(3)-1-3機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)

第一篇金屬材料導(dǎo)論鐵碳合金狀態(tài)圖固溶體SolidSolution10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖鐵素體奧氏體化合物Compound機(jī)械混合物SolidMixture滲碳體珠光體萊氏體FerriteAusteniteCementitePearliteLedeburite鐵碳合金的晶體結(jié)構(gòu)1Questions同是鐵碳合金，為什么有的用來(lái)作機(jī)器零部件，有的用來(lái)作工量具，有的只是用來(lái)作工業(yè)原材料？鐵碳合金的機(jī)械性能不同是由什么因素造成的？這些因素之間的相互關(guān)系又如何呢？SoweneedananalysistoolnamedIron-CarbonEquilibriumDiagram10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖2Iron-CarbonEquilibriumDiagram

Conception–Whatisit?Setup–Howtosetup?Features–Whatdoesitlooklike?Analysis–MetallographicphasechangeincrystallizationPurpose–Whytosetup?Topics10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖3鐵碳合金狀態(tài)圖就是用熱分析法測(cè)得不同成分鐵碳合金的冷卻曲線，然后將冷卻曲線上各結(jié)晶溫度臨界點(diǎn)描繪在溫度-成分坐標(biāo)上，以得到鐵碳合金金相組織MetallographicPhase與溫度Temperature及合金成分Composition之間的關(guān)系。Whatisit?10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖4熱分析法(ThermalAnalysis)是借助于光學(xué)高溫計(jì)及金相顯微鏡，測(cè)得各種成分鐵碳合金在緩慢冷卻過(guò)程中的溶液結(jié)晶溫度及固態(tài)下二次結(jié)晶的組織轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)合金金相組織隨溫度變化的狀況進(jìn)行分析的方法。Howto

setitup？10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖5C％℃912℃727℃0.77％2.11％SG1148℃0.4%1.2％E1.6％tt℃℃0%0.4%0.77%1.2％1.6％790℃880℃1000℃AusteniteFerrite+AusteniteFerrite+PearlitePearlite+Fe3CⅡAustenite+Fe3CⅡPearlite10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖6鐵碳合金狀態(tài)圖繪制原理1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％SEFerrite+PearlitePearlite+Fe3CⅡPearlite+Fe3CⅡ+Ledeburite’Ledeburite’Ledeburite’+Fe3CⅠPearliteFerrite+AusteniteAustenite+Fe3CⅡAustenite+Fe3CⅡ+LedeburiteLedeburite+Fe3CⅠLedeburiteAustenite+LiquidLiquid+Fe3CⅠCADFKLGP1148℃Q1495℃1394℃0.0218%1227℃LiquidFerriteAustenite1200℃1.0％1000℃3.0％TemperatureCompositionMetallographicPhaseFerrite+Fe3CⅢ1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％F+PP+Fe3CⅡYFP+Fe3CⅡ+Ld’Ld’Ld’+Fe3CⅠPF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLd+Fe3CⅠLdAA+YY+Fe3CⅠCADFKL1148℃Q0.0218%GPSEA特征線段及區(qū)域Features1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％SEF+PP+Fe3CⅡLiquidFerriteP+Fe3CⅡ+Ld’Ld’Ld’+Fe3CⅠPF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLd+Fe3CⅠLdA+YY+Fe3CⅠCADFKLGP1148℃A3Acm固相線Solidus液相線Liquidus共晶線Eutectic共析線A1Eutectoid液相線Liquidus固相線SolidusQ0.0218%AusteniteCementite基本相BasicPhase主要特性點(diǎn)的含義

(PropertyPoints)10一月2024特性點(diǎn) 溫度℃ 含碳量％ 含義A 1538 0 純鐵熔點(diǎn)(meltingpoint)C 1147 4.30 共晶點(diǎn)(eutecticpoint)D 1600 6.67 滲碳體的熔點(diǎn)(meltingpoint)E 1147 2.11 C在γ鐵中的最大溶解度(solubility)F 1147 6.67 滲碳體的成分(composition)G 912 0 α鐵γ鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(allotropicpoint)K 727 6.67 滲碳體的成分(composition)P 727 0.02 C在α鐵中的最大溶解度(solubility)S 727 0.77 共析點(diǎn)(eutectoidpoint)特征線段及區(qū)域1-3鐵碳合金狀態(tài)圖10主要線段的含義ACD線——液相線，即液態(tài)合金冷卻到此線時(shí)開(kāi)始結(jié)晶。AECF線——固相線，此線以下的合金為固體狀態(tài)。AE線——鋼的固相線，全部結(jié)晶為奧氏體。ECF線——生鐵的固相線，又叫共晶線。GS線——習(xí)慣用A3來(lái)表示，開(kāi)始析出鐵素體。ES線——用Acm表示，開(kāi)始析出滲碳體。PSK線——又叫共析線，用A1來(lái)表示，析出珠光體，共析反應(yīng)。10一月2024LiquidusSolidusEutecticEutectoid特征線段及區(qū)域1-3鐵碳合金狀態(tài)圖1110一月2024主要區(qū)域的含義ACDA區(qū)——液相區(qū)，又稱Y區(qū)，其中全部為金屬液體。AESGA區(qū)——奧氏體區(qū)，又稱A區(qū)，此區(qū)組織全部為奧氏體。GPQG區(qū)——鐵素體區(qū)，又稱F區(qū)，此區(qū)組織全部為鐵素體。DFKL區(qū)——滲碳體區(qū)，又稱Fe3C區(qū)，此區(qū)組織全部為滲碳體。液體Y、鐵素體F、奧氏體A和滲碳體Fe3C是鐵碳合金的基本組織，或者說(shuō)是基本晶體結(jié)構(gòu)，即基本相，其他各區(qū)組織都由這些基本相按不同比例混合而成。LiquidAreaAusteniteAreaFerriteAreaCementiteArea特征線段及區(qū)域1-3鐵碳合金狀態(tài)圖121538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％F+PP+Fe3CⅡYFP+Fe3CⅡ+Ld’Ld’Ld’+Fe3CⅠPF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLd+Fe3CⅠLdAA+YY+Fe3CⅠCADFKL1148℃Q0.0218%GPSEA結(jié)晶過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變PhaseChangeinCrystallization1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％SEF+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld’Ld’Ld’+Fe3CⅠPearliteF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLd+Fe3CⅠLdA+YCADFKLGP1148℃A3AcmQ0.0218%Y+Fe3CⅠCarbonSteel123EutectoidSteelSolidusLiquidusEutecticEutectoidA1LiquidusSolidusYFAFe3CEutectoidReactionAsP(F+Fe3C)727℃Ld’1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％SEF+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld’Ledeburite’Ld’+Fe3CⅠPF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLd+Fe3CⅠLdA+YCADFKLGP1148℃A3AcmQ0.0218%Y+Fe3CⅠCastIron12SolidusLiquidusEutecticEutectoidA1LiquidusSolidusYFAFe3CEutecticReactionYcLd(A+Fe3C)1148℃EutecticIronLedeburite1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％SEF+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld’Ld’Ld’+Fe3CⅠPF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLd+Fe3CⅠLdA+YCADFKLGP1148℃A3AcmQ0.0218%Y+Fe3CⅠⅣEutectoidReactionEutecticReactionⅢⅤⅥHypoeutecticIronEutecticIronHypereutecticIronHypereutectoidSteelSolidusLiquidusEutecticEutectoidA1LiquidusSolidusYFAFe3CⅠⅡEutectoidSteelHypoeutectoidSteelStructuresObtainedbySlowCoolingforPlainCarbonSteels共析鋼結(jié)晶過(guò)程示意圖10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖17亞共析鋼結(jié)晶過(guò)程示意圖10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖18StructuresObtainedbySlowCoolingforPlainCarbonSteels過(guò)共析鋼結(jié)晶過(guò)程示意圖10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖19StructuresObtainedbySlowCoolingforPlainCarbonSteels1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％F+PP+Fe3CⅡYFP+Fe3CⅡ+L’’L’’L’’+Fe3CⅠPF+AA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+L’L’+Fe3CⅠL’AA+YY+Fe3CⅠCADFKL1148℃Q0.0218%GPSEA功能和用途FunctionandPurpose1538℃912℃727℃C％0.77％2.11％4.3％6.67％SEFerrite+PearlitePearlite+Fe3CⅡPearlite+Fe3CⅡ+Ledeburite’Ledeburite’Ledeburite’+Fe3CⅠPearliteFerrite+AusteniteAustenite+Fe3CⅡAustenite+Fe3CⅡ+LedeburiteLedeburite+Fe3CⅠLedeburiteAustenite+LiquidLiquid+Fe3CⅠCADFKLGP1148℃Q1495℃1394℃0.0218%1227℃LiquidFerriteAusteniteCompositionMetallographicPhaseFerrite+Fe3CⅢTemperatureandCrystallizationControlledControlledObtainedMechanicalPropertiesDeterminedPurposeofFerrousAlloyTerminated鐵碳合金狀態(tài)圖主要是用來(lái)分析鐵碳合金的成分、溫度、組織三者之間的關(guān)系。當(dāng)含碳量增加時(shí)，鐵素體的比例減少，珠光體比例增大，故而碳鋼的機(jī)械強(qiáng)度和硬度增大，塑性和韌性降低；當(dāng)含碳量超過(guò)0.9%時(shí)，碳鋼中C的含量增多，硬度增加，強(qiáng)度、塑性、韌性均下降。當(dāng)溫度一定時(shí)，控制了碳鋼的含碳量就控制了碳鋼的組織和性能；碳鋼的機(jī)械性能又決定了碳鋼的用途。

Iron-carbonequilibriumdiagramisoftenusedtoanalyzetherelationshipbetweencomposition,temperatureandstructureinheattreatmentofferrousalloy.Differencesinpropertieswill,ofcourse,existwiththevariationofcompositionandthedifferencesofreactionend-productsinthedecompositionofaustenite.10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖22鐵碳合金狀態(tài)圖的作用C%Composition-PropertyDiagram10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖23中碳鋼含碳量適中，綜合機(jī)械性能好，常用作重要的機(jī)器零件。高碳鋼含碳量較高，硬度高，常用作工量具。低碳鋼含碳量較低，塑性好，常用作沖壓件、焊接件。生鐵含碳量過(guò)高，機(jī)械性能硬而脆，不宜直接用于機(jī)械制造和機(jī)械加工，常用作工業(yè)原材料NowwegetkeystoIron-CarbonEquilibriumDiagramKeys10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖24音樂(lè)欣賞BreakC溶解在α鐵中形成的固溶體，又稱α固溶體，用F表示，F(xiàn)溶解C的能力很小，727℃時(shí)最大達(dá)0.02％。韌性很好，δ＝45～50％，強(qiáng)度和硬度均不高，σb≈250MPa，HB＝80。晶體為均勻明亮的多邊形晶粒。鐵素體FerriteFerriteisasolidsolutionofcarboninalphaironwithamaximumsolubilityof0.0218%attheeutectoidtemperature,whichdecreasestoabout0.006%atroomtemperature.10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖26奧氏體AusteniteC溶解在γ鐵中形成，用A表示。面心立方。1148℃時(shí)最大達(dá)到2.11％，727℃時(shí)僅為0.77％。穩(wěn)定存在的最低溫度為727℃，硬度不很高，HB＝160～200，塑性很好。

Austeniteisasolidsolutionofcarboningammaironwithamaximumsolubilityof2.11%at1148℃,whichexistsinface-centeredcubiclattice.10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖27化合物分子式為Fe3C，含碳量6.67%，硬度很高，HB＞800，δ幾乎為0。在鋼材中可能呈片狀，網(wǎng)狀或粒狀分布，在一定條件下可分解成金屬鐵和石墨。自?shī)W氏體中經(jīng)重結(jié)晶過(guò)程得到的滲碳體稱為二次滲碳體，可以表示為Fe3CⅡ。滲碳體CementiteCementiteisanintermetalliccompoundthatistheFirstcarbideofiron,whosemolecularformulaisFe3C.10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖28鐵素體（固溶體）與滲碳體（化合物）以層片相間的形式而形成的機(jī)械混合物，用P表示，是由硬的滲碳體片和軟的鐵素體片相間組成的混合物，強(qiáng)度較好，σb≈750MPa，HB≈180。珠光體Pearlite10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖ThecementiteandferriteformlamellarstructuredcrystalsgiventhenamePealitebecauseoftheirresemblance,whenmagnifiedthroughamicroscope,tomother-of-pearl.29由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用L’表示，萊氏體只在高溫環(huán)境下（727℃以上）存在，稱高溫萊氏體。在727℃以下時(shí)，金相組織為由P和Fe3C組成的機(jī)械混合物，用L’’表示，機(jī)械性能和滲碳體相似。萊氏體Ledeburite10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖Ferrousmetalsof4.3%carboninironestablishesaeutecticcompositionwhichfreezesat1148℃,toproduceasolidmixtureproductknownasLedeburite,whichiscomposedofcementiteandaustenite.30共晶反應(yīng)EutecticReaction10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖Examinationoftheiron-carbonequilibriumdiagramrevealsthat4.3%carboninironestablishesaeutecticcompositionwhichfreezesat1148℃,theeutecticpoint,toproduceledeburite.Withthiscompositionsofiron-carbonalloyundergodiffusionandprecipitationchanges.31共析反應(yīng)EutectoidReaction10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖Infact,eutectoidmeanseutectic-like.Itcanbeobservedonthediagramthatat727℃and0.77%carbon,apointexiststhatisverysimilartotheeutecticpoint.Thesepointsaremuchalikewiththeprincipledifferencebeingthattheeutectoidpointexistscompletelyinsolidmetalwhiletheeutecticisapointofchangebetweenliquidandsolid.32共析鋼EutectoidSteel10一月20241-3鐵碳合金狀態(tài)圖Referringtoequilibriumdiagram,theeutectoidcompositioncontaining0.77%carbonwillexistabove727℃as100%austenite.Uponcoolingtotheeutectoidtemperature,theequilibriumproductofeutectoiddecompositionconsistsofcementiteandferrite,whichformalamellarstructuredcrystalsnamedpearlite.33亞共析鋼HypoeutectoidSteel10一月20241-3