材料科学基础―张代东―chap4 铁碳合金相图.ppt

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1、主讲：匡唐清华东交通大学材料工程系材料科学基础FundamentalsofMaterialScience第4章铁碳合金相图知识要点掌握程度相关知识铁碳合金组元性质熟悉铁和碳元素性质，掌握铁的同素异晶转变铁、碳、渗碳体；δ-Fe、γ-Fe、α-Fe；铁素体、奥氏体Fe—Fe3C典型合金平衡结晶过程熟悉Fe—Fe3C相图各点线面的物理意义，掌握相图中的基本反应，注重典型合金平衡结晶过程分析和杠杆定律的应用Fe—Fe3C相图分析：线、区物理意义，平衡反应；典型合金平衡结晶过程：工业纯铁、钢、白口铸铁Fe—Fe3C相图的应用掌握以相组成物和组织组成物标示的Fe—Fe3C相图

2、，熟悉其在生产中的基本应用组织组成物标示的Fe—Fe3C相图，含碳量与材料力学性能，相图在选材、工艺制定中的应用碳钢掌握碳钢编号原则和分类钢中常存杂质元素，碳钢分类，常用碳钢概述纯铁渗碳体概述铁碳合金碳钢(Steels)铸铁(Castirons)碳的存在形式渗碳体Fe3C(亚稳相)石墨(稳定相)Fe-Fe3C相图亚稳定相图，Wc=0-6.69%Wc>6.69%的铁碳合金脆性极大，没使用价值含碳量6.69%的Fe3C为稳定金属化合物，可作为一个组元Fe-C相图（铁-石墨相图）稳定相图，Wc=0-100%虚线所示4.1铁碳合金组元性质组元基本相4.1.1铁元素和碳元素铁

3、元素26th元素，过渡族金属碳元素原子序数6；原子量12.01；密度2.25g/cm3有金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管等形式；在铁碳合金中以固溶单质原子或石墨等形式存在石墨硬度3~5HBW；塑性接近于零；层内为共价键，层间为分子键；优良固体润滑剂；Fe数值原子量55.85熔点1538℃汽化温度2738℃密度7.87g/cm34.1.2铁碳合金组元纯铁及其性能特点塑性、韧性好，强度很低，少做结构材料1kg高纯铁/4000元1吨钢/4000元具有铁磁性，用于要求软磁性的场合（仪器仪表铁心）性能纯铁45钢(退火)铁含量wFe99.8~99.9%99.55%左右抗拉强度σb

4、176~274MPa≥600(MPa)屈服强度σ0.298~166MPa≥355(MPa)伸长率δ30~50%≥16%断面收缩率ψ70~80%≥40%冲击吸收功aK160~200J/cm2硬度50~80HBW≤197HBW4.1.2铁碳合金组元铁的同素异晶转变4.1.2铁碳合金组元铁的同素异晶转变晶格类型变化相变晶粒细化钢性能合金化、热处理固态相变同素异晶转变4.1.2铁碳合金组元铁素体和奥氏体名称符号晶格最大溶碳量Wc性能δ铁素体δ碳溶于δ-Fe中的间隙固溶体bcc0.09%(1495℃)奥氏体A或γ碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体fcc2.11%(1148

5、℃)硬度较低(HB170~220)，塑性高(40%~50%)具有顺磁性铁素体F或α碳溶于α-Fe中的间隙固溶体bcc0.0218%(727℃)<0.008%(室温)与纯铁基本相同，塑性、韧性好，而强度、硬度低，并有铁磁性4.1.2铁碳合金组元渗碳体(Cementite，Fe3C)铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构复杂，含碳量为6.69%熔点为1227℃在230C以下具有铁磁性。硬(HB800)而脆，塑性极低（延伸率接近于0）钢铁材料中的主要强化相4.2Fe-Fe3C相图分析Fe-Fe3C相图由包晶转变、共晶转变和共析转变三部分连接而成4.2.1相图中的点、线、区及其

6、意义点：16个符号温度/℃C（%）说明A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成份C11484.30共晶点D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69渗碳体的成分G9120转变温度（A3）H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点K7276.69渗碳体的成分N13940转变温度（A4）P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点（A1）Q6000.0057碳在α-Fe中的溶解度4.2.1相图中的点、线、区及其意义线液相线ABCD固相线AHJECF两条

7、磁性转变线770℃（居里点）—铁素体磁性转变线230℃——渗碳体磁性转变线4.2.1相图中的点、线、区及其意义三条等温转变线共析线包晶线共晶线珠光体P莱氏体Ld奥氏体A4.2.2包晶转变（水平线HJB）wc<0.09%匀晶转变为δ铁素体固溶体再发生固溶体的同素异晶转变，得到单相奥氏体0.09%