铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)课件

第第3 3章章 铁碳相图铁碳相图第3章 铁碳相图温温度度时间时间1538153813941394912912-Fe-Fe-Fe纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变铁的同素异构转变铁的同素异构转变 -Fe-Fe-Fe1394912770770无磁性有磁性回顾复习：回顾复习：温度时间15381394912-Fe-Fe-Fe恒温下由一个固相同时恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同析出两个成分结构不同的新固相。的新固相。+共析反应共析反应恒温下由一个液相包着恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新一个固相生成另一个新的固相。的固相。L L +包晶反应包晶反应恒温下由一个液相同时恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不结晶出两个成分结构不同的新固相。同的新固相。L L +共晶反应共晶反应说明说明反应式反应式图形特征图形特征反应名称反应名称常见三相等温水平线上的反应常见三相等温水平线上的反应L L 恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的新固相。恒温下由一第第1 1节节 铁碳合金相图铁碳合金相图p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。p含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。p实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%)第1节 铁碳合金相图铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 616001600150015001400140013001300120012001100110010001000900900800800700700600600温度温度c c%FeFeFeFe3 3C C6.696.690 04.34.32.112.110.770.77AN NG GPSKECFDB B(0.53)J J(0.17)H H11481148727727L LA AFL+AL+AL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CQ0.02180.0218Fe-Fe3C相图（要求默画）1 2 3 4 一一.组元及基本相组元及基本相*铁(ferrite)*渗碳体(Cementite)L -Fe -Fe -Fe 1394912153815381 1、纯铁、纯铁一.组元及基本相L -Fe 2 2、渗碳体、渗碳体 铁与碳形成的间隙化合物，含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示，熔点1227 pFe3C硬度高、强度低(b35MPa),脆性大,塑性很低，伸长率接近于0.2、渗碳体3 3、铁素体（、铁素体（F F或或表示）p碳溶于Fe中的间隙固溶体。p金相显微镜下为多边形晶粒p铁素体中碳的溶解度很小，室温时小于0.0008%，727 时0.0218%p性能接近于纯铁，强度、硬度低，塑性好3、铁素体（F或表示）4 4、奥氏体（、奥氏体（A A或或表示）表示）l碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体。l金相显微镜下位规则多边形晶粒。l奥氏体体中碳的溶解度较大，727 时0.77%，1148 时时2.11%2.11%l强度不高、塑性好，无磁性。钢材热加工都在 区进行.l碳钢室温组织中无奥氏体。4、奥氏体（A或表示）5 5、高温铁素体（用、高温铁素体（用表示）表示）碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体，只存在于1394-1538 ，1495 时碳的溶解度最大，0.09%0.09%。6 6、液相、液相5、高温铁素体（用表示）碳溶于-Fe中形成的间隙固二、相图分析二、相图分析1、特征点 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 616001600150015001400140013001300120012001100110010001000900900800800700700600600温度温度c c%FeFeFeFe3 3C C6.696.690 04.34.32.112.110.770.77AN NG GPSKECFDB B(0.53)J J(0.17)H H11481148727727L LA AFL+AL+AL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CQ二、相图分析1、特征点 1 2 3 l液相线液相线ABCDABCD固相线固相线AHJECFDAHJECFDl 五个单相区，七个两相区五个单相区，七个两相区l两条重要水平线：两条重要水平线：ECFECF、PSKPSK线线 液相线ABCD固相线AHJECFD 五个单相区，七个两相区两共晶转变线共晶转变线ECFECF：LdL LC CA AE E+Fe+Fe3 3C C1148奥氏体和渗碳奥氏体和渗碳体组成的体组成的机械机械混合物混合物莱氏体莱氏体,为蜂窝状为蜂窝状,以以Fe3C为基，为基，性能硬而脆。性能硬而脆。塑性很差塑性很差L LA A共晶转变线ECF：LdLCAE+Fe3C1148奥氏体和PA AS SF FP P+Fe+Fe3 3C C727共析转变线共析转变线PSKPSK：（：（A A1 1线）线）珠光体是铁素体珠光体是铁素体和渗碳体片层相和渗碳体片层相间的组织，呈指间的组织，呈指纹状。纹状。较高强度和硬度，较高强度和硬度，塑性较差塑性较差A AF FPASFP+Fe3C727共析转变线PSK：（A1线）珠HJBHJB：包晶反应：包晶反应 L LB B+H H A AJ J L LA AHJB：包晶反应 LB+H AJ LAAcmA3l三条重要的相界线三条重要的相界线AcmA3三条重要的相界线三、典型合金的平衡结晶过程三、典型合金的平衡结晶过程工业纯铁亚共亚共 析钢析钢 过共过共 析钢析钢亚共晶亚共晶白口铸铁白口铸铁过共晶过共晶白口铸铁白口铸铁共共析析钢钢共共晶晶白白口口铸铸铁铁三、典型合金的平衡结晶过程工业亚共 过共亚共晶过共晶共析钢共 p工工业业纯纯铁铁的的结晶过程结晶过程 NSJBH L+LL+LL+A A A A A+A+F F F F+Fe3C合金的室温下组织为合金的室温下组织为F+FeF+Fe3 3C C。工业纯铁的结晶过程 NSJBHL+LL+l从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用FeFe3 3C C表表示。示。lFeFe3 3C C以不连续网状或片状分布于晶界。其含量相对以不连续网状或片状分布于晶界。其含量相对较少，若不是对其作特别分析，可忽略不计较少，若不是对其作特别分析，可忽略不计p室温下室温下FeFe3 3C C最大量最大量为为:从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3C表示。室温p 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 L L L+AL+A A AP(F+Fe3C)共析渗碳体共析渗碳体12334AL+AF+Fe3C室温组织为室温组织为P.P.共析钢的结晶过程 L L+A AP(F+Fe3珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈指珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈指纹状。纹状。珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈指纹状。LL+LL+L+A A F+A F+P(F+Fe3C)F F中析出中析出FeFe3 3C C，量少量少,忽略不计忽略不计.室温组织：室温组织：F FP P 亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程LL+L+A A F+A F+P(亚共析钢室温组织：亚共析钢室温组织：F FP P，随随C C增加，增加，P P含量增加。含量增加。含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组织钢的组织含含0.60%C钢的组织钢的组织亚共析钢室温组织：FP，含0.45%C钢的组织含0.20%l室温下室温下相相的相对重量百分比：的相对重量百分比：l室温下室温下组织组成物组织组成物的相对的相对重量百分比为：重量百分比为：室温下相的相对重量百分比：室温下组织组成物的相对重量百分比为LL+A A A+Fe3CP+Fe3C室温组织：室温组织：P PFeFe3 3C C(四四)过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程LL+A A A+Fe3C(四)过共析钢的结晶p过共析钢室温组织为过共析钢室温组织为P+FeP+Fe3 3C C ，二次渗碳体，二次渗碳体呈网状分布在晶界上。呈网状分布在晶界上。过共析钢室温组织为P+Fe3C ，二次渗碳体呈网状分布p 共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程 Ld蜂窝状蜂窝状Ld难以分辨难以分辨L A+Fe3CA+Fe3C+Fe3C P+Fe3C 共晶白口铁的结晶过程 Ld蜂窝状Ld难以分辨L A+p共晶白口铁室温组织为共晶白口铁室温组织为Ld(P+FeLd(P+Fe3 3C),C),它保留它保留了共晶转变产物的形态特征。了共晶转变产物的形态特征。共晶白口铁室温组织为Ld(P+Fe3C),它保留了p 亚共晶白口铁的结晶过程亚共晶白口铁的结晶过程L L+AL L+A A(初生初生)+Ld A+Fe3C+Ld P+Fe3C+Ld亚共晶白口铁室温组织为亚共晶白口铁室温组织为P+FeP+Fe3 3C C+Ld+Ld。亚共晶白口铁的结晶过程L L+A A(初生)p 过共晶白口铁的结晶过程过共晶白口铁的结晶过程pL L+FeL L+Fe3 3C C Ld+Ld+FeFe3 3C C Ld+Ld+FeFe3 3C C，过共晶白口铸铁室温组织为过共晶白口铸铁室温组织为FeFe3 3C C+Ld+Ld。过共晶白口铁的结晶过程过共晶白口铸铁室温组织为Fe3C亚共析钢 F+P 共析钢 P 过共析钢 P+Fe3C亚共晶白口铁亚共晶白口铁 共晶白口铁共晶白口铁 过共晶白口铁过共晶白口铁P+FeP+Fe3 3C C+Ld +Ld Ld Ld（P+FeP+Fe3 3C C）LdLd+Fe Fe3 3C C亚共析钢 F+P 共析组织中的渗碳体：组织中的渗碳体：一次渗碳体FeFe3 3C C：粗大片状共晶渗碳体FeFe3 3C C：基体二次渗碳体Fe3C：网状共析渗碳体FeFe3 3C C：层片状三次渗碳体Fe3C ：薄片状组织中的渗碳体：一次渗碳体Fe3C：粗大片状 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 616001600150015001400140013001300120012001100110010001000900900800800700700600600温度温度c c%FeFeFeFe3 3C C6.696.690 04.34.32.112.110.770.77AN NG GPSKECFDB BJ JH H11481148727727F+PF+PP+Fe3CP+Fe3C+LdFeFe3 3C C+LdLdA+Fe3CA+Fe3C+LdFeFe3 3C C+LdLdL+AL+AA ALF+AF+AF FL+AL+Fe3CF+F+Fe3CP PLdLdLdLd 1 2 3 4 铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)课件四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响p 含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量增加，组织变化F+F+Fe3CF+P P P+Fe3C P+Fe3C+Ld LdLdFeFe3 3C C+LdLd F F在减少，在减少，Fe3C在增加在增加 F F和和FeFe3 3C C形态在发生变化形态在发生变化Fe3C薄片状薄片状共析Fe3C层片状 Fe3C网状 共晶Fe3C连续基体 FeFe3 3C C粗大片状相构成 决定组织 决定性能 决定用途含碳量变化含碳量变化相的相对量变化、形态和分布变化相的相对量变化、形态和分布变化组织变化组织变化性能变化性能变化四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 含碳量增加，组织变化含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为 组织组成物组织组成物相对量相对量/%/%相组成物相组成物相对量相对量/%/%P PF FF FFeFe3 3C CFeFe3 3C CLdLd1001000 01001000 0FeFe3 3C C钢白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁亚共析钢 过共析钢工业纯铁共析钢共析钢共晶白口铸铁共晶白口铸铁钢铁种类含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为 组织组成物相组 含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响p亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。l0.77%C时，组织为100%P,钢的性能即P的性能。l0.9%C，Fe3C为晶界连续网状，强度下降,但硬度仍上升。l2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Le,硬度高脆性大，难以切削加工。含碳量对力学性能的影响0.77%C时，组织为100%P 含碳量对工艺性能的影响含碳量对工艺性能的影响p 切削性能:中碳钢合适p 可锻性能:低碳钢好p 焊接性能:低碳钢好p 铸造性能:共晶合金好铸铸造造焊缝组织焊缝组织模锻模锻切削加工的基本形式切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨 含碳量对工艺性能的影响铸造焊缝组织模锻切削加工的基本形式五、铁碳合金相图的应用五、铁碳合金相图的应用1、在选材上的应用五、铁碳合金相图的应用1、在选材上的应用2.2.制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用浇注温度在液相线以上50-100始锻温度固相线以下100-200范围内局限性2.制定热加工工艺方面的应用浇注温度在液相线以上50-100第第4 4节节 金属的凝固组织金属的凝固组织一、铸锭宏观组织一、铸锭宏观组织铸锭铸锭(件件)的宏观组织通常由三个区组成的宏观组织通常由三个区组成:表层细晶表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区。区、柱状晶区、中心等轴晶区。柱状晶区柱状晶区表面细晶区表面细晶区中心等轴晶区中心等轴晶区第4节 金属的凝固组织一、铸锭宏观组织柱状晶区表面细晶区中心1 1、表层细晶区：、表层细晶区：浇注时，由于冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形核作用，使表面形成一层很细的等轴晶粒区。1、表层细晶区：浇注时，由于冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形2 2、柱状晶区柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热，使细晶区前沿液体的过冷度减小，晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长较快。沿垂直于模壁方向散热较快，故晶粒沿这一方向长大，形成柱状晶区。2、柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热，使细晶区前沿p3 3、中心粗等轴晶区、中心粗等轴晶区:由于结晶潜热的不断放出，由于结晶潜热的不断放出，散热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部散热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液体全部冷至实际结晶温度液体全部冷至实际结晶温度T T1 1以下时，在杂质作用以下时，在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。3、中心粗等轴晶区:由于结晶潜热的不断放出，散热速度不断p 缩孔：缩孔：缩孔是由于液态金属结晶缩孔是由于液态金属结晶时体积收缩且补缩不足造成的。可通时体积收缩且补缩不足造成的。可通过合理设计浇注工艺加冒口等来进行过合理设计浇注工艺加冒口等来进行控制。铸锭出现缩孔应切除控制。铸锭出现缩孔应切除.p孔隙分散的分布在枝晶间，则成为孔隙分散的分布在枝晶间，则成为疏疏松松。可通过压力铸造等方法消除。可通过压力铸造等方法消除l二、铸锭中的缺陷二、铸锭中的缺陷l铸造缺陷的类型较多，常见的有铸造缺陷的类型较多，常见的有缩孔缩孔、气孔、疏气孔、疏松松、偏析偏析等，它们对性能是有害的等，它们对性能是有害的.缩孔缩孔 缩孔：缩孔是由于液态金属结晶时体积收缩且补缩不足造成的。缩孔形成示意图 疏松形成示意图疏松形成示意图疏松形成示意图疏松形成示意图缩孔形成示意图 疏松形成示意图p偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象称偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象称为为偏析。偏析。p各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元素各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区；偏聚于最终结晶区；p结晶出的固相与液相的密度相差较大，固相上浮结晶出的固相与液相的密度相差较大，固相上浮或下沉，从而造成铸锭宏观上的成分不均匀，称或下沉，从而造成铸锭宏观上的成分不均匀，称宏观偏析宏观偏析。p适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。气孔气孔:气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件)中的气泡.p铸锭的晶粒粗大，成分不均匀，存在缩孔、铸锭的晶粒粗大，成分不均匀，存在缩孔、疏松及气孔等会降低材料的强度、塑性和韧疏松及气孔等会降低材料的强度、塑性和韧性。性。作业：气孔:气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶