鐵碳合金相圖23489

1、第三章 鐵碳合金,一、鐵碳合金相圖的組成 二、FeFe3C相圖中特性點(diǎn)的含義 三、鐵碳合金相圖中特征線的含義及各區(qū)域內(nèi) 的組織。 三、單相區(qū)、二相區(qū)和三相區(qū)分析,學(xué)習(xí)目標(biāo),鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形,目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為06.69%的鐵碳合金部分（即FeFe3C部分），因?yàn)楹剂看笥?.69的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價(jià)值,一、鐵碳合金相圖的組成,1）A點(diǎn) 純鐵的熔點(diǎn)，溫度1538,Wc=0,2）G點(diǎn) 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，冷卻到912時(shí),發(fā)生-F-Fe,3）Q點(diǎn) 600時(shí),碳在-Fe中的溶度,Wc=0.0057,

2、二、相圖中點(diǎn)的含義,4）D點(diǎn) 滲碳體熔點(diǎn),溫度1227,Wc=6.69,5）C點(diǎn) 共晶點(diǎn)，溫度1148，Wc=4.3% 成分為C的液相，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)LcA+Fe3C,6）E點(diǎn) 碳在-Fe中的最大溶解度,溫度1148，Wc=2.11,二、相圖中點(diǎn)的含義,7）S點(diǎn) 共析點(diǎn)，溫度727，Wc=0.77% 成分為S點(diǎn)的奧氏體，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共析反應(yīng)：AsP（F+Fe3C,8）P點(diǎn) 碳在-Fe中的最大溶解度,溫度727，Wc=0.0218,二、相圖中點(diǎn)的含義,二、相圖中的特性線,1)ACD線(結(jié)晶溫度開始線) 液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點(diǎn)所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相

3、,2）AECF線(結(jié)晶溫度終止線) 固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點(diǎn)所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài),3）ECF水平線 共晶線，Wc2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148）時(shí)，均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體,4）ES線 碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點(diǎn)（wC2.11），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C,二、相圖中的特性線,6）PSK水平線 共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727）時(shí)，將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體（P），wC0.0218%的鐵碳合金均會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,5）GS線

4、奧氏體冷卻時(shí)開始向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度線，通常稱為A3線,二、相圖中的特性線,共晶：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體,共析：由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相,共晶和共析的概念,三、相圖中的相區(qū),1）單相區(qū) 有F、A、L和Fe3C四個(gè)單相區(qū),2）兩相區(qū) 五個(gè)兩相區(qū)：LA兩相區(qū)、L+Fe3C兩相區(qū)、A+Fe3C兩相區(qū)、AF兩相區(qū)、F+Fe3C兩相區(qū),3）三相區(qū) ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C）。 PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C,四.Fe - F

5、e3C 相圖的知識(shí)點(diǎn),五個(gè)重要的成份點(diǎn): P、S、E、C、K。 四條重要的線: EF、ES、GS、FK。 二個(gè)重要轉(zhuǎn)變: 共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變。 二個(gè)重要溫度: 1148 、727,四.Fe - Fe3C 相圖的知識(shí)點(diǎn),1、鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻或加熱條件下， 不同（ ）的鐵碳合金的（ ）隨（ ） 變化的圖形。 2、從奧氏體中析出的滲碳體稱為（ ），從液體中結(jié)晶出的滲碳體稱為（ ）。 3、鐵碳合金相圖上的共析線是（ ）。 4、亞共析鋼冷卻到PSK線時(shí)，要發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，奧氏體轉(zhuǎn)變成（,課題練習(xí)檢測(cè),成分,狀態(tài)或組織,溫度,二次滲碳體,一次滲碳體,PSK,珠光體,鐵 碳 合 金 相 圖,第二節(jié)

6、：鐵碳合金相圖的工藝分析,一、鐵碳合金的分類 二、典型鐵碳合金結(jié)晶過程分析 三、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系 四、FeFe3C相圖的應(yīng)用,一.鐵碳合金的分類,按含碳量的不同，鐵碳合金的室溫組織可分為工業(yè)純鈦、鋼和白口鑄鐵。其中，把含碳量小雨0.0218%的鐵碳合金稱為純鐵；把含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼；把含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵,純鐵、鋼和鑄鐵的含碳量,工業(yè)純鐵(組織為單相鐵素體) (0.0218% C,鐵碳合金(按成分可分為三類,亞共析鋼 (0.0218 0.77%C) 共析鋼 (0.77%C) 過共析鋼 (0.77 2.11%C,鋼(高溫組織

7、為單相 A，易于 變形,3)白口鑄鐵(在液態(tài)下結(jié)晶時(shí)，全部或部分液相會(huì)發(fā)生共晶變，獲得全部或部分萊氏體組織,亞共晶白口鑄鐵 (2.11 4.3%C) 共晶白口鑄鐵 (4.3%C) 過共晶白口鑄鐵 (4.3 6.69%C,鐵碳合金的室溫組織及分類,合金類別,純鐵,鋼,白口鑄鐵,含碳量 (,0.0218,0.02182.11,2.116.69,亞共析鋼,共析鋼,過共析鋼,亞共晶鑄鐵,共晶鑄鐵,過共晶鑄鐵,0.02180.77,0.77,0.772.11,2.114.3,4.3,4.36.69,室溫組織,F,F+P,P,P+Fe3C,P+Fe3C+Ld,Ld,Ld+Fe3C,典型的顯微組織相片,組織

8、說明,單相鐵素體,白色相為鐵素體，黑色為珠光體,珠光體 （F白+Fe3C黑,珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體,珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體,低溫萊氏體 (P黑+Fe3C白,一次滲碳體+低溫萊氏體,性能特點(diǎn)(平衡狀態(tài),強(qiáng)度、硬度低、塑性好,C,強(qiáng)度、硬度逐漸提高,有較好的塑性和韌性,強(qiáng)度較高,硬度適中,具有一定的塑性和韌性,硬度較高,塑性差,隨著網(wǎng)狀二次滲碳體增加,強(qiáng)度降低,硬度高，脆性大，幾乎沒有塑性,亞共析鋼的室溫組織由珠光體和鐵素體組成合金的組織按下列順序變化,1.亞共析鋼的組織的變化順序,共析鋼在室溫時(shí)的組織是珠光體，合金的組織按下列順序變化,2.共析鋼的組織的變化順序,室溫下為珠光體和網(wǎng)狀二次

9、滲碳體組織。鋼中含碳量越多，二次滲碳體也越多,3.過共析鋼的組織的變化順序,4.亞共晶白口鑄鐵的組織的變化順序,L-L+Ld-Ld (A+Fe3C共晶)-Ld (A+Fe3C共晶+Fe3CII)-Ld(P+Fe3CII+Fe3C,5.共晶白口鑄鐵的組織的變化順序,6.過共晶白口鑄鐵的組織的變化順序,隨含碳量的不同，其組織順序,含碳量越高，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性越低，這在鋼經(jīng)過熱處理后表現(xiàn)尤為明顯,五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關(guān)系,四、FeFe3C相圖的應(yīng)用,1、在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用 FeFe3C相圖反映了鐵碳合金的組織、性能隨成分的變化規(guī)律，為鋼鐵材料的選用提供了依據(jù)。如各種

10、型鋼及橋梁、船舶、各種建筑結(jié)構(gòu)等，都需要強(qiáng)度較高、塑性及韌性好、焊接性能好的材料，故一般選用含碳量較低（WC0.25）的鋼材；各種機(jī)械零件要求強(qiáng)度、塑性、韌性等綜合性能較好的材料，一般選用碳含量適中（WC0.300.55）的鋼；各類工具、刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，則可選用含碳量較高（WC0.701.2）的鋼。純鐵的強(qiáng)度低，不宜用作工程材料。白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能鍛造和切削加工，但鑄造性能好，耐磨性高，適于制造不受沖擊、要求耐磨、形狀復(fù)雜的工件，如冷軋輥、球磨機(jī)的鐵球等,Fe-Fe3C相圖揭示了鐵碳合金的組織隨成分變化的規(guī)律，由組織可以判斷出鋼鐵材料的力學(xué)性能，以便合理選

11、用鋼鐵材料,2、在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用 根據(jù)FeFe3C相圖的液相線，可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點(diǎn)，從而確定合金的熔化澆注溫度（一般在液相線以上50100）。從FeFe3C相圖中還可以看出，靠近共晶成分的鐵碳合金不僅熔點(diǎn)低，而且結(jié)晶溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。因此生產(chǎn)上總是將鑄鐵的成分選在共晶成分附近,共晶成分的鐵碳合金熔點(diǎn)最低,結(jié)晶溫度范圍最小,具有良好的鑄造性能,3、在鍛造方面的應(yīng)用碳鋼在室溫下塑性較差，變形較困難，只有將其加熱到單一奧氏體狀態(tài)，才具有較高的塑性和較低的強(qiáng)度，容易產(chǎn)生塑性變形。所以，鍛、軋溫度通常選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)。一般始鍛（或始軋）溫度控制在固相線以下10020

12、0范圍內(nèi)，溫度不宜太高，以免鋼材嚴(yán)重氧化或發(fā)生奧氏體晶界熔化（過燒）。終鍛（或終軋）溫度，一般亞共析鋼控制在稍高于GS線，過共析鋼控制在稍高于PSK線。溫度不能太低，以免鋼材因塑性變差，導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋,4、在熱處理方面的應(yīng)用 FeFe3C相圖是制訂熱處理工藝的依據(jù)。應(yīng)用FeFe3C相圖可以正確選擇各種碳鋼的退火、正火、淬火等熱處理的加熱溫度范圍。由于含碳量的不同，各種碳鋼熱處理的加熱溫度和組織轉(zhuǎn)變也各不相同，都可從狀態(tài)圖中求得,5、在焊接方面的應(yīng)用（補(bǔ)充） 焊接時(shí)由焊縫到母材各區(qū)域的溫度是不同的，根據(jù)FeFe3C相圖可知，受到不同加熱溫度的各區(qū)域在隨后的冷卻中可能會(huì)出現(xiàn)不同的組織和性能。這需要在

13、焊接之后采用相應(yīng)的熱處理方法加以改善,課堂練習(xí)： 1、共析鋼冷卻到S點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，從奧氏體中同時(shí)析出（ ）和（ ）的混合物，稱為（ ） 。 2、過共晶白口鑄鐵的室溫組織是（ ）加（ ）。 3、共晶白口鑄鐵的含碳量為（ ）,鐵素體,滲碳體,珠光體,一次滲碳體,低溫萊氏體,4.3,一、 填空題 1、常見的金屬晶體類型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三種。 2、金屬的整個(gè)結(jié)晶過程包括（ ）、（ ）兩個(gè)基本過程組成。 3、根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所處的位置不同，固溶體分為（ ）和（ ）兩種。 4、鐵碳合金的基本組織中屬于固溶體的有（ ）和（ ）,屬于金屬化合物的有（ ），屬于混合物的有（

14、）和萊氏體。 5、原子呈無序堆積狀態(tài)的物體叫（ ）；原子呈有序、有規(guī)則排列的物體叫（ ）。一般固態(tài)金屬都屬于（ ）。 6、常溫下金屬的塑性變形方式主要有（ ）和（ ）兩種。 7、變形一般分為（ ）變形和（ ）變形兩種，不能隨載荷的去除而消失的變形稱為（ ）變形。 8、細(xì)化晶粒的根本途徑是控制結(jié)晶時(shí)的（ ）及（ ）。 9、只有經(jīng)過（ ）的金屬才會(huì)發(fā)生再結(jié)晶,二、選擇題 1、奧氏體是具有（ ）晶格的鐵。 A 體心立方 B 面心立方 C密排六方 D 無規(guī)則幾何形狀 2、合金發(fā)生固溶強(qiáng)化的主要原因（ ）。 A晶格類型發(fā)生了變化 B 晶粒細(xì)化 C 晶格發(fā)生畸形 D 晶界面積發(fā)生變化 3、鐵碳合金相圖上的

15、共析線是（ ）。 A、ACD B、ECF C、PSK 4、組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)稱為（ ）。 A、相 B、組元 C、組織 5、單晶體的滑移變形是在（ ）的作用下發(fā)生的。 A、切應(yīng)力 B、拉應(yīng)力 C、壓力,6、金屬在固態(tài)下隨著溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象稱為（ ）。 A、再結(jié)晶 B、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 C、共晶轉(zhuǎn)變 7、冷加工是指金屬發(fā)生塑性變形的溫度為（ ）。 A、常溫不加熱 B、500C以下 C、再結(jié)晶溫度以下 8、拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷前能承受的最大應(yīng)力稱為材料的（ ）。 A、屈服強(qiáng)度 B、抗拉強(qiáng)度 C、彈性極限 9、金屬的強(qiáng)度越低、塑性越好，其（ ）越好。 A、鑄造性 B、壓力

16、加工性 C、焊接性 10、測(cè)定半成品、毛坯、鑄件的硬度，一般選用（ ）。 A、洛氏硬度計(jì) B、維氏硬度計(jì) C、布氏硬度計(jì),三、判斷題 1、金屬化合物晶格類型完全不同于任一組的晶格類型。（ ） 2、碳在奧氏體中的溶解度隨溫度的提高而減小。（ ） 3、亞共析鋼的平衡組織為珠光體。 （ ） 4、體心立方晶格的原子位于立方體的八個(gè)頂角及立方體六個(gè)平面的中心。（ ） 5、洛氏硬度值無單位。（ ） 6、一般說，晶粒越細(xì)小，金屬材料的力學(xué)性能越好。（ ） 7、多晶體中各晶粒的位向是完全相同的。（ ） 8、所有金屬在拉伸試驗(yàn)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)顯著的屈服現(xiàn)象。（ ） 9、固溶體的晶格類型與溶劑的晶格類型相同。（ ） 10.體心立方晶格的塑性和面心立方晶格一樣好。（,鐵碳合金畫法演示,0,6.69,C,T,6,0.0218,0.77,2.11,4.3,727,1148,C,P,E,S,Fe,1538,Fe3C,1227,A,D,ACD線為液相線，也稱為結(jié)晶開始線,L,L+A,L+Fe3C,912,G,AECF線為固相線，也稱為結(jié)晶終止線,F,K,AESG圍成的相區(qū)為單一奧氏體區(qū)用A（-Fe）表示,-Fe為面心立方晶格,A,Q,GS線表示降溫過程中A轉(zhuǎn)變?yōu)镕(-Fe )的開始線或者是升溫過程中F轉(zhuǎn)變?yōu)锳的