金属材料与热处理教程课件第3章.ppt

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1、第三章铁碳合金第三章铁碳合金铁碳合金是以铁和碳为基本组元的合金，具有较广的力学性能，在现代工业中是应用最为广泛的金属材料。本章主要介绍铁碳合金的基本相和铁碳合金相图的意义和应用，对铁碳合金中典型的组织及其特点详细分析说明，碳素钢的分类和应用。第三章铁碳合金铁碳合金的基本相第一节铁碳相图第二节碳钢第三节第一节铁碳合金的基本相1．纯铁的同素异构体转变金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。在图3-1中给出的为纯铁的冷却曲线，当液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格的δ—Fe，继续冷却到1394℃时发生同素异构转变，δ—Fe转变为面心立

2、方晶格的γ—Fe，再冷却到912℃时又发生同素异构转变，γ—Fe转变为体心立方晶格的α—Fe，如再继续冷却到室温，晶格的类型不再发生变化。图3-1铁的同素异构转变过程示意图第一节铁碳合金的基本相2．铁碳合金的基本组织(1)铁素体(F)图3-2为铁素体的显微组织。铁素体的显微组织与纯铁相同，在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒，在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布，但当含碳量接近共析成分时，铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。碳溶于α—Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，常用符号“Ｆ”表示。第一节铁碳合金的基本相2．铁碳合金的基本组织(2)奥氏体(A)如图3-3所示,奥氏体的组织

3、与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有孪晶存在。碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号Ａ表示。奥氏体仍保持γ—Fe的面心立方晶格。第一节铁碳合金的基本相2．铁碳合金的基本组织(3)渗碳体(Fe3C)如图3-3所示,奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有孪晶存在。碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号Ａ表示。奥氏体仍保持γ—Fe的面心立方晶格。第二节Fe—Fe3C相图一、相图分析第二节Fe—Fe3C相图第二节Fe—Fe3C相图2Fe—Fe3C相图中重要的线和相区根据前期的知识，在相图中的AC和CD线为液相线，AE和ECF线为固相线。除了上述区分物质状

4、态的线外，还有三条特殊的线。(1)ES线　它是碳在奥氏体中溶解度曲线。在1148℃时，奥氏体中碳的质量分数为2.11%，而在727℃时，奥氏体中碳的质量分数为０.77%。故凡是碳的质量分数＞0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃时，都会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称为二次渗碳体(Fe—Fe3CⅡ)。ES线又称Acm线。(2)PQ线它是碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃时，铁素体中碳的质量分数为0.0218%，而在室温时，铁素体中碳的质量分数为0.0008%。故一般铁碳合金由727℃冷至室温时，将由铁素体中析出渗碳体，称为三次渗碳体(Fe—Fe3CⅢ)。在碳的质量分数较高的

5、合金中，因其数量极少可忽略不计。(3)GS线　它是合金冷却时自奥氏体中开始析出铁素体的析出线，通常称为Ａ3线。在上述线间形成了四个单相区：液相区(L)、奥氏体区(A)、铁素体区(F)、渗碳体区(Fe3C)。在相图中包括两个特征点：共晶点C、共析转变点S。第二节Fe—Fe3C相图二、典型铁碳合金结晶过程分析1工业纯铁图3-5工业纯铁结晶示意图合金的室温平衡组织为F+Fe3CⅢ。F呈白色块状；Fe3CⅢ量极少，呈小白片状分布于F晶界处。若忽略Fe3CⅢ，则组织全为F。第二节Fe—Fe3C相图二、典型铁碳合金结晶过程分析2共析钢共析钢缓冷到室温的组织为珠光体。图3-6共析钢结晶过程示意

6、图第二节Fe—Fe3C相图二、典型铁碳合金结晶过程分析3亚共析钢在室温下的显微组织都是铁素体和珠光体。图3-7亚共析钢结晶过程示意图第二节Fe—Fe3C相图二、典型铁碳合金结晶过程分析4过共析钢在显微镜下，Fe3CⅡ呈网状分布在层片状P周围。含1.2%碳的过共析钢的组成相为F和Fe3C；组织组成物为Fe3CⅡ和P。图3-8过共析钢结晶过程示意图第二节Fe—Fe3C相图二、典型铁碳合金结晶过程分析5.共晶白口铸铁图3-9共晶白口铸铁结晶过程示意图过共晶白口铸铁的室温组织为一次渗碳体+低温莱氏体。第二节Fe—Fe3C相图二、典型铁碳合金结晶过程分析6亚共晶白口铸铁图3-10亚共晶白口

7、铸铁结晶过程示意图亚共晶白口铸铁的室温组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。第二节Fe—Fe3C相图三、铁碳合金成分、组织与性能之间的关系第二节Fe—Fe3C相图三、铁碳合金成分、组织与性能之间的关系1.碳钢的机械性能与碳含量的关系可知铁碳合金的含碳量和温度之间关系密切:小于0.0218％时组织全部为F；等于0.77％时全部为P；等于4.3％时全部为′；等于6.69％时全部为Fe3C；在它们之间的组织则为相应组织的混合物。硬度(HB)主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和相对