鐵碳合金相圖

1、鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變形成形成Fe - Fe3C 相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能性能Fe - Fe3C 相圖分析相圖分析碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織、性能的影響Fe - Fe3C 相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化一、純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的組元與基本相鐵碳合金的組元與基本相1394153810006008001200溫度時(shí)間16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)

2、變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的機(jī)械性純鐵的機(jī)械性能能二、鐵碳合金的基本相二、鐵碳合金的基本相鐵素體組織金相圖鐵素體組織金相圖奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖滲碳體滲碳體Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)及組織金相圖的晶體結(jié)構(gòu)及組織金相圖正交晶系晶體正交晶系晶體 第二節(jié)第二節(jié) Fe - Fe3C 相圖相圖 一、一、Fe - Fe3C 相圖分析相圖分析Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%

3、CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C )Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C )1.1. 鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義 2.2.相圖中主要線的含義相圖中主要線的含義ACDACD線線液相線

4、液相線 是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的溫度線。溫度線。AECFAECF線線固相線固相線 合金冷卻到該線時(shí)全部液態(tài)結(jié)合金冷卻到該線時(shí)全部液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)。晶為固態(tài)。ECFECF水平線水平線共晶線共晶線 含碳量為含碳量為2.11%2.11%6.69%6.69%的的鐵碳合金冷卻到此線時(shí)，會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)。鐵碳合金冷卻到此線時(shí)，會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)。PSKPSK水平線水平線共析線（共析線（A A1 1線）線） 含碳量為含碳量為0.0218%0.0218%6.69%6.69%的鐵碳合金，在結(jié)晶過程中遇到該線會(huì)發(fā)生共的鐵碳合金，在結(jié)晶過程中遇到該線會(huì)發(fā)生共析反應(yīng)。析反應(yīng)。GSGS線線（A

5、A3 3線）線） 是冷卻時(shí)奧氏體中析出鐵素體的是冷卻時(shí)奧氏體中析出鐵素體的開始線。開始線。ESES線線稱稱A Acmcm線線 是碳在奧氏體中的溶解度線，實(shí)是碳在奧氏體中的溶解度線，實(shí)際上是冷卻時(shí)由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線際上是冷卻時(shí)由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線3. 兩種反應(yīng)：兩種反應(yīng)：1148 (1)共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) 一定成分的一定成分的液相液相在一定的溫度下同時(shí)在一定的溫度下同時(shí)結(jié)晶結(jié)晶出兩種成出兩種成分和結(jié)構(gòu)均分和結(jié)構(gòu)均不相同不相同的固相的反應(yīng)。的固相的反應(yīng)。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即萊氏體共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即萊氏體 Ld=(A2.11%c+

6、Fe3C6.69%c)萊氏體（萊氏體（ Ld ）： 奧氏體（奧氏體（A）和滲碳體（）和滲碳體（Fe3C）組成的機(jī)械混合物。）組成的機(jī)械混合物。 性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。(2) 共析反應(yīng)共析反應(yīng) 一定成分的一定成分的固相固相在一定的溫度下同時(shí)在一定的溫度下同時(shí)析出析出兩種成分和兩種成分和結(jié)構(gòu)均結(jié)構(gòu)均不相同不相同的的 新的新的固相固相的反應(yīng)。的反應(yīng)。A0.77%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體 PF0.02%c+Fe3C6.69%c珠光體（珠光體（ P ）：）： 鐵素體（鐵素體（F）和滲碳體（）和滲碳體（Fe3C）組成的

7、機(jī)械混合物。）組成的機(jī)械混合物。 性能性能-力學(xué)性能介于兩者之間。力學(xué)性能介于兩者之間。鐵鐵碳碳合合金金含碳量為含碳量為2.11%6.69%2.11%6.69%的鐵碳合金。的鐵碳合金。共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵： 含碳量為含碳量為4.3%;亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵：含碳量在含碳量在2.11%4.3%之間；之間；過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵：含碳量在含碳量在4.3%6.69%之間；之間；含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的鐵碳合金。的鐵碳合金。工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵碳鋼碳鋼白口鑄鐵白口鑄鐵 含碳量為含碳量為0.02%2.11%的鐵碳合金。根的鐵碳合金。根據(jù)金相據(jù)金相 組織的不同，可分為三種。組

8、織的不同，可分為三種。共析鋼：共析鋼： 含碳量為含碳量為0.77%;亞共析鋼：亞共析鋼：含碳量在含碳量在0.02%0.77%之間；之間；過共析鋼：過共析鋼：含碳量在含碳量在0.77%2.11%之間；之間；3.鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類1.工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵1點(diǎn)以上點(diǎn)以上 L 12 L23 34 A4 5 A5 6 A+F6 7 F7 8 F+Fe3C二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織2.碳鋼的結(jié)晶過程分析碳鋼的結(jié)晶過程分析1）共析鋼（）共析鋼（T8鋼）鋼）含碳量為含碳量為0.77% 1點(diǎn)以上點(diǎn)以上 L 12 LA 23 A 33點(diǎn)點(diǎn) AP 3點(diǎn)以下點(diǎn)以下

9、P(F+Fe3C)二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織二、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織中各相含量中各相含量 共析鋼組織金相圖共析鋼組織金相圖含碳量在含碳量在0.02%0.77%之間之間1點(diǎn)以上點(diǎn)以上 L 12 LA23 A34 A+F44 AP4點(diǎn)以下點(diǎn)以下 P+F2 2）亞共析鋼）亞共析鋼(45(45鋼）鋼）亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖AAAAAAFAF含碳量在含碳量在0.77%2.11%之間之間1點(diǎn)以上點(diǎn)以上 L 12 L+A 23 A34 A+Fe3CII4點(diǎn)點(diǎn) AP4點(diǎn)以下點(diǎn)以下 P+Fe3CII3）過共析鋼（）過共析鋼（T10) 過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖(1)

10、共晶生鐵結(jié)晶過程分析共晶生鐵結(jié)晶過程分析(wc=4.3%)2 .白口鑄鐵的結(jié)晶過程分析白口鑄鐵的結(jié)晶過程分析1點(diǎn)以上點(diǎn)以上 L 11 Ld（A+Fe3C） 12 Ld（Fe3C+A+Fe3C)23 Ld（P+Fe3C+Fe3C) 共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鐵組織金相圖(2)亞共晶生鐵結(jié)晶過程分析亞共晶生鐵結(jié)晶過程分析(2.11%wc4.3%)1點(diǎn)以上點(diǎn)以上 L 12 L+A22 A+Ld 23 A+Ld（A+Fe3C+Fe3C)33 P+ Ld（P+Fe3C+Ld) 亞共晶白口鐵組織金相圖亞共晶白口鐵組織金相圖(3)過共晶生鐵結(jié)晶過程分析過共晶生鐵結(jié)晶過程分析(4.3%wc6.69%)1點(diǎn)以

11、上點(diǎn)以上 L 12 L+Fe3C22 Fe3C+Ld 23 Fe3C+Ld （A+Fe3C+Fe3C)33 Fe3C+ Ld（P+Fe3C+Ld)34 Fe3C+ Ld 過共晶白口鐵組織金相圖過共晶白口鐵組織金相圖第三節(jié)第三節(jié) 含含碳量與鐵碳合金組織及性能的關(guān)系碳量與鐵碳合金組織及性能的關(guān)系 鐵碳合金含碳量對(duì)鐵碳合金含碳量對(duì)平衡組織平衡組織的影響的影響 鐵碳合金含碳量對(duì)鐵碳合金含碳量對(duì)力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響 鐵碳相圖的鐵碳相圖的應(yīng)用應(yīng)用一、鐵碳合金含碳量對(duì)平衡組織的影響一、鐵碳合金含碳量對(duì)平衡組織的影響二、鐵碳合金含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響二、鐵碳合金含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響低碳鋼有良好的塑性

12、、低碳鋼有良好的塑性、韌性；韌性；中碳鋼既有較好韌性、中碳鋼既有較好韌性、塑性，又有較好的強(qiáng)度、塑性，又有較好的強(qiáng)度、硬度，即具有良好的綜合硬度，即具有良好的綜合力學(xué)性能；力學(xué)性能；高碳鋼具有高的硬度。高碳鋼具有高的硬度。u為了保證鋼具有足夠的強(qiáng)度和一定的塑性、韌性，工業(yè)上所用碳鋼的含碳量 一般都不超過 1.3。純鐵含碳量很低，由單相構(gòu)成，塑性好，硬度和強(qiáng)度都很低。亞共析鋼的組織有不同數(shù)量的和P組成。隨著含碳量的增加，組織中P的數(shù)量相應(yīng)增加，鋼的硬度、強(qiáng)度上升，而塑性下降。共析鋼的緩冷組織由片層狀的P構(gòu)成。由于Fe3C是一個(gè)強(qiáng)化相，以細(xì)片狀分散分布在軟韌的基體上，起到了強(qiáng)化作用，使P具有較高的

13、強(qiáng)度和硬度，但塑性較差。過共析鋼緩冷后的組織由P和Fe3C所組成。隨著含碳量的增加，F(xiàn)e3C的數(shù)量逐漸增加。當(dāng)含碳量不超過1.0%時(shí)，由于晶界上析出的Fe3C一般還沒有連成網(wǎng)狀，故對(duì)性能影響不大。當(dāng)含碳量超過1.0%后，因數(shù)量的增加并呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，故使鋼具有很大的脆性，塑性很低，強(qiáng)度也隨之降低。三三 、鐵碳相圖的應(yīng)用鐵碳相圖的應(yīng)用1 1、選用材料、選用材料： 由鐵碳相圖可知，合金中隨著含碳量的不同，其組由鐵碳相圖可知，合金中隨著含碳量的不同，其組織各不相同，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同。因此，我織各不相同，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同。因此，我們就可以根據(jù)機(jī)器零件所要求的性能來選擇不同含們就可以根據(jù)機(jī)器

14、零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。碳量的材料。2 2、判斷切削加性能、判斷切削加性能： 低碳鋼低碳鋼中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中碳中碳鋼鋼中鐵素體含量比例適當(dāng)，鋼的硬度適當(dāng)，易于加中鐵素體含量比例適當(dāng)，鋼的硬度適當(dāng)，易于加工。工。三三 、鐵碳相圖的應(yīng)用鐵碳相圖的應(yīng)用3 3、制定熱加工工藝：、制定熱加工工藝： 在在鑄造鑄造工藝方面，根據(jù)相圖可以確定合適的熔化溫工藝方面，根據(jù)相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注溫度，含碳量為度和澆注溫度，含碳量為4.3%4.3%的鑄鐵鑄造性最好；的鑄鐵鑄造性最好；在在鍛造鍛造工藝方面，可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫工藝方面

15、，可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應(yīng)在奧氏體區(qū)。度范圍應(yīng)在奧氏體區(qū)。4 4、應(yīng)用于熱處理生產(chǎn)：、應(yīng)用于熱處理生產(chǎn)： 由相圖可知合金在固態(tài)加熱和冷卻過程中均有組織由相圖可知合金在固態(tài)加熱和冷卻過程中均有組織的變化，可以進(jìn)行熱處理。并且可以正確選擇加熱的變化，可以進(jìn)行熱處理。并且可以正確選擇加熱溫度。溫度。1.1.試用試用FeFeFeFe3 3C C相圖解釋下列現(xiàn)象相圖解釋下列現(xiàn)象: :（1 1）進(jìn)行熱軋或鍛造時(shí)，通常將鋼材加熱至）進(jìn)行熱軋或鍛造時(shí)，通常將鋼材加熱至100010000 0C C125012500 0C C；（2 2）鋼鉚釘一般用低碳鋼（）鋼鉚釘一般用低碳鋼（wcwc0.250.2

16、5）制作；）制作；（3 3）綁扎物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起）綁扎物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩由重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩由6060鋼（鋼（wc=0.60wc=0.60）、）、6565鋼（鋼（wc=0.65wc=0.65）、）、7070鋼（鋼（wc=0.70wc=0.70）等制成）等制成；（4 4）在）在11001100時(shí)，時(shí)，wc=0.4wc=0.4的鐵碳合金可進(jìn)行鍛造的鐵碳合金可進(jìn)行鍛造，而，而wc=4.0wc=4.0的鐵碳合金不能鍛造；的鐵碳合金不能鍛造；（5 5）鉗工鋸削）鉗工鋸削T8T8鋼（鋼（wc=0.8wc=0.8）、）、T10T10鋼（鋼（wc=1

17、.0wc=1.0）、）、T12T12鋼（鋼（wc=1.2wc=1.2）等鋼料比鋸削）等鋼料比鋸削1010鋼（鋼（wc=0.10wc=0.10）、）、2020鋼（鋼（wc=0.20wc=0.20）等鋼料費(fèi)力，鋸條易磨鈍）等鋼料費(fèi)力，鋸條易磨鈍2.2.將碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為將碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.45%0.45%，0.77%0.77%，1.20%1.20%的碳鋼試樣的碳鋼試樣A A、B B、C C進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和金相顯微組織觀察，試回答下進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和金相顯微組織觀察，試回答下列問題：列問題：（1 1）它們的室溫平衡組織分別是：）它們的室溫平衡組織分別是：A_,B_,C_A_,B_,C_。（2 2

18、）_試樣的組織中有滲碳體網(wǎng)存在。試樣的組織中有滲碳體網(wǎng)存在。（3 3）_試樣鐵素體量最多。試樣鐵素體量最多。（4 4）_試樣滲碳體量最多。試樣滲碳體量最多。（5 5）_試樣的塑性最好試樣的塑性最好_試樣的試樣的塑性最差。塑性最差。（6 6）_試樣的強(qiáng)度最好，試樣的強(qiáng)度最好，_ _ 試試樣的硬度最高。樣的硬度最高。選擇題選擇題: :1.1.珠光體是下述（珠光體是下述（ ）反應(yīng)的產(chǎn)物。）反應(yīng)的產(chǎn)物。A.A.共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)B.B.勻晶反應(yīng)勻晶反應(yīng)C.C.共析反應(yīng)共析反應(yīng)2 2鐵碳合金的基本組織中屬于基本相的有（鐵碳合金的基本組織中屬于基本相的有（ ）。）。A.A.珠光體珠光體 B B萊氏體萊氏體 C C鐵素體鐵素體 D D奧氏體奧氏體 E.E.滲碳滲碳3.3.共析鋼室溫下的平衡組織為（共析鋼室溫下的平衡組織為（ ）。）。 A. A.