铁碳合金的结构和其相图.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工程技术学院,铁碳合金的结构和其相图,铁碳合金相图,是研究铁碳合金最基本的,工具,；是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的,理论基础；,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺,依据。,铁和碳可形成一系列稳定化合物,：,Fe,3,C,、,Fe,2,C,、,FeC,，,它们都可以作为纯组元看待。,含碳量大于,Fe,3,C,成分（,6.69%,）时，合金太脆，已无实用价值。,实际所讨论的铁碳合金相图是,Fe-Fe,3,C,相图,。,Fe,Fe,3,C,Fe,2,C,FeC,C,C%(at%),Fe,Fe,3,C,Fe,2,C,FeC,C,C%(at%),一、铁碳合金的组元和相,碳在,-Fe,中的固溶体,称,-,铁素体,，用,表示。,都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在,727,时最大为,0.0218%,，室温下仅为,0.0008%,。,铁素体的组织为多边形晶粒，,性能与纯铁相似,。,铁素体,组元：,Fe,、,Fe,3,C,相,铁素体：,碳在,-Fe,中的固溶体称,铁素体,用,F,或,表示。,奥氏体,:,碳在,-Fe,中的固溶体称,奥氏体,。用,A,或,表示。,是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，,1148,时最大为,2.11%,。,组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。,强度低、塑性好。钢材热加工都在,区进行,.,碳钢室温组织中无奥氏体。,奥氏体,渗碳体：,含碳,6.69%,用,Fe,3,C,或,C,m,表示。,Fe,3,C,硬度高、强度低,(,b,35MPa,),脆性大,塑性几乎为零,Fe,3,C,是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：,Fe,3,C3Fe+C,(,石墨,),。,由于碳在,-Fe,中的溶解度很小，因而,常温下碳在铁碳合金中主要以,Fe,3,C,或石墨的形式存在。,铸铁中的石墨,钢中的渗碳体,特征点,L,J,N,G,+Fe,3,C,+Fe,3,C,L,+Fe,3,C,L+,+,二、,铁碳合金相图的分析,特征线,液相线,ABCD,，,固相线,AHJECFD,三条水平线：,HJB,：,包晶线,L,B,+,H,J,ECF,：,共晶线,L,C,E,+Fe,3,C,共晶产物是,与,Fe,3,C,的机械混合物，称作,莱氏体,用,L,d,表示。为蜂窝状,以,Fe,3,C,为基，性能硬而脆。,莱氏体,PSK,：共析线,S,F,P,+Fe,3,C,共析转变的产物是,与,Fe,3,C,的机械混合物，称作,珠光体,，用,P,表示。,珠光体,L+,L+,L+Fe,3,C,+,+Fe,3,C,+,F+Fe,3,C,珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。,PSK,线又称,A,1,线。,其它相线,GS,GP,固溶体转变线,GS,又称,A,3,线。,HN,JN,固溶体转变线。,ES,碳在,-Fe,中的固溶线。,又称,A,c m,线。,PQ,碳在,-Fe,中的固溶线。,三个三相区：即,HJB(L+,+,),、,ECF(L+,+Fe,3,C),、,PSK(,+,+Fe,3,C),三条水平线,相区,五个单相区：,L,、,、,、,、,Fe,3,C,七个两相区,:,L+,、,L+,、,L+Fe,3,C,、,+,、,+Fe,3,C,、,+,、,+Fe,3,C,三、典型合金的平衡结晶过程,钢,(0.02182.11%C),高温组织为单相,亚共析钢,(0.02180.77%C),共析钢,(0.77%C),过共析钢,(0.772.11%C),铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：,工业纯铁,(0.0218%C),组织为单相铁素体。,亚共析钢,共析钢,过共析钢,共晶白口铁,过共晶白口铁,亚共晶白口铁,工业纯铁,白口铸铁,(2.116.69%C),铸造性能好,硬而脆,亚共晶白口铸铁,(2.114.3%C),共晶白口铸铁,(4.3%C),过共晶白口铸铁,(4.36.69%C),工业纯铁的结晶过程,N,S,J,B,H,L+,+,+,合金液体在,1-2,点间转变为,，,3-4,点间,，,5-6,点间,。到,7,点，从,中析出,Fe3C,。,工业纯铁的结晶过程,随温度下降，,Fe,3,C,量不断增加，合金的室温下组织为,F+Fe,3,C,。,室温下,Fe,3,C,最大量为,:,从铁素体中析出的渗碳体称,三次渗碳体，,用,Fe,3,C,表示。,Fe,3,C,以不连续网状或片状分布于晶界。,合金液体在,1-2,点间转变为,。到,S,点发生共析转变：,S,P,+Fe,3,C,全部转变为珠光体。,共析钢的结晶过程,共析钢的结晶过程,珠光体,在光,镜下呈指纹状。,转变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为,：,珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。,S,点以下，共析,中析出,Fe,3,C,，,与共析,Fe,3,C,结合不易分辨。室温组织为,P,。,珠光体,Q,室温下，珠光体中,两相的相对重量百分比是多少？,Q,4,3,2,1,9,含碳量在,0.090.53%C,亚共析钢冷却时发生包晶反应。,以,0.45%C,的钢为例,合金在,4,点以前通过匀晶,包晶,匀晶反应全部转变为,。到,4,点，由,中析出,。,到,5,点,成分沿,GS,线变到,S,点，,发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，,中析出,Fe3C,，由于与共析,Fe3C,结合,且量少,忽略不计。,+Fe,3,C,G,S,P,A,B,J,H,（三）亚共析钢的结晶过程,亚共析钢的结晶过程,利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量,:,C%=P,面积,%0.77%,(,忽略,中含碳量,，,P,面积,%=Q,P,),共析温度下相的相对重量为：,组织组成物的相对重量为：,S,室温下相的相对重量百分比为：,室温下组织组成物的相对重量百分比为：,S,亚共析钢室温下的组织,为,F+P,。,在,0.02180.77%C,范围内珠光体的量随含碳量增加而增加,。,含,0.45%C,钢的组织,含,0.20%C,钢的组织,含,0.60%C,钢的组织,4,、过共析钢的结晶过程,合金在,12,点转变为,到,3,点,开始析出,Fe,3,C,。从奥氏体中析出的,Fe,3,C,称二次渗碳体,用,Fe,3,C,表示,其沿晶界呈网状分布,.,温度下降,Fe,3,C,量增加。到,4,点，,成分沿,ES,线变化到,S,点，余下的,转变为,P,。,在共析温度下,Fe,3,C,的相对量？,过共析钢的结晶过程,过共析钢室温组织,为,P+Fe3C,。,Fe3C,量随含碳量而增加,含碳量为,2.11%,时,Fe3C,量最大：,含,1.4%C,钢的组织,室温下两相的相对重量百分比：,室温下两组织组成物的相对重量百分比：,1,2,3,4,5,S,5,、共晶白口铁的结晶过程,合金冷却,到,C,点发生共晶反应全部转变,为莱氏体,(Le),莱氏体,是共晶,与共,晶,Fe,3,C,的机械混合物,呈蜂窝状,.,Fe,3,C,共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为,:,C,点以下,成分沿,ES,线变化，共晶,将析出,Fe,3,C,。,Fe,3,C,与共晶,Fe,3,C,结合，不易分辨。,1,2,Fe,3,C,温度降到,2,点,成分达到,0.77%,此时,相的相对重量,:,在,2,点,共晶,发生共析反应，转变为珠光体，这种由,P,与,Fe,3,C,组成的共晶体称,低温莱氏体,用,Le,表示。,2,点以下，共晶体中,P,的变化同共析钢。,S,共晶白口铁室温组织为,Le(P+Fe,3,C),它保留了共晶转变产物的形态特征。,室温下两相的相对重量百分比为：,六、亚共晶白口铁的结晶过程,合金在,12,点间析出,。到,2,点，液相成,分,变到,C,点,并转变,为,Le,。,23,点间从,中析出,Fe,3,C,，,一次,的,Fe,3,C,被共晶,衬托出来。到,3,点，,转变为,P,。,亚共晶白口铁的结晶过程,亚共晶白口铁,室温组织为,P+Fe,3,C,+Le,。,室温下组织组成物相对重量百分比为：,E,C,F,D,1,2,3,4,N,室温下相的相对重量百分比,?,7,、过共晶白口铁的结晶过程,12,点间从液相中析出,Fe,3,C,这种渗碳体称一次渗碳体，用,Fe,3,C,表示，呈粗条片状。到,2,点，余下的液相成分变到,C,点并转变为,Le,。,D,F,K,3,Fe3C,1,2,4,2,点以下,Fe,3,C,成分重量不再发生变化,Le,变化同共晶合金,其,室温组织为,Fe,3,C,+Le,。,渗碳体分类：,Fe,3,C,（块状）,Fe,3,C,共晶,（鱼骨状）,Fe,3,C,（网状）,Fe,3,C,共析,（层状）,Fe,3,C,（短杆状或粒状）,组织组成物与相组成物标注区别主要在,+,Fe,3,C,和,+,Fe,3,C,两个相区,.,+,Fe,3,C,相区中,有四个组织组成物区，,+,Fe,3,C,相区中,有七个组织组成物区。,8,、组织组成物在铁碳合金相图上的标注,+Fe,3,C,+Fe,3,C,Fe,Fe,3,C,S,Q,P,N,K,J,H,G,F,E,D,C,B,A,A+,Fe,3,C,A+F,L+A,A+,L+,F,A,L,L+,Fe3C,F+,Fe,3,C,A+,Fe,3,C,A+,Fe,3,C,+Le,Le,Le,+,Fe,3,C,Le,+,Fe,3,C,Le,P+,Fe3C+Le,P+,Fe,3,C,P+F,P,F,+,Fe,3,C,C%,温度,9,、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响,1,）含碳量对室温平衡组织的影响,含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：,钢,铁素体,亚共析钢,过共析钢,亚共晶白口铸铁,过共晶白口铸铁,共晶白口铸铁,共析钢,白 口 铸 铁,二次渗碳体,工,业,纯,铁,珠光体,莱氏体,一次渗碳体,Fe,3,C,钢 铁,分 类,组织组,成物相,对量,%,相组成,物相对,量,%,含碳量,%,0,0.0218,0.77,2.11,4.3,6.69,100,100,0,0,三次渗碳体,含碳量对力学性能的影响,亚共析钢随含碳量增加，,P,量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。,0.77%C,时，组织为,100%P,钢的性能即,P,的性能。,0.9%C,，,Fe,3,C,为晶界连续网状，强度下降,但硬度仍上升。,2.11%C,，,组织中有以,Fe,3,C,为基的,Le,合金太脆。,含碳量对工艺性能的影响,机加工性能,:,中碳钢好,压力加工性能,:,低碳钢好,焊接性能,:,低碳钢好,铸造性能,:,共晶合金好,热处理性能,:,第九章介绍,铸造,焊缝组织,模锻,切削加工的基本形式,车,刨,钻,铣,磨,