第四章 铁碳合金 （NXPowerLite）ppt课件.ppt

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1、第四章铁碳合金一、铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的结晶过程三、铁碳合金相图分析四、合金相图的应用五、碳素钢Fe-Cr合金相图一、铁碳合金的基本组织碳在-Fe中的固溶体称铁素体,用F或表示。碳在δ-Fe中的固溶体称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%。铁素体的组织为多面体晶粒，性能与纯铁相似。⒈组元：Fe、C⒉相⑴铁素体：铁素体BCC的八面体和四面体间隙⑵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

2、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FCC的八面体间隙⑶渗碳体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低，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（4）珠光体共析转变

3、的产物是与Fe3C的机械混合物,称作珠光体，用P表示。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，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好。L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C珠光体(光镜)（5）莱氏体共晶产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称作莱氏体，用Le表示。莱氏体莱氏体的力学性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。二、二元相图的建立与分析相图表示了在缓冷条件

4、下不同成分合金的组织随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。根据组元数,分为二元相图、三元相图和多元相图。Fe-C二元相图三元相图（1）二元相图的建立几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例]1.配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。2.将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。3.将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线

5、叫固相线。（2）二元相图的基本类型分析两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。以Cu-Ni合金为例进行分析。Cu-Ni合金相图1、二元匀晶相图相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L，固相线以下为固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+）。LL+成分（wt%Ni）温度（℃）CuNi液相线固相线AB⑴合金的结晶过程除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合金为例说明。当液态金属自高温冷却到t1温度时，开始结晶出成分为1的固溶体，其N

6、i含量高于合金平均成分。LL+随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3时,最后一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时固溶体的成分又变回到合金成分3上来。液固相线不仅是相区分界线,也是结晶时两相的成分变化线；匀晶转变是变温转变。LL+⑵杠杆定律处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。现以Cu-Ni合金为例推导杠

7、杆定律：确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成分垂线。在成分垂线相当于温度t的o点作水平线，其与液固相线交点a、b所对应的成分x1、x2即分别为液相和固相的成分。12tLLObaxx1x2AB⑶枝晶偏析合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如Cu-Ni合金中的Ni）,后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。不仅与冷速有关

8、，而且与液固相线的间距有关。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。生产上常将铸件加热到固相线以下100-200℃长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火。Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织枝晶偏析组织2、相图的分析步骤实际二元相图常比较复杂，可