值可由杠杆定律求得Fe3CⅡ最多=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)×100%=22.6%四、合金Ⅳ(共晶白口铸铁)图4-12白口铸铁部分的典型合金结晶过程分析示意图图4-12中合金Ⅳ为共晶白口铸