机械工程材料第2版 教学课件 作者 王章忠 主编 第五章.ppt

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1、第一节纯铁和铁碳合金中的相第二节铁碳合金相图分析第三节铁碳合金成分、组织和性能的关系及应用第五章铁碳合金相图及应用第一节纯铁和铁碳合金中的相纯铁的冷却曲线上有三种同素异构体，如图5-1所示。一、纯铁及其同素异构转变图5-1纯铁的冷却曲线及晶体结构变化1.铁素体碳在α-Fe中的间隙固溶体称为α铁素体（高温下溶入δ-Fe中形成间隙固溶体称为δ铁素体或高温铁素体）,该合金相常简称为铁素体，用符号F或α表示，具有体心立方结构。一、铁碳合金的相结构2.奥氏体碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体成为奥氏体，用符号A或γ表

2、示，具有面心立方结构。一、铁碳合金的相结构3.渗碳体渗碳体的分子式为Fe3C，它是一中具有复杂晶格的间隙化合物，常用符号Cm表示。一、铁碳合金的相结构铁碳合金中，当碳的质量分数超过6.69％时，合金的脆性很大，没有实用价值，所以通常只对铁碳相图上wC＜6.69％的Fe-Fe3C部分进行研究。Fe-Fe3C相图如图5-2所示。第二节铁碳合金相图分析图5-2Fe-Fe3C相图（一）相图上重要的点、线、区Fe-Fe3C相图中各特性点的温度、碳的质量分数及含义示于表5-1中，特性点的符号为国际通用，不能随意更换

3、。一、相图分析相图分析（一）相图上重要的点、线、区点的符号温度/℃碳的质量分数（%）说明ABCDEFGHJKNPSQ15381495114812271148114891214951495727139472772760000.534.306.692.116.6900.090.176.6900.02180.770.0057纯铁熔点包晶反应时液态合金的碳浓度共晶点，LC→AE+Fe3C渗碳体熔点碳在γ-Fe中的最大溶解度渗碳体α-Fe→γ-Fe同素异构转变点碳在δ-Fe中的最大溶解度包晶点，LB+δH→AJ

4、渗碳体成分点γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点碳在α-Fe中的最大溶解度共析点，AS→FP+Fe3C600℃时碳在α-Fe中的溶解度表5-1Fe-Fe3C相图中各特性点的温度、碳的质量分数及含义相图分析（一）相图上重要的点、线、区相图的液相线是ABCD线，固相线是AHJECF线；相图中有五个单相区，分别为：液相区L（ABCD线以上），高温铁素体相区δ（AHNA），奥氏体相区A（NJESGN），铁素体相区F（GPQG），渗碳体相区Fe3C（DFK）。相图中有七个两相区，它们分别存在于相邻两个单相区之间，这

5、些两相区分别为：L+δ、L+A、L+Fe3C、δ+A、F+A、A+Fe3C及F+Fe3C。相图分析1.HJB水平线称为包晶转变线2.ECF水平线称为共晶转变线3.PSK水平线称为共析转变线（二）三个重要的恒温转变相图分析1.ES线ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线或称为Acm线。2.PQ线PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。3.GS线通常称为A3线。（三）三条重要的特征线1.工业纯铁二、典型合金的平衡结晶过程图5-4wC为0.01％的工业纯铁的结晶过程典型合金的平衡结晶过程2.共析钢图5-6共析钢结晶

6、过程示意图典型合金的平衡结晶过程3.亚共析钢图5-8wC为0.40％的亚共析钢的结晶过程示意图典型合金的平衡结晶过程4.过共析钢图5-10wC为1.2％的过共析钢的结晶过程示意图第三节铁碳合金成分、组织与性能的关系及应用一、合金成分与平衡组织的关系按照铁碳相图，铁碳合金在室温下的平衡组织均由铁素体和渗碳体组成。当wC=0时，合金全部由铁素体所组成；随着含碳量的增加，铁素体的量呈直线下降，到wC为6.69％时降为零。相反，渗碳体则由0增至100％。含碳量的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化，而且

7、两相组合的形态即合金的组织也将发生变化。这是由于成分的变化引起不同性质的结晶过程，从而使相发生变化的结果。硬度主要取决于组成相的硬度和相对量，而受它们形态的影响先对较小。强度则对组织形态较为敏感。合金的塑性几乎全部由铁素体来提供。冲击韧度对组织十分敏感，随碳含量增加，韧性的下降趋势要大于塑性。二、合金成分与力学性能之间的关系1.铸造性能合金的铸造性能主要取决于相图中液相线与固相线的水平距离和垂直距离，距离越大，则铸造性能越差。三、合金成分与工艺性能的关系合金成分与工艺性能的关系2.可锻性和焊接性金属的

8、可锻性是指金属在压力加工时能改变形态而不产生裂纹的性能。钢的可锻性主要与碳含量及组织有关，低碳钢的可锻性较好，随着碳含量的增加，可锻性逐渐变差。金属的焊接形式以焊接接头的可靠性和出现焊缝裂纹的倾向性为基数判断指标的。在铁碳合金中，随着钢中含量的增加，其焊接性越差。合金成分与工艺性能的关系3.可加工性金属的可加工性是指其经切削加工成工件的难易程度。钢的碳含量对可加工性有一定影响，中碳钢中铁素体与渗碳体的比例适当，硬度与塑性也比较适中，可加工