铁-碳合金相图 Fe-C Alloy

,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,*,上讲知识点回顾：,1,、晶体、晶体结构,2,、金属结晶过程、过冷、过冷度、冷却速度,3,、金属同素异晶转变,4,、合金基本组成物及二元合金相图,第三讲：铁,-,碳合金相图,Fe-C Alloy,【基本要求】：,1.熟练掌握铁,-,碳合金相图中点、线、区域含义。,2.熟练掌握不同铁,-,碳合金在结晶中的组织转变。,本讲知识点：,一、铁碳合金基本组织,二、铁,-,碳合金相图,三、铁碳合金分类,四、举例分析不同成分铁,-,碳合金结晶过程,五、碳含量对铁碳合金组织和性能影响,一、铁碳合金基本组织,Basic Structure of,Fe-C Alloy,1.,铁素体,（,Ferrite,）,： （,0.008,0,.02,）,%C,碳溶解在,- Fe,中形成的间隙固溶体。,特点：塑性、韧性好，延伸率,=,（,45,50,）,%,；,但强度和硬度低。,770,以下具有磁性。,b,=180,230MPa HB50,80,=30,50% =70,80%,a,k,=156,196J,cm-2,应用：工业用纯铁组织：,100%,铁素体（,F),显微镜下看铁素体：大小不一的多边形。,2.,奥氏体（,Austenite,）： （,0.77,2.08,）,%C,碳溶解在,-Fe,中形成的固溶体。,特点：只在,723,以上存在，塑性好、硬度低。,应用：钢的压力加工就在奥氏体状态下进行。,3.,渗碳体,Cementite,：,（,Fe,3,C,）,6.67%C,Fe,与,C,形成的金属化合物。,特点：硬度高，塑性差；在钢中起骨架作用。,注意：,条件许可时，渗碳体会分解成铁,+,石墨。,铁素体,F,：,600 0.006%C 727 0.0218%C,力学性能,：,b,= 250MPa,；,= 45%50%,；,80,HBS,。,奥氏体,A,：,1147 2.11%C 727 0.77%C,力学性能,：,b,= 250 350MPa,；,160200,HBS,；,= 40%45%,。,铁素体,F,与奥氏体,A,的对比：,（,Fe,3,C,）,800 HBW,（用硬质合金头测定）,硬而脆，但塑性、韧性低。,如其性能：,注意：,渗碳体,属于,金属化合物。,铁与碳之间发生化学反应，形成有金属特征的新物质。,4.,机械混合物：珠光体,Pearlite,；,莱氏,Ledeburite,珠光体（,P,）：室温组织,组成：铁素体,+,渗碳体 （,F+Fe,3,C,）,性能：强度和硬度高；塑性较差,b,=750MPa HB160,180, =20,25% =30,40%,莱氏体（,Le,）：高温组织,组成：奥氏体,+,渗碳体 （,A+Fe,3,C,）,性能：强度和硬度高；塑性较差,在室温下,：因,A,转变,成（,P+ Fe,3,C,），,莱氏体转变为变态莱氏体（,Le,）。,白色,F,基体中嵌入黑片状,Fe,3,C,力学性能：,b,= 750MPa,；,=20 %,25%,；,k,= 30-40,（,J/cm,2,）,。,珠光体,P,（,F+Fe,3,C,）；,C,0.77 %,P,：层片状，表面有珍珠光泽而得名。这是,T8,钢退火组织（白色为铁素体、黑色为渗碳体）。,二、铁,-,碳合金相图,Fe-C,Equilibrium Diagram,1.,特征点：,A,、,C,、,D,、,E,、,G,、,P,、,S,和,Q,点含义；,2,.,特性线：,ABCD,线,液相线,( Liquidus),AHJECF,线,固相线,( Solidus),ECF,线,(Eutectic Line),共晶线（,1147,）,PSK,线,(Eutectoid Line),共析线（,727,）,GS,线（,A,3,）,奥氏体中开始析出铁素体线。,ES,线（,A,cm,）,碳在,-,铁中的溶解度线。,PQ,线,碳在,-,铁中的溶解度线。,3.,区域：两相区,液相,+,固相；固相,+,固相,简化铁,-,碳合金状态图：,显示铁,-,碳合金、在不同温度下组织形态。,铁,-,碳合金各相组成：,1538,Q,Fe-Fe,3,C,状态图,w,C,/%,温度,/,L,A,L+A,L+Fe,3,C,F+A,F,P,F+P,Ld,Ld,Ld,+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,Ld,+Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+A,Ld+Fe,3,C,+A,912,1227,0.77,2.11,4.3,6.69,727,1148,A,P,S,E,C,D,F,K,G,0,Fe,3,C,Fe,温度,含碳,含义,A,1538,0,纯铁熔点,C,1148,4.3,共晶点,D,1227,6.69,渗碳体熔点,E,1148,2.11,碳在,铁中,最大溶解度,F,1148,6.69,渗碳体成分点,G,912,0,铁同素异晶,转变点,S,727,0.77,共析点,P,727,0.0218,碳在,铁中,最大溶解度,Fe C,合金相图构成：,1,、特性点：,2,、特性线：, ACD,线,液相线,AECF,线,固相线,ECF,线,共晶反应线,GS,线（,A,3,),铁素体从,A,中析出开始线,ES,线,碳在奥氏体中的溶解度曲线,PSK,线,共析反应线,PQ,线,C,在,F,中的溶解度曲线，冷却至此线有,Fe3C,析出,1538,Q,Fe-Fe,3,C,状态图,w,C,/%,温度,/,L,A,L+A,L+Fe,3,C,F+A,F,P,F+P,Ld,Ld,Ld,+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,Ld,+Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+A,Ld+Fe,3,C,+A,912,1227,0.77,2.11,4.3,6.69,727,1148,A,P,S,E,C,D,F,K,G,0,Fe,3,C,Fe,1,）两条水平线,ECF,（,1148,）,PSK,（,727,）,2,）,4,个基本相,液相,(L),；,奥氏体,(A),；,铁素体,(F),； 渗碳体相,( Fe,3,C),。,Fe C,合金相图特性：,1,）,共晶线,ECF,含碳,2.116.69%Fe C,合金,1148,发生共晶转变， 生成莱氏体。,1148,共晶反应,：,2,）,共析线,PSK,含,0.02182.11%C,Fe C,合金,727,发生珠光体转变，即共析转变。,727,共析反应,：,3,）两条固溶线,GS,、,ES,ES-,奥氏体冷却中,析出,Fe,3,C,起始线。,GS-,奥氏体冷却中,析出铁素体起始线。,1538,Q,Fe-Fe,3,C,状态图,w,C,/%,温度,/,L,A,L+A,L+Fe,3,C,F+A,F,P,F+P,Ld,Ld,Ld,+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,Ld,+Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+A,Ld+Fe,3,C,+A,912,1227,0.77,2.11,4.3,6.69,727,1148,A,P,S,E,C,D,F,K,G,0,Fe,3,C,Fe,三、铁碳合金分类,Class of Fe-C Alloy,1.,工业纯铁,(Pure Iron),：,C,0.02%,2.,钢,(Steel),：,0.02%,C,2.11%,注：以含碳,0.77%,为界，有亚共析和过共析钢。,3.,生铁,(Cast Iron),：,2.11%,C,6.69%,注：以碳,4.30%,为界，分亚共晶和过共晶铁。,四、举例分析各种铁,-,碳合金的结晶过程,五种成分铁,-,碳合金，从液态结晶到室温的组织形成过程：,：亚共析钢,L A F + P,：共析钢,L A P,：过共析钢,L A Fe,3,C + P,：亚共晶生铁,L A + Le P + Le,：共晶生铁,L Le Le,：过共晶生铁,L Fe,3,C+Le Fe,3,C + Le,分析,、,、,、,、,和,六个成分铁碳合金,1538,Q,Fe-Fe,3,C,状态图,w,C,/%,温度,/,L,A,L+A,L+Fe,3,C,F+A,F,P,F+P,Ld,Ld,Ld,+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,Ld,+Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+A,Ld+Fe,3,C,+A,912,1227,0.77,2.11,4.3,6.69,727,1148,A,P,S,E,C,D,F,K,G,0,Fe,3,C,Fe,共析钢（,）,组织转变示意图,Eutectoid transformation,共析钢金相组织,Eutectoid transformation,亚共析钢（,）,组织转变示意图,Sub-eutectoid,亚共析钢金相组织,Sub-eutectoid,过共析钢（,）组织转变示意图,Over-eutectoid,过共析钢组织,Over-eutectoid,共晶成分（,）组织转变示意图,Eutectic transformation,亚共晶成分（,）组织转变示意图,Sub- Eutectic transformation,过共晶成分（,）组织转变示意图,Sub- Eutectic transformation,六、碳对铁碳合金组织和性能影响,1.,组织变化：,随碳含量增加，渗碳体（,Fe,3,C,）量增多，基体由铁素体（,F,）变成珠光体（,P,）、继而又转变成莱氏体（,Le,）；形态也由片状变成网状。,2.,性能变化：,小于,1.0%,时，随碳含量增加，强度和硬度提高，韧性和塑性降低；大于,1.0%,时，网状渗碳体出现，硬度虽增大，但强度下降。所以高碳钢适于制造模具和工具。工业用钢碳小于,1.4%,。,图 铁碳合金中组织与成分的关系,碳对铁碳平衡组织的影响：,碳对力学性能影响：,铁碳合金,总结,一、铁,-,碳合金相图,会分析各种不同成分铁,-,碳合金的结晶过程,二、碳含量对铁碳合金组织和性能影响,Questions:,State the difference between steel and cast iron!,State how the carbon content influences the strength and ductility of steel !,词汇,二元合金相图 ：,Equilibrium Diagram of Binary Alloy,铁碳合金：,Fe-C Alloy,铁碳合金基本组织：,Basic Structure of Fe-C Alloy,铁素体：,Ferrite,奥氏体：,Austenite,渗碳体：,Cementite,珠光体：,Pearlite,莱氏体：,Ledeburite,铁,-,碳合金相图：,Fe-C,Equilibrium Diagram,液相线：,Liquidus,固相线：,Solidus,共晶线：,Eutectic Line,共析线：,Eutectoid Line,铁碳合金分类：,Class of Fe-C Alloy,工业纯铁：,Pure Iron,共析转变：,Eutectoid Transformation,亚共析转变：,Sub-Eutectoid Transform,过共析转变：,Over-Eutectoid Transformation,共晶转变：,Eutectic Transformation,亚共晶转变：,Sub- Eutectic Transformation,钢：,Steel,生铁：,Cast Iron,