金属学全部课件.ppt

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1、第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图一、组元的特性1.铁Fe铁是过渡族元素,熔点或凝固点为1538℃,相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后,继续冷却到1394℃及912℃时,先后发生两次同素异构转变。1工业纯铁的机械性能特点：强度低、硬度低、塑性好。抗拉强度σb180～230MPa屈服极限σ0.2100～170MPa延伸率δ30~50%断面收缩率ψ70~80%冲击韧性ak(1.6~2)×106J/m2硬度           50~80HBS主要机械性能如下：22.碳游离的碳有石墨和金刚石两种晶体结构，在铁碳合金中的游离态是石墨。石墨(Graphi

2、te)具有简单六方晶格。同一晶面上碳原子以共价键结合,间距0.142nm结合力较强，两层晶面的间距为0.34nm，结合力弱。C在Fe-C合金中的存在形式有三种：①C溶入Fe的不同晶格中形成固溶体；②C与Fe形成金属化合物，渗碳体(Fe3C)；③C以游离态石墨存在于合金中。3石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性和韧性都极低。渗碳体(cementite)在铁碳合金中是一种亚稳定相，在长时间高温下可分解为铁和石墨：Fe3C→Fe+C二、铁碳合金中的基本相α相：C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记

3、为F(Ferrite)或α。4γ相：C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为A(Austenite)或γ。δ相：C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称高温铁素体。Fe3C相：铁和碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂斜方晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm(Cementite)。5渗碳体的机械性能特点是硬而脆,大致性能如下：抗拉强度极限σb延伸率，δ断面收缩率ψ冲击韧性，ak硬度30MPa000800HB

4、渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响。石墨在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G。L相碳在高温下熔入液体，相图中标记L。6三、Fe－Fe3C合金相图1、相图形式7符号温度,℃碳含量ω(C)%含义A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成分C11484.30共晶点Lc→ AE+Fe3CD12276.69Fe3C的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69Fe3C的成分G9120α-Fe→ γ-Fe同素异构转变点(A3)H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J

5、14950.17包晶点LB+δH→ AJK7276.69Fe3C的成分N13940γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点(A4)P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点(A1)As→FP+Fe3CQ室温0.0008室温时碳在α-Fe中的溶解度2.Fe-Fe3C相图特性点和特性线8Fe-C相图中的主要相区910相图中的特性线：ABCD线为液相线，AHJECF线为固相线。HJB为包晶反应线ECF为共晶反应线PSK为共析反应线(A1线)ES线为碳在奥氏体中的溶解度曲线(Acm)PQ线为碳在铁素体中的溶解度曲线GS线是合金冷却时自奥氏体中开始析出铁

6、素体的温度线，通常称A3线113.铁碳合金三相平衡转变这是一包晶反应，发生在高温，并且在随后的冷却过程中组织还会发生变化。共晶反应，产物共晶体组织称为莱氏体，记录Ld(Ledeburite)共析反应，产物为两相层片交替分布的共析体组织称为珠光体，记录P(Pearlite)124.相图中相区五个单相区：液相区L高温固溶体奥氏体(A)铁素体(F)渗碳体Fe3C七个双相区：L＋L＋L＋Fe3C＋＋Fe3C＋＋Fe3C三个三相区：HJB线L＋＋ECF线L＋＋Fe3CPSK线＋＋Fe3C13第二节铁碳合金平衡结晶过程分析铁碳合金按组织、性能

7、、应用特点分为以下类型：工业纯铁(C%<0.02%)钢(C%<2.11%)亚共析钢共析钢过共析钢白口铸铁(C%>2.11%)亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁1415一、共析钢(C%≈0.77%)相转变过程利用杠杆定律计算出来F和Fe3C两相的含量？共析转变全部生成共析组织，两相一般为层片状分布，组织为单一的珠光体。两相的重量比≈两相的厚度比≈8:1力学性能介于铁素体与渗碳体之间，即强度较高，硬度适中，有一定塑性16二、亚共析钢(0.0218%

8、C,它们的质量分数为：1