材料科學(xué)基礎(chǔ)第8章 鐵碳相圖

§7.5二元包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：一定溫度下，由特定成分的固相與確定成分的液相發(fā)生反應(yīng)生成另一種特定成分的固相的轉(zhuǎn)變。包晶相圖：兩組元液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)有限互溶并具有包晶轉(zhuǎn)變的相圖。圖形特點(diǎn)：LαβLp+αc=βD§7.5二元包晶相圖三種類型包晶相圖§7.5二元包晶相圖7.5.1相圖分析

點(diǎn)：線：區(qū)：§7.5.2包晶合金的平衡凝固和組織7.5.2.1ωAg=0.424的Pt-Ag合金（包晶合金）結(jié)晶過(guò)程：包晶轉(zhuǎn)變機(jī)理：§7.5.2包晶合金的平衡凝固和組織7.5.2.1ωAg=0.424的Pt-Ag合金（包晶合金）結(jié)晶過(guò)程：包晶轉(zhuǎn)變機(jī)理：包晶反應(yīng)時(shí)原子遷移示意圖§7.5.2包晶合金的平衡凝固和組織7.5.2.2其他包晶合金的平衡凝固§7.5.2包晶合金的平衡凝固和組織7.5.2.2其他包晶合金的平衡凝固§7.6其他二元相圖7.6.1形成化合物的二元相圖穩(wěn)定化合物：有固定的熔點(diǎn)，熔點(diǎn)以下保持固有的結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解。在相圖上，可將其看作一個(gè)獨(dú)立組元不穩(wěn)定化合物：加熱至一定溫度時(shí)發(fā)生分解。分解為液相及另一個(gè)固相，而液相成分不同于化合物的成分。K-Na

二

元

相

圖§7.6其他二元相圖§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖恒溫反應(yīng)類型：分解型，合成型7.6.2.1分解型恒溫轉(zhuǎn)變相圖(1)具有共析轉(zhuǎn)變的相圖共析轉(zhuǎn)變：由一個(gè)固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨蓚€(gè)固相。反應(yīng)式：γα+β圖形特點(diǎn)：共析組織：共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，為兩相交替排列的混合物，比共晶組織細(xì)密。相圖實(shí)例：鐵碳相圖βαγ§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖7.6.2.1分解型恒溫轉(zhuǎn)變相圖(2)偏晶相圖偏晶轉(zhuǎn)變：一定溫度下從一定成分的一種液相中分解出一個(gè)固相與另一種成份的液相，且固相的相對(duì)量總是偏多的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)式：L1L2+α

圖形特點(diǎn)：相圖實(shí)例：Cu-Pb，Cu-O，Mn-Pb，Cu-SL2αL1§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖Cu-Pb二元相圖§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖7.6.2.1分解型恒溫轉(zhuǎn)變相圖(3)熔晶相圖熔晶轉(zhuǎn)變：一定溫度時(shí)，從一個(gè)固相分解成一個(gè)液相和另一個(gè)固相的反應(yīng)。反應(yīng)式：δγ+L圖形特點(diǎn)：相圖實(shí)例；Fe-B，F(xiàn)e-S，Cu-SbLγδ§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖Fe-B二元相圖§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖7.6.2.2合成型恒溫轉(zhuǎn)變相圖(1)具有包析轉(zhuǎn)變的相圖包析轉(zhuǎn)變：一定溫度時(shí)，有兩個(gè)一定成份的固相生成另一個(gè)一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)式：β+αγ圖形特點(diǎn)：相圖實(shí)例：Fe-B，F(xiàn)e-Sn，U-Si，Al-Cuβαγ§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖Fe-B二元相圖§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖7.6.2.2合成型恒溫轉(zhuǎn)變相圖(2)合晶相圖合晶轉(zhuǎn)變：一定溫度下，兩個(gè)液相相互作用形成一個(gè)固相的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)式：L1+L2β圖形特點(diǎn)：相圖實(shí)例：Na-ZnL1L2β§7.6.2具有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其他二元相圖§7.6.3具有無(wú)序-有序轉(zhuǎn)變相圖有些二元系合金在一定成分和一定溫度范圍會(huì)發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變，形成有序固溶體。§7.5.4具有同素異晶轉(zhuǎn)變的相圖當(dāng)組元具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，形成的固溶體也常有異晶轉(zhuǎn)變。Fe和Ti在固態(tài)均發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，故形成相圖時(shí)，在近鐵一邊有轉(zhuǎn)變;在近鈦一邊有轉(zhuǎn)變?！?.7.1復(fù)雜二元相圖的分析方法相圖分析步驟①以穩(wěn)定的化合物分割相圖；②確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；③分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化。注：虛線、點(diǎn)劃線的意義－尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序－無(wú)序轉(zhuǎn)變線。第8章鐵碳合金相圖

1組元和相（1）組元：鐵－石墨相圖：Fe,C;鐵－滲碳體相圖：Fe-Fe3C。（2）相：L,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定義）第六節(jié)

鐵碳合金相圖

2相圖分析點(diǎn)：14個(gè)。線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：GS,ES,PQ。區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖;組織組成物標(biāo)注的相圖。

2相圖分析

點(diǎn)：14個(gè)。

3合金分類工業(yè)純鐵（C%<0.0218%）碳鋼（0.0218<C%<2.11%）鑄鐵（C%>2.11%）

純鐵的結(jié)晶過(guò)程

Crystallizationofpureironδ-Fe→γ-Fe→α-Fe固態(tài)下，一種元素的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象——同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

Fe3C的結(jié)構(gòu)胞§7.7.2二元相圖分析實(shí)例（鐵碳相圖）7.7.2.1相圖中的相鐵素體：α或F奧氏體：γ或A滲碳體：Fe3C7.7.2.2相圖中的點(diǎn)和線

點(diǎn)：16個(gè)。線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：GS,ES,PQ。

區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。α＋＋Ｆｅ３ＣLL+L+Fe3C+Fe3C+Fe3CＬ＋δδ＋α＋Ｆｅ３ＣL+＋Ｆｅ３ＣL++δδα1.5.1鐵碳合金的基本組織鐵素體：碳溶解在α—Fe中的間隙固溶(F）。塑性（δ=45-50%）、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。奧氏體：碳溶解在γ—Fe中的間隙固溶體（A）。塑性好。滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物（Fe3C）。硬度很高（HBW=800），塑性、韌性幾乎為零。珠光體：是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體（P）。萊氏體：是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體與滲碳體的共晶體（Ld）。硬度高，塑性差。

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

2h-10h,由學(xué)生分析七種合金的結(jié)晶過(guò)程，下次課重點(diǎn)分析。布置課下列表計(jì)算相組成物和組織組成物的相對(duì)含量。Fe-Fe3C相圖（局部）ANG純鐵的冷卻曲線§8.1Fe-Fe3C合金相圖工業(yè)純鐵的室溫組織

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

工業(yè)純鐵結(jié)晶過(guò)程（+Fe3CⅢ，三次滲碳體最大量計(jì)算）

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

共析鋼結(jié)晶過(guò)程P（+Fe3C）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E1234共析鋼的室溫組織

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程（+P）(Fe3C?)SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E123456Wc=0.20%Wc=0.40%亞共析鋼的室溫組織

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程（+P）

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程（P+Fe3CⅡ，二次滲碳體最大量計(jì)算）SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E12345硝酸酒精浸蝕苦味酸浸蝕過(guò)共析鋼的室溫組織

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程

Ld`（P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）（Ld-Ld`轉(zhuǎn)變）Ld（+Fe3C共晶）

123L+Fe3C共晶白口鐵的室溫組織

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程

（P+Fe3CⅡ+Ld`）1234L+Fe3C

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程（Fe3CⅠ+Ld`）過(guò)共晶白口鐵的室溫組織1234L+Fe3C

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織（2）重要問(wèn)題Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ的意義及其最大含量計(jì)算。Ld-Ld`轉(zhuǎn)變。二次杠桿的應(yīng)用。2h-12h,由學(xué)生寫出7種合金室溫組織組成物和相組成物含量表；分析亞共析鋼、亞共晶鐵的凝固過(guò)程、滲碳體的最大含量計(jì)算、默寫與修改相圖。

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響（1）對(duì)平衡組織的影響（隨C%提高）組織：α＋Fe3CⅢLd`＋Fe3CⅠ；相：α減少，F(xiàn)e3C增多；Fe3C形態(tài)：Fe3CⅢ（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀）共析Fe3C（層片狀）Fe3CⅡ（網(wǎng)狀）共晶Fe3C（基體）Fe3CⅠ（粗大片狀）。

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響

（2）對(duì)力學(xué)性能的影響隨C%提高,強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響

（3）對(duì)工藝性能的影響適合鍛造：C%<2.11%，可得到單相組織。適合鑄造：C%～4.3%，流動(dòng)性好。適合冷塑變：C%<0.25%，變形阻力小。適合熱處理：0.0218-2.11，有固態(tài)相變。

兩種反應(yīng)：1148℃1、共晶反應(yīng)

一定成分的液相在一定的溫度下同時(shí)結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的固相的反應(yīng)。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反應(yīng)的產(chǎn)物即萊氏體Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2、共析反應(yīng)一定成分的固相在一定的溫度下同時(shí)析出兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同的新的固相的反應(yīng)。A2.11%c

727℃F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反應(yīng)的產(chǎn)物即珠光體P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c1.5.2鐵碳合金狀態(tài)圖分析滲碳體的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)共析線共析點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)共晶線ACD線—液相線AECF線—固相線碳在奧氏體中的最大溶解度A3線Acm

鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義

特性點(diǎn)的符號(hào)溫度t/℃含碳量wc%含義ACDEGPSQ

1538114812271148912727727室溫04.36.692.1100.020.770.0008純鐵的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)滲碳體的熔點(diǎn)碳在奧氏體中的最大溶解度α-Teγ-Te同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)碳在鐵素體中的最大溶解度共析點(diǎn)碳在鐵素體中的溶解度相圖中主要線的含義ACD線—液相線是不同成分鐵碳合金開(kāi)始結(jié)晶的溫度線。AECF線—固相線各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結(jié)晶溫度終止線。ECF水平線—共晶線含碳量為4.3%的液態(tài)合金冷卻到此線時(shí)，在1148℃由液態(tài)合金同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，此反應(yīng)稱為共晶反應(yīng)。PSK水平線—共析線（A1線）含碳量為0.77%的奧氏體冷卻到此線時(shí)，在727℃同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)。GS線—（A3線）是冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開(kāi)始線。ES線—稱Acm線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(kāi)始線。典型合金結(jié)晶過(guò)程分析鐵碳合金含碳量為2.11%—6.69%的鐵碳合金。共晶生鐵：

含碳量為4.3%;亞共晶生鐵：含碳量在2.11%—4.3%之間；過(guò)共晶生鐵：含碳量在4.3%—6.69%之間；含碳量小于0.02%的鐵碳合金。工業(yè)純鐵鋼生鐵

含碳量為0.02%—2.11%的鐵碳合金。根據(jù)金相組織的不同，可分為三種。共析鋼：含碳量為0.77%;亞共析鋼：含碳量在0.02%—0.77%之間；過(guò)共析鋼：含碳量在0.77%—2.11%之間；1.5.3鐵碳合金狀態(tài)圖分析

LL+AAA+Fe3CⅡF+AA+Fe3CⅡ+LdP+Fe3CⅡ+L'dP+Fe3CⅡPP+FLdL'dL+Fe3CL