活動(dòng)二 鐵碳合金

活動(dòng)二鐵碳合金相圖1.鐵碳合金的組元和相2.鐵碳合金相圖分析3.典型鐵碳合金結(jié)晶過程及其組織

5.鐵碳相圖的應(yīng)用及局限鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)。4.含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.晶體概念

晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型

晶體

固態(tài)物質(zhì)

非晶體組成晶體的原子或離子、分子呈規(guī)則、周期性重復(fù)排列的固體；例如：水晶、天然水晶石

組成非晶體的原子或離子、分子呈無規(guī)則排列的固體。例如：松香、石蠟和玻璃｛一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.晶體概念

晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.晶體概念

晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型

(1)晶格（點(diǎn)陣）為了便于研究晶體中原子排列的情況，通常用一個(gè)小鋼球代替一個(gè)原子，并把不停振動(dòng)的原子當(dāng)作在它平衡位置上靜止不動(dòng)，這樣金屬晶體結(jié)構(gòu)就可用許多小鋼球互相緊密接觸的堆砌模型來表示（剛球模型）。一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.晶體概念

(2)晶胞晶胞是晶格中能代表原子排列的最小幾何單元體，它是一個(gè)簡單的多面體結(jié)構(gòu)。..\VIDEO\晶胞.AVI第一章工程材料類型及金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.2晶體概念

1.2.2晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型

5.常見的金屬晶格類型

工業(yè)上使用的金屬雖然有幾十種，但除少數(shù)金屬具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)金屬均具有比較簡單的晶體結(jié)構(gòu)。最常見的晶體結(jié)構(gòu)只有三種，即

體心立方（bcc）面心立方(fcc)

密排六方(hcp)

前兩種屬于立方晶系，后一種屬于六方晶系。一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

常見的金屬晶格類型（一）體心立方結(jié)構(gòu)

(b)(c)圖1－2體心立方晶胞（a）鋼球模型（b）質(zhì)點(diǎn)模型（c）晶胞原子數(shù)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

（二）面心立方結(jié)構(gòu)面心立方晶胞除了晶胞的8個(gè)角上各有一個(gè)原子外，在每個(gè)立方體面的中心還有一個(gè)原子，故稱面心立方結(jié)構(gòu)。一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

（三）密排六方結(jié)構(gòu)

(Mg、Zn、-Co)二、鐵碳合金的組元和相1、組元：Fe、Fe3C2、相⑴鐵素體：碳在α-Fe中的固溶體稱鐵素體，用F

或

表示。碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體⑵奧氏體:碳在-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體⑶滲碳體：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。

Fe3C硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。

Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨），該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

三、鐵碳合金相圖的分析1、特征點(diǎn)?????LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

2、特征線⑴液相線—ABCD，固相線—AHJECFD⑵三條水平線：

HJB：包晶線LB+δH?

J

ECF：共晶線LC?

E+Fe3C

共晶產(chǎn)物是

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作萊氏體，用Le表示。為蜂窩狀，以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體

PSK：共析線

A

S

?FP+Fe3C

共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是

與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作珠光體，用P表示。其組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相之間。PSK線又稱A1線。珠光體L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C（3）其它相線GS-----奧氏體與鐵素體的相互轉(zhuǎn)變線，GS又稱A3

線GP-----奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終了線ES—碳在奧氏體中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在α-Fe中的溶解度曲線。3、相區(qū)⑴五個(gè)單相區(qū)：L、、、、Fe3C⑵七個(gè)兩相區(qū)：L+

、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C⑶三個(gè)三相區(qū)：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三條水平線

四、典型合金的平衡結(jié)晶過程鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：⑴工業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單相鐵素體。⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相，易于變形，①亞共析鋼(0.0218~0.77%C)②共析鋼(0.77%C)③過共析鋼(0.77~2.11%C)五、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1、含碳量對室溫平衡組織的影響根據(jù)杠桿定律的計(jì)算結(jié)果，可求出含碳量與緩冷后的相及組織組成物之間的定量關(guān)系：隨含碳量增加，組織中Fe3C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在

基體內(nèi)(P中Fe3C)變?yōu)榉植荚贏晶界上(Fe3CⅡ)，最后形成萊氏體時(shí)，F(xiàn)e3C已作為基體出現(xiàn)。

2、含碳量對力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100%P，含碳量對力學(xué)性能的影響

鋼的性能即P的性能。＞0.9%C,Fe3CⅡ?yàn)?/p>

晶界連續(xù)網(wǎng)狀,強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C,組織中有以Fe3C為基的Le’，合金太脆。3、含碳量對工藝性能的影響⑴切削性能：中碳鋼比較合適。⑵可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。⑶鑄造性能：共晶成分附近的合金鑄造性能好。⑷焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。⑸熱處理性能：第六章介紹。焊縫組織鑄造六、鐵碳合金平衡相圖的應(yīng)用（1）1、選材的依據(jù)2、選擇鑄造合金成分和澆注溫度的依據(jù)3、確定鋼的鍛造溫度的依據(jù)4、研究焊縫區(qū)及近縫區(qū)組織和性能變化的理論依據(jù)5、確定各種熱處理工藝的依據(jù)：根據(jù)對工件材料性能要求的不同，各種不同熱處理方法的加熱溫度都是參考Fe-Fe3C相圖選定的。

六、鐵碳合金平衡相圖的應(yīng)用（2）

1在選材上的應(yīng)用低碳鋼：塑性、韌性好，用于沖壓件、焊接件、抗沖擊件。中碳鋼:綜合力學(xué)性能較好，用于軸、齒輪等。高碳鋼：強(qiáng)度、硬度、耐磨性好，用于各種工模具。白口鐵：性硬而脆，但鑄造性能好，用于不受沖擊的鑄件。

2在鑄造工藝上的應(yīng)用根據(jù)Fe-Fe3C相圖的液相線可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點(diǎn)，從而確定合適的熔化、澆注溫度(液相線以上50~100℃)。還可以看到鋼的熔化與澆注溫度都要比鑄鐵高，如下圖所示。此外，靠近共晶成分的鐵碳合金不僅熔點(diǎn)低，而且凝固溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。這類合金適宜于鑄造，在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。六、鐵碳合金平衡相圖的應(yīng)用（3）

Fe-Fe3C相圖與鑄、鍛工藝的