熱處理第三章PPT

第三章鐵碳合金和鐵碳相圖鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的合金；含碳量為0.0218%~2.11%的稱鋼；含碳量為2.11%~6.69%的稱鑄鐵；含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，已無(wú)實(shí)用價(jià)值；實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。鑄鐵碳鋼3.1Fe-Fe3C系合金的組元與基本相純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化而變化的

現(xiàn)象稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（或重結(jié)晶）。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一：固態(tài)相變。1.純鐵1394℃912℃-Fe?-Fe?-Fe鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：-Fe、-Fe為體心立方結(jié)構(gòu)(bcc)，-Fe為面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)，都是鐵的同素異構(gòu)體。-Fe-Fe2.Fe3C鐵素體：碳在α-Fe中的固溶體稱鐵素體,用α或F表示。α-Fe溶解碳的能力很小，隨溫度的不同而不同。600℃時(shí)為0.006%，室溫下僅為0.0008%,727℃時(shí)最大達(dá)0.02%，是體心立方(bcc)間隙固溶體。鐵素體性能：α-Fe叫工業(yè)純鐵，韌性很好，延伸率δ=45~50%，強(qiáng)度和硬度均不高，σb=250MPa，HB＝80。晶粒為均勻明亮的多邊形。奧氏體：碳在γ-Fe中的固溶體稱奧氏體，用γ或A表示，是面心立方(fcc)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。性能：強(qiáng)度低、塑性好，

鋼材熱加工都在γ區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體奧氏體滲碳體：是Fe和Ｃ形成的穩(wěn)定化合物，含Ｃ量為6.69%，具有復(fù)雜的晶格，用Fe3C表示。性能：Fe3C硬度高(HB約800)、強(qiáng)度低(σb=35MPa),脆性大,塑性幾乎為零，其形狀可以是片狀、網(wǎng)狀和粒狀。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體

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。3.2Fe-Fe3C相圖?????LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

一、概述⒈特征點(diǎn)萊氏體特征相線：(1)

液相線—ABCD,固相線—AHJECF;(2)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(或Ｌd)表示。為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。PSK：共析線

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。珠光體珠光體的組織特點(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。其它相線(1)GS,GP—

?

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱A3線。(2)HN,JN—δ?

固溶體轉(zhuǎn)變線。(3)ES—碳在

-Fe中的固溶線，又稱Acm線。(4)PQ—碳在-Fe中的固溶線。⒊相區(qū)(1)五個(gè)單相區(qū)：L、、、、Fe3C

(2)七個(gè)兩相區(qū):L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+

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

3.3鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳相圖上的合金，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γ

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)⑶白口鑄鐵(2.11~6.69%C)，鑄造性能好,硬而脆①亞共晶白口鑄鐵(2.11~4.3%C)；②共晶白口鑄鐵(4.3%C)；③過共晶白口鑄鐵(4.3~6.69%C)亞共析鋼共析鋼過共析鋼共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵NSJBHL+++

（一）工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)椋?-4點(diǎn)間→，5-6點(diǎn)間→。到7點(diǎn)，從中析出Fe3C。工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程

隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。室溫下Fe3CⅢ最大量為:

從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用Fe3CⅢ表示。

Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)椤?/p>

到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

S?P+Fe3C,

全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w(P)。（二）共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程珠光體Q珠光體在光鏡下呈指紋狀。相變結(jié)束時(shí)，珠光體中相的相對(duì)重量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點(diǎn)以下，共析中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P。室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)重量百分比是多少？Q43219

0.09~0.53%C亞共析鋼冷卻時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng).以0.45%C的鋼為例合金在4點(diǎn)以前通過勻晶—包晶—?jiǎng)蚓Х磻?yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?。?點(diǎn)，由γ中析出α。

到5點(diǎn),γ成分沿GS線變到S點(diǎn)，γ發(fā)生共析

反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。+Fe3CⅢGSPABJH溫度繼續(xù)下降，

中析出Fe3CⅢ，由于與共析Fe3C結(jié)合,且量少,忽略不計(jì)。（三）亞共析鋼的結(jié)晶過程亞共析鋼的結(jié)晶過程S’共析溫度下相(+Fe3C)的相對(duì)重量為：

組織組成物(+P)的相對(duì)重量為：

利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量:

C%=P面積%×0.77%(忽略中含碳量，P面積%=QP)室溫下相的相對(duì)重量百分比為：室溫下組織組成物的相對(duì)重量百分比為：S’亞共析鋼室溫下的組織為F(α)+P。在0.0218~0.77%C范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織（四）過共析鋼的結(jié)晶過程合金在1~2點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

,到3點(diǎn),開始析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈網(wǎng)狀分布.溫度下降,Fe3CⅡ量增加。到4點(diǎn)，

成分沿ES線變化到S點(diǎn)，余下的

轉(zhuǎn)

變?yōu)镻。在共析溫度下Fe3CⅡ的相對(duì)量？過共析鋼的結(jié)晶過程室溫下兩相(+Fe3C)的相對(duì)重量百分比：室溫下兩組織組成物(P+Fe3CⅡ)的相對(duì)重量百分比：12345S’

（五）共晶白口鐵的結(jié)晶過程Fe3C合金冷卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體(Le)，萊氏體是共晶

與共晶Fe3C的機(jī)械混合物,呈蜂窩狀。共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，兩相的相對(duì)重量百分比為:C點(diǎn)以下,

成分沿ES線變化，共晶

將析出Fe3CⅡ。

Fe3CⅡ與共晶Fe3C

結(jié)合，不易分辨。1’2Fe3C溫度降到2點(diǎn),

成分達(dá)到0.77%,此時(shí),相的相對(duì)重量:在2點(diǎn),共晶

發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由P與Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體,用Le’表示.

2點(diǎn)以下，共晶體中P的變化同共析鋼。S共晶白口鐵室溫組織為L(zhǎng)e’(P+Fe3C),

它保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。室溫下兩相的相對(duì)重量百分比為：

（六）亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程合金在1~2點(diǎn)間析出

。到2點(diǎn)，液相成分變到C點(diǎn),并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。2~3點(diǎn)間從中析出Fe3CⅡ，一次的Fe3CⅡ被共晶襯托出來。到3點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)镻。亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3CⅡ+Le’。室溫下組織組成物相對(duì)重量百分比為：ECFD1234N室溫下相的相對(duì)重量百分比?1~2點(diǎn)間從液相中析出Fe3C,這種滲碳體稱一次滲碳體，用Fe3CⅠ表示，呈粗條片狀。到2點(diǎn)，余下的液相成分變到C點(diǎn)并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。DFK3Fe3C124（七）過共晶白口鐵的結(jié)晶過程2點(diǎn)以下,Fe3CⅠ成分重量不再發(fā)生變化,Le變化同共晶合金，其室溫組織為Fe3CⅠ+Le’。

組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)別主要在+Fe3C和+Fe3C兩個(gè)相區(qū).+Fe3C相區(qū)中有四個(gè)組織組成物區(qū)，+Fe3C相區(qū)中有七個(gè)組織組成物區(qū)。+Fe3C+Fe3C（八）組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+FALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%溫度3.4含碳量對(duì)鐵碳合金組織與力學(xué)性能的影響鋼鐵素體亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：3.4.1對(duì)平衡組織的影響3.4.2對(duì)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,鋼的性能即P的性能。

＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B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.3.5鋼中的雜質(zhì)元素3.5.1硅和錳的影響鋼中的雜質(zhì)一般是指Mn、Si、P、S。是由原料帶入或脫氧殘留的元素。Mn:0.8%時(shí)為雜質(zhì)。作用:(1)強(qiáng)化鐵素體;(2)消除硫的有害作用。

Si：0.5%時(shí)為雜質(zhì)。作用為：(1)強(qiáng)化鐵素體；(2)增加鋼液流動(dòng)性。S：常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點(diǎn)共晶(985℃)，熱加工時(shí)(1150~1200℃)，由于其熔化而導(dǎo)致開裂，稱熱脆性。鋼中的硫應(yīng)控制在0.045%以下.Mn可消除硫的有害作用,FeS+Mn→Fe+MnS，MnS熔點(diǎn)高(1600℃)。P：也是有害元素。能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，稱冷脆性。P一般控制在0.045%以下。有益元素：有害元素：3.6金屬鑄錠宏觀組織在實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬被澆注到錠模中便得到鑄錠，而注入到鑄型模具中成型則得到鑄件。鑄錠(件)