第三节铁碳合金课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.铁碳合金基本相和组织,2.铁碳合金相图分析,3.铁碳合金成分、组织与性能的关系,第三节 铁碳合金相图,第三节 铁碳合金相图,1,简介,铁碳合金,碳钢,和,铸铁,使用最广泛的金属材料。,铁,与,碳,两个组元可形成的化合物：,Fe,3,C (,w,C,=,6.69%,), Fe,2,C, FeC,研究,Fe -Fe,3,C,为主,铁碳合金中的C 有两种存在形式：,渗碳体Fe,3,C,和,石墨,铁碳相图存在,Fe -Fe,3,C,和,Fe 石墨,两种形式,工业纯铁,：,w,C, 0.0218 %,碳钢,：0.0218 %,w,C, 2.11%,铸铁,：2.11% ,w,C, 6.69%,简介铁碳合金 碳钢和铸铁 使用最广泛的金属,2,1.铁碳合金基本相和组织,铁具有典型的同素异构转变 T,mFe,=1538,-Fe -Fe ,-Fe,1394,912,体心立方,面心立方,体心立方,1.纯铁,一 、基本相,1.铁碳合金基本相和组织铁具有典型的同素异构转变 TmFe,3,强度、硬度低，塑性好。,2.铁素体,F (Ferrite),铁素体 C 在,-Fe,中形成的,间隙固溶体,，具有体心立方晶 格，用符号,F,表示,铁素体的,溶碳能力差, 由于体心立方晶格的间隙远小于碳的原子半径；,最大溶碳量：727，,w,C,=0.0218%,最小溶碳量：室温，,w,C,=0.0008%,强度、硬度低，塑性好。2.铁素体 F (Ferrite),4,硬度、强度较低；塑性较高,最大溶碳量,：1148，,w,C,=2.11%,最小溶碳量,：727，,w,C,=0.77%,3.奥氏体,/A (Austenite),奥氏体的,溶碳能力较大,-Fe 晶格间隙与 C 半,径比较接近；,奥氏体 C 在,-Fe 中形成的间隙固溶体，具有面,心立方结构,硬度、强度较低；塑性较高最大溶碳量：1148， wC=2,5,4.渗碳体,C,m,(,Cem,entite,Fe,3,C),渗碳体 ,Fe,与,C,形成的间隙化合物Fe,3,C, 含碳量为,6.69%,，有固定的化学成分。,渗碳体具有很高的硬度和耐磨性，塑性很差，延伸,率为零，熔点,1227,是铁碳合金的主要强化相, Fe,3,C 的,形态,对铁碳合金的力学性能产生重大影响,4.渗碳体 Cm (Cementite Fe3C)渗碳体,6,二、,基本组织,铁素体（,F,errite),奥氏体（,A,ustenite ）,渗碳体（,Cem,entite）or,Fe,3,C,珠光体（,P,earlite）,（F+ Fe,3,C）机械混合物,高温,莱氏体 （,Le,deburite）or,Ld,（A+ Fe,3,C ）机械混合物，727以上,低温,莱氏体用,Le,or,Ld,表示,（P+ Fe,3,C ）机械混合物，727下,奥氏体,呈颗粒状或块状分布在,渗碳体的基体,上,片状P,:,和,Fe,3,C,呈片状相间分布,粒状P,:,Fe,3,C,呈粒状分布在,基体上,二、基本组织铁素体（Ferrite),7,2. 铁碳合金相图分析,一、相图中点、线、区及其意义,二、典型合金的平衡结晶过程,2. 铁碳合金相图分析一、相图中点、线、区及其意义,8,一、主要点、线、区的含义,C共晶点，,1148,，,w,C,=,.3,%,L,c,（,A+ Fe,3,C,）,Ld,S共析点，,727,，,w,C,=,0.77,%,A,s,（,F+ Fe,3,C,）,P,EA体中最大溶C量，,w,C,=,2.11,%,也是钢、铁的分界点,GFe的同素异构转变的温度 ，,912 ,-Fe -Fe,工程材料,1.主要特性点,一、主要点、线、区的含义C共晶点，1148， wC=,9,ECF共晶线，,1148,，,PSK共析线，,727,，,A,1,，As P,GS冷却时，由奥氏体析出铁素体的开始线；,加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线。,A,3,ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线。,A,cm,1.主要特性线,莱氏体,，,L,d,工程材料,ECF共晶线，1148，1.主要特性线莱氏体， Ld工,10,Fe-C 合金分类,工业纯铁 C % 0.0218 %,钢,（ 0.0218 % C % 2.11 %）,亚共析钢 0.77 %共析钢 0.77 % 过共析钢 0.77 %,白口铸铁,（2.11 % C % 6.69 %）,亚共晶白口铁 4.3 % 共晶白口铁 4.3 % 过共晶白口铁 4.3 %,几种常见碳钢,二、典型合金的平衡结晶过程,Fe-C 合金分类工业纯铁 C % 0.0218,11,(1)工业纯铁 ( C % 0.0218 % )结晶过程,室温组织,F,+,Fe,3,C,(微量),500,Fe,3,C,(1)工业纯铁 ( C % 0.0218 % )结晶过程,12,(2)共析钢,( C % = 0.77 % ),结晶过程,室温组织,:,层片状,P,(,F,+,共析,Fe,3,C,)500,P中各相的相对量：,Fe,3,C % = ( 0.77 ,x,F,),/ ( 6.67 ,x,F,),0.77,/ 6.67 = 11.5 %,F %, 1,11.5 % = 88.5 %,珠光体,强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe,3,C,和,F,之间。,(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程室温组,13,共析钢,共析钢,14,共析钢,共析钢,15,(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程,室温组织,:,F,+,P，,500,各组织组成物的相对量：,P % = ( 0.4 ,0.0218,),/ ( 0.77 ,0.0218,) 51 %F %, 1,51 % = 49 %,各相的相对量：,Fe,3,C % ,0.4,/ 6.67 = 6 %F %, 1,6,% = 94 %,(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程室温组,16,亚共析钢,亚共析钢,17,亚,共,析,钢,亚,18,(4)过共析钢,( C % = 1.2 % ),结晶过程,室温组织:,P,+,Fe,3,C,II,400,各组织组成物的相对量：,Fe,3,C,II,% = ( 1.2 0.77 ),/ ( 6.67 0.77,) 7 %P % 1 7 % = 93 %,各相的相对量：,Fe,3,C,II,% 1.2,/ 6.67 = 18 %F % 1 18 % = 82 %,(4)过共析钢 ( C % = 1.2 % )结晶过程室温组,19,过共析钢,过共析钢,20,过,共,析,钢,过,21,第三节铁碳合金课件,22,(5)共晶白口铁 ( C % = 4.3 % )结晶过程,室温组织: （低温）莱氏体 Le （P + Fe,3,C,II,+,共晶,Fe,3,C,）, 500,莱氏体 Le的性能：硬而脆,(5)共晶白口铁 ( C % = 4.3 % )结晶过程室温,23,共晶铸铁,共晶铸铁,24,共,晶,铸,铁,共,25,（6）,亚共晶白口铁,( Wc = 3.0% ),（6）亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% ),26,（7）过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% ),（7）过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% ),27,标注了组织组成物的相图,标注了组织组成物的相图,28,3铁碳合金的成分-组织-性能关系,含碳量与相的相对量关系：,C %F %，Fe3C %,含碳量与组织关系：图（a）和（b）,含碳量与性能关系,HB：取决于相及相对量,强度：C%=0.9% 时最大,塑性、韧性：随C%而,3铁碳合金的成分-组织-性能关系含碳量与相的相对量关系：,29,4.相图的实际应用,1）为选材提供成分依据,2）为制定热加工工艺提供依据,3）局限性,4.相图的实际应用 1）为选材提供成分依据,30,1）为选材提供成分依据,若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容器等，应选用低碳钢（0.100.25%C）；,若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应选用中碳钢（0.250.60%C）；,若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（0.61.3%C）。,白口铁具有很高的硬度和脆性，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数需要耐磨而不受冲击的零件，如：拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等。,1）为选材提供成分依据若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容,31,2）为制定热加工工艺提供依据,对铸造：确定铸造温度；根据相图上液相线和固相,线间距离估计铸造性能的好坏.,对于锻造：确定锻造温度。,对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当,热处理方法来减轻或消除组织不均匀性。,对热处理：相图更为重要，这在下面一章中详细介绍。,相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。,3）局限性,2）为制定热加工工艺提供依据对铸造：确定铸造温度；根据相图上,32,生产应用:,由于保管员疏忽,不慎将两类不同成分钢材(均为碳钢)上的标签遗失,为确保生产用材准确,现对二类材料进行取样分析,金相照片及分析结果如下,试确定这两类材料分别是哪种碳钢?,生产应用: 由于保管员疏忽,不慎将两类不同成分钢材(均,33,P F P Fe3C,图1 图2,P F,34,解答,对图1:,c,%=,P,%0.77%+,F,%0,c,% =58% 0.77%=0.45%,该钢为,45,号钢,对图2:,c,%=,P,%0.77%+,Fe3C,%6.67%,c,%=93%0.77%+7%6.67%=1.2%,该钢为,T12,号钢,解答 对图1:,35,作 业：,比较间隙固溶体和间隙相的异同点，举例说明这些相的结构？,相同点,：形成元素、形成条件、间隙原子位置,不同点：,结构、类型、性能、间隙原子分布规律,分析含碳量分别为,0.45%，0.8%,的铁碳合金在极缓慢冷却条件下,组织转变过程,，绘出相应位置,Fe-Fe,3,C的相图,，并绘出,室温组织示意图,。,根据,Fe-Fe,3,C的相图,计算：,室温下，,w,C,= 0.2%,的钢中,珠光体和铁素体,的相对量；室温下，,w,C,= 1.2%,的钢中,珠光体和,Fe,3,C,的相对量。,作 业：比较间隙固溶体和间隙相的异同点，举例说明这些相的结,36,1. 1) 珠光体的本质是：,2) 一块纯铁在912发生- Fe,- Fe 转变时，体积将,层片状的共析体( F + 共析 Fe3C ),3),在铁碳合金室温平衡组织中，含,Fe,3,C,II,最多的合金成分点,为,减小。,2.11%,含,Le最多的合金成分点,为：,4.3%,4) 用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳的质量分数为：,0.77% 80% = 0.616 %,2. 1) 铁素体的本质是碳在- Fe 中的间隙相。（ ）,No,2) 20 钢 比 T12 钢 的碳质量分数要高。（ ）,No,3) 在退火状态（接近平衡组织）45 钢 比 20 钢 的塑性和强度都高。 （ ）,No,4) 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。（ ）,No,1. 1) 珠光体的本质是：2) 一块纯铁在912发生-,37,3. 1) 奥氏体是：,a. 碳在-,Fe,中的间隙固溶体b. 碳在-,Fe,中的间隙固溶体,c. 碳在-,Fe,中的有限固溶体,3) T10 钢的碳的质量分数为,：,a.,0.1,%,b.,1.0,%,c. 10,%,4) 铁素体的机械性能特点是：,a.,强度高、塑性好、硬度低,b.,强度低、塑性差、硬度低,c.,强度低、塑性好、硬度低,2) 珠光体是一种：,a.,单相,固溶体b.,两相混合物,c. Fe,与,C,的化合物,3. 1) 奥氏体是：3) T10 钢的碳的质量分数为：,38,