工程材料鐵碳合金的結(jié)晶3

（優(yōu)選）工程材料鐵碳合金的結(jié)晶目前一頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)Fe1234566.69C%140012001000800600400200溫度

/℃CEFDBAJNSGPKQγ＋δγL＋δδL＋γγ＋αL＋Fe3Cγ＋Fe3Cα＋Fe3CαHFe-Fe3C相圖

鐵碳合金相圖是研究平衡條件下鐵碳合金的成分、溫度和組成相之間的關(guān)系及其變化規(guī)律的圖形。目前二頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)鐵碳相圖需要掌握知識(shí)點(diǎn)相圖中重要的點(diǎn)、線和相區(qū)。相圖中的重要轉(zhuǎn)變及產(chǎn)物。分析典型成分鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程，分析室溫下得到的相和組織組成物。會(huì)用杠桿定律計(jì)算室溫下相和組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鐵碳合金的成分－組織－性能關(guān)系及其應(yīng)用。目前三頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)金屬的多晶型（同素異構(gòu)現(xiàn)象）多晶型轉(zhuǎn)變（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1394℃912℃δ-Fe

γ-Fe α-Febccfccbcc符合形核、長(zhǎng)大的結(jié)晶規(guī)律固態(tài)金屬在不同的溫度和壓力范圍內(nèi)，具有二種或二種以上晶格結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變過(guò)程恒溫、可逆純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變工業(yè)純鐵中常含有<0.0218%的碳及其它雜質(zhì)。

§1

純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變目前四頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它們都可以作為純組元看待。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。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→目前五頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)1.鐵碳合金的組元⒈組元：Fe、Fe3C⒉鐵碳合金的相(1)液相L(2)δ相：高溫鐵素體，在1394℃以上存在

§2鐵碳合金的相和組織組成目前六頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)鐵素體（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體晶格結(jié)構(gòu)：bcc最大溶解度：0.0218%（727℃），室溫下僅為0.0008%。性能組織：σb=180～230MPa

σ0.2=100～170MPa

HBS=50～80

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

ak=160～200J/cm2δ-鐵素體（δ）：碳溶于δ-Fe中所形成的間隙固溶體

最大溶解度：0.09%（1495℃）

§2鐵碳合金的相和組織組成鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。目前七頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)奧氏體（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體晶格結(jié)構(gòu)：fcc最大溶解度：2.11%（1148℃）（高溫組織）性能組織：

σb≈400MPa

HBS=170～220

δ=40%～50%

組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。高塑性、強(qiáng)度低、無(wú)磁，鋼材熱加工都在區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體目前八頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

滲碳體（Fe3C,Cm）：Fe與C所形成的金屬化合物,含碳6.69%晶格結(jié)構(gòu)：復(fù)雜正交性能：σb≈35MPa

HBS=800

δ≈0

ψ≈0

硬度高,強(qiáng)度低,脆性大,塑性幾乎為零亞穩(wěn)定：Fe3C

3Fe+C（石墨）合金滲碳體：(Fe、Me)3C Fe3(C、N)或Fe3(C、B)

石墨碳晶格結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單六方性能:加工性能機(jī)械性能高溫目前九頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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。Fe3C相根據(jù)生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體目前十頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

珠光體（P）F與Fe3C所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：0.77%）性能組織：

σb≈750MPa

HBS=180

δ≈20%～25%

ak=30～40J/cm2綜合性能目前十一頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)萊氏體（）高溫萊氏體：A與Fe3C所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：4.3%）低溫萊氏體：Ｐ與Fe3C所形成的機(jī)械混合物性能組織：為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。目前十二頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

Fe-Fe3C

相圖分析FeT°Fe3CCDEF1148℃727℃LL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C6.69%C(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡA+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相圖(P+Fe3C)GSPQAFA+F(F+Fe3C)PP+FP+Fe3CⅡ共析相圖0.77%C0.0218%CANBHJ包晶相圖目前十三頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)§3相圖中重要的點(diǎn)和線⒈特征點(diǎn)?????6.69目前十四頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)⒉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(Ld,Le)。目前十五頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C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。目前十六頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)⑶其它相線GS,GP—

?

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱A3線。HN,JN—δ?

固溶體轉(zhuǎn)變線。ES—碳在

-Fe中的固溶線，又稱Acm線。PQ—碳在-Fe中的固溶線。目前十七頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)⑶三個(gè)三相區(qū)：HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三條水平線

⒊相區(qū)⑴五個(gè)單相區(qū)：液相區(qū)(L):ABCD以上區(qū)域固溶體區(qū)：AHNA奧氏體區(qū)()：NJESGN鐵素體區(qū)():GPQ以左滲碳體區(qū)(Fe3C):DFK直線

⑵七個(gè)兩相區(qū):L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+

、+Fe3C

ABCDFENGPSKQJHA(γ)LF(α)δFe-Fe3C相圖T(℃)wC（%）FeFe3C6.69%目前十八頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)§4典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相

①亞共析鋼

(0.0218~0.77%C)②共析鋼(0.77%C)③過(guò)共析鋼

(0.77~2.11%C)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。目前十九頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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(guò)共晶白口鑄鐵(4.3~6.69%C)目前二十頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)1.工業(yè)純鐵的結(jié)晶過(guò)程目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。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。目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)2.共析鋼的結(jié)晶過(guò)程合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)?。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。室溫組織為：P（F+Fe3C）目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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。珠光體QQ43219目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)重量百分比是多少？Q43219目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)3.亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程0.09~0.53%C亞共析鋼冷卻時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng).以0.4%C的鋼為例合金在4點(diǎn)以前通過(guò)勻晶—包晶—?jiǎng)蚓Х磻?yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)?。?點(diǎn)，由中析出。到5點(diǎn),成分沿GS線變到S點(diǎn)，

發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。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).L→L+A→A→F+A先共析

AS(0.77%C)→P目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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)共析溫度下相的相對(duì)重量為：

組織組成物的相對(duì)重量為：

S’目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)室溫下相的相對(duì)重量百分比為：S’室溫組織為：P+F目前三十頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為F+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。P%=F%=目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)4.過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程合金在1~2點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

,到3點(diǎn),開(kāi)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？目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)過(guò)共析鋼室溫組織為P+Fe3CⅡ。Fe3CⅡ量隨含碳量而增加,含碳量為2.11%時(shí),Fe3CⅡ量最大：目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)室溫下兩相的相對(duì)重量百分比：室溫下兩組織組成物的相對(duì)重量百分比：目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)5.白口鑄鐵的結(jié)晶合金冷卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體(Ld)。Fe3C目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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L’d表示.

2點(diǎn)以下，共晶體中P的變化同共析鋼。SL--->L+Ld--->Ld(A+Fe3C共晶)--->Ld(A+Fe3C共晶+Fe3CII)--->L’d(P+Fe3CII+Fe3C)目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)共晶白口鐵室溫組織為L(zhǎng)’d(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：目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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)d。2~3點(diǎn)間從中析出Fe3CⅡ，一次的Fe3CⅡ被共晶襯托出來(lái)。到3點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)镻。6亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程目前四十頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)6亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)相組成物：F、Fe3C組織組成物：P+Fe3CII+L’d6亞共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程L’dP+Fe3CII目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)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)d。DFK3Fe3C1247過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)2點(diǎn)以下,Fe3CⅠ成分重量不再發(fā)生變化,Ld變化同共晶合金,其室溫組織為Fe3CⅠ+L'd。

7過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)相組成物：F、Fe3C;組織組成物：Fe3CⅠ+L’d7過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程F%=

Fe3C%=

Fe3C%=

L’d%=Ld%=

目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)§5鐵碳合金成分－組織－性能的關(guān)系⒈含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：鋼鐵素體亞共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鑄鐵過(guò)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目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)⒉含碳量對(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L’d,合金太脆。目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)⒊含碳量對(duì)工藝性能的影響①切削性能:中碳鋼合適②可鍛性能: