金属材料与热处理 教学课件 作者 安会芬 项目3 铁碳合金相图.ppt

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1、任务3.1铁碳合金的组元及基本相认知3.1.1同素异构转变构转变。同素异构转变属于相变之一固态相变。1、铁的同素异构转变铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：1394℃912℃-Fe⇄-Fe⇄-Fe物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异纯铁的同素异构转变项目3铁碳合金相图-Fe、-Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。-Fe-Fe2、固态转变的特点⑴形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。⑵由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。⑶固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。固态相变的晶界形核(S

2、n-0.5%Cu铸态，255K)锡疫铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量为0.0218%~2.11%的称钢含碳量为2.11%~6.69%的称铸铁。铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.3.1.2铁碳合金的组元及基本相认知碳在δ-Fe中

3、的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。都是体心立方间隙固溶体。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%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体⒈组元：Fe、Fe3C⒉相1.铁素体：碳在-Fe中的固溶体称铁素体,用F或表示。2.奥氏体:碳在-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在区进行.碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体3.渗碳体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度

4、低(b35MPa),脆性大,塑性几乎为零Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),该反应对铸铁有重要意义。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。铸铁中的石墨钢中的渗碳体任务3.2铁碳合金相图的分析3.2.1相图中的点、线、区及其意义⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++⒉特征线⑴液相线—ABCD，固相线—AHJECFD3.2.2三条水平线的特征：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

5、蜂窝状,以Fe3C为基，性能硬而脆。莱氏体PSK：共析线S⇄FP+Fe3C共析转变的产物是与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。珠光体L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C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。⑶3.2.3其它相线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。⑶三个三相区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平线⒊相区⑴五个单相区：L、、、

6、、Fe3C⑵七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C任务3.3铁碳合金的平衡结晶过程及组织分析⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相①亚共析钢(0.0218~0.77%C)②共析钢(0.77%C)③过共析钢(0.77~2.11%C)3.3.1铁碳合金的分类铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁(<0.0218%C)组织为单相铁素体。亚共析钢共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁⑶白口铸铁(2.11~6.69%C)铸造性能好,硬而脆①亚共晶白口铸铁(2.11~4.3%C)②共晶白口铸铁(4.3%C)③过共

7、晶白口铸铁(4.3~6.69%C)3.3.2铁碳合金的结晶过程及组织1.工业纯铁。合金液体在1-2点间转变为，3-4点间→，5-6点间→。到7点，从中析出Fe3C。NSJBHL+++工业纯铁的结晶过程随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+Fe3CⅢ。室温下Fe3CⅢ最大量为:从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。2.共析钢合金液体在1-2点间转变