铁碳相图和铁碳合金(白底+简化).ppt

铁碳相图和铁碳合金 Date1 一、 铁碳相图 Fe-C diagram Ø钢与铸铁（金属材料） Ø钢与铸铁的基本组成是铁和碳两种元素 Ø铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等多种稳 定化合物 Ø铁碳相图：1868年发现（俄国冶金学家） Date2 Ø铁碳合金中的碳可以有两种方式存在即 渗碳体(Fe3C)和石墨 Ø铁碳相图常表示为Fe- Fe3C和Fe—石墨 双重相图 Ø Fe-Fe3C（6.69%C）相图 （用实线表示） Ø Fe-C（石墨100%C）相图 （用虚线表示） 一、 铁碳相图 Date3 铁碳合金中的组元及相 & 组元：纯铁和碳 & 相：碳在铁中形成的固溶体铁素体ferrite （ F）、奥氏体austenite （A）、高温铁素体（ δ）和铁与碳形成的间隙化合物渗碳体 cementite （Fe3C） Date4 （1）纯铁pure iron（多型性 ） Ø 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变 Ø 在912℃以下为体心立方， 称α铁(α-Fe)； Ø 低温的铁具有铁磁性，在 770℃以上铁磁性趋于消失 Ø 912℃—1394℃之间为面心 立方，称为γ铁(γ-Fe)； Ø 在1394℃-1538℃(熔点)之间 为体心立方，被称为δ铁(δ- Fe)。

Date5 纯铁的同素异构转变 -Fe，fcc -Fe，bcc 912 C Date6 图 纯铁的同素异构转变 Date7 Date8 铁的同素异构转变 Date9 纯铁的性能特点 Ø塑性好 Ø韧性好 Ø磁导率高（仪器仪表的铁芯） Ø强度硬度低： ü屈服强度：100-170MPa ü抗拉强度：180-270MPa ü硬度HBS：50-80 Date10 硬度测量 布氏硬度计 洛氏硬度计 Date11 （2）铁的固溶 体 F碳溶解于α铁或δ铁中形成的固溶体为铁 素体ferrite ，用α或δ表示(或用F表示) F碳在铁素体中的最大溶解度为0.0218％ F碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体 austenite ，用γ表示(或用A表示) F碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％ Date12 铁素体的显微组织 u铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝 酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明 亮的多边形等轴晶粒 Date13 奥氏体的组织 n奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在 Date14 （3）Fe3C(渗碳体） cementite ØFe3C属正交晶系，复杂的斜方结 构，无同素异构转变。

Ø硬度很高，塑性几乎为零，是脆 硬相可刻划玻璃 Ø在钢和铸铁中呈片状、球状、网 状、板状 Ø是碳钢中主要的强化相 Ø它的量、形状、分布对钢的性能 影响很大 Date15 Fe3C(渗碳体)的组织 Date16 2、 Fe-Fe3C相图 分析 符号 温度/℃ 含碳量/% 含义 A15380 纯铁的熔点 B14950.53包晶转变时液态合金的成分 C11484. 3共晶点 D12276.69Fe3C的熔点 E11482.11 碳在 γ-Fe中的最大溶解度 F11486.69 Fe3C的成分 G9120α与γ同素异构转变点(A3) 特征点14个 Date17 2、 Fe-Fe3C相图分 析 符号 温度/℃ 含碳量/% 含义 H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度 J14950.17包晶点 K7276.69Fe3C的成分 N13940γ与δ同素异构转变点(A4) P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度 S7270.77共析点 Q室温 0.0008室温下碳在α-Fe中的溶解度 特征点 Date18 2、 Fe-Fe3C相图分析 FABCD为液相线 FAHJECF为固相线 F整个相图主要由包晶、共晶、共析三个 恒温转变所组成 特征线 Date19 特征线 Date20 Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转 变线 Ø（1）GS线——奥 氏体中开始析出铁 素体或铁素体全部 转变为奥氏体的转 变线，常称此温度 为A3温度。

Date21 Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转 变线 Ø（2）ES线：碳在奥氏 体中的固溶度线 Ø此温度常称为Acm温度 Ø低于此温度，奥氏体中 将析出渗碳体，称为二 次渗碳体记作Fe3CII以 区别液相中经CD线析 出的一次渗碳体Fe3CI Date22 Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转 变线 Ø（3）GP线：碳在 铁素体(α)中的固 溶度线 Ø在α+γ两相区，温 度变化时，铁素体 中的含碳量沿这条 线变化 Date23 Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转 变线 Ø （4）PQ线：碳在铁素体 (α)中的固溶度线(共析温 度以下) Ø 在727℃时，铁素体含碳 量为0.0218％，在600℃ 时仅为0.008％，因此温 度下降时铁素体中将析出 渗碳体，称为三次渗碳体 记作Fe3CIII Ø 图中(770℃)线表示铁素 体的磁性转变温度(居里 温度)，常称A2温度 Ø 230℃水平虚线表示渗碳 体的磁性转变温度 Date24 3、 典型铁碳合金的平衡凝固 Ø钢和铸铁的区分 Ø通常按有无共晶转变来区分钢和铸铁 Ø含碳量在0.0218％—2.11％的铁碳合金无 共晶转变，有共析转变，称为钢。

Ø含碳量大于2.11％的铁碳合金有共晶反应 ，称为铸铁 Ø含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工 业纯铁 Date25 根据组织特征可将铁碳合金分为以下七 种 F①工业纯铁(0.0218％C)； F②共析钢，0.77％C； F③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； F④过共析钢(0.77％-2.11％C)； F⑤共晶铸铁(4.30%C)； F⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； F⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C) Date26 白口铸铁 灰口铸铁 Ø按Fe-Fe3C相图结晶的铸铁，称为白口铸铁 ； Ø按Fe—石墨相图结晶的铸铁称为灰口铸铁 Date27 (1)共析钢Eutectoid steel （0.77％C，图中合金②） Ø2点温度结晶完成 Ø2-3点为单相奥氏体 Date28 (1) 共析钢（0.77％C，图中合金 ②） Ø珠光体中的铁素体αp称为共析铁素体 Ø珠光体名称的由来：珠光体组织经磨制抛光及硝酸 溶液浸蚀后表面可见珍珠色 Ø转变产物为珠光体，一 般用P表示Pearlite Ø珠光体是铁素体与渗碳 体的机械混合物 Date29 珠光体的光学显微组织照片 共析渗碳体呈层片状分布在铁素 体基体上 共析渗碳体经适当的球化退 火后，呈球状或粒状分布在F 基体上 Date30 (1) 共析钢（0.77％C，图中合金 ②） Date31 共析钢的组织为100％的珠光体 F从相组成看共析钢由铁 素体和渗碳体两相组成 Date32 （2）亚共析钢(0.0218％-0.77％C) Date33 （3）过共析钢(0.77％-2.11％C，图中合金 ④) Date34 （4）共晶白口铸铁(4.3％C，图中合 金⑤) Date35 共晶白口铸铁 C D EF K 1 2 Ｌ Ｌ→γ＋Fe3C Ｌd γ ＋Fe3C+Fe3CⅡ γ→P L’d (P+ Fe3C+Fe3CⅡ) 温度 时间 1 1’ 2 2’ Date36 （4）共晶白口铸铁(4.3％C，图中合 金⑤) Ø 共晶白口铸铁的相组成是铁素体和渗碳体，其组织则为100％的 变态莱氏体(见图)。

白色基体是共晶渗碳体，黑 色颗粒是由共晶奥氏体转变 而来的珠光体 Date37 （4）共晶白口铸铁(4.3％C，图中合 金⑤) 1148℃，L4.3=A2.11+Fe3C （Ld） Date38 （5）亚共晶白口铸铁(2.11％-4.3％C，图中合金 ⑥) Date39 C D EF K 亚共晶白口铸铁 wC=3.0% 1 2 3 时间 温 度 1 2 2’ 3 3’ γ →Fe3CII L’d+P+Fe3CII L L→γ L+ γ → γ + Ld γ →P Date40 （5）亚共晶白口铸铁(2.11％-4.3％C，图中合金 ⑥) Ld=（3.0-2.11）/（4.3-2.11 ） A2.11≈59%， P=0.59×（6.69-2.11）/（6.69-0.77）=46% ， Fe3CII=0.59 ×（2.11-0.77）/（6.69-0.77）=13% Date41 （6）过共晶白口铸铁(4.30％—6.69％，图中合金 ⑦) Date42 C D EF K 过共晶白口铸铁 wC=5.0% 1 2 3 Ｌd’＋Fe3CⅠ 温度 时间 1 22’ 3 3’ Ｌ Ｌ→Fe3CⅠ Ｌ→Ｌd Ld(γ →Fe3CII) L’d (γ →P) Date43 铁碳相图 Date44 按组织分区的铁碳合金相图 Date45 铁碳合金的成分与性能的对应 关系 Date46 拉伸实验 Date47 钢铁的生产流程 Date48 钢铁的冶炼 Date49 二 、碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响（ 自学） Date50 思考题 u1.为什么钢适宜用于压力成形,而铸铁适宜 用于铸造成形? u可得到单相组织；适合铸造，流动性好 u2.歌曲“比铁还硬,比钢还强”能不能改成 “比钢还硬,比铁还强”? • 随C%提高, 强度、硬度升高，塑韧性下降 。

Date51 三、 合金铸件的组织与缺陷 v宏观组织的好坏，对铸件的使用性能，对铸 锭的热加工性能及热变形后合金的性能都有 显著影响 v由于凝固过程中所发生的包括液-固相变的一 系列物理化学变化，造成了铸件(铸锭)在宏观 范围内的不均匀不均匀性分为三类） Date52 三、 合金铸件的组织与缺陷 v不均匀性分为三类（根据形态）： v物理不均匀性，包括缩孔、疏松、气泡 、裂纹等； v结晶不均匀性，指初生树枝状晶的大小 、形状、位向和分布； v化学不均匀性，包括树枝状偏析(晶内偏 析)和区域偏析 Date53 1、 铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 ) Ø金属凝固后晶粒较为粗大（宏观可见） Ø三个晶区：激冷区、柱状晶区、等轴晶区 Date54 1、 铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 ) Ø①激冷区：紧邻型壁的一个 外壳层，它由无规则排列的 细小等轴晶组成； Ø②柱状晶区：它由垂直于型 壁，彼此平行的柱状晶组成 ； Ø③等轴晶区：它处于铸锭(件 )的中心区域，由等轴晶粒组 成 Date55 口头作业 Ø组元、相、相图、成分过冷、平衡分 配系数、自由度、相律、匀晶转变、 共晶转变、共析转变、包晶转变、脱 溶、组织、组织组成体、伪共晶、离 异共晶。

Date56 作业1 Ø画出Fe-Fe3C相图，标注出P，S，E ，C的成分，共晶转变和共析转变温 度分别用相和组织标注相图 Date57 作业2 Ø分析含碳量为0.4％C，0.77％C， 1.2％C的碳钢从液态冷至室温时的结 晶过程，画出结晶过程示意图，计算 室温下三种钢组成相的相对量和组织 组成体的相对量 Date58 。