鐵碳合金相圖與共析鋼結(jié)晶過(guò)程

鐵碳合金相圖與共析鋼結(jié)晶過(guò)程第一頁(yè)，共三十二頁(yè)。鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的金屬材料。含碳量為0.0218%~2.11%的稱(chēng)鋼。含碳量為2.11%~6.69%的稱(chēng)鑄鐵。第二頁(yè)，共三十二頁(yè)。鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、

Fe2C、FeC，它們都可以作為相圖的組元看待。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%)→第三頁(yè)，共三十二頁(yè)。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ),是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù).第四頁(yè)，共三十二頁(yè)。一、鐵碳合金的基本相和性能碳在δ-Fe中的固溶體稱(chēng)δ-鐵素體，用δ表示。

都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體⑴鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體稱(chēng)鐵素體,用F

或

表示。

第五頁(yè)，共三十二頁(yè)。⑵奧氏體:碳在

-Fe中的固溶體稱(chēng)奧氏體。用A或

表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在A

區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體第六頁(yè)，共三十二頁(yè)。

構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一—固態(tài)相變。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵在固態(tài)冷卻過(guò)程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：1394℃912℃-Fe?-Fe?-Fe物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱(chēng)同素異純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變第七頁(yè)，共三十二頁(yè)。⑶滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(

b35MPa),脆性大,塑性幾乎為零Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。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。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體第八頁(yè)，共三十二頁(yè)。三個(gè)基本相：鐵素體、奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金平衡組織中只有兩個(gè)相，就是鐵素體和滲碳體。五種組織組成物：是構(gòu)成顯微組織的獨(dú)立部分，可以是單相，也可以是兩相或者多相混合物。鐵素體奧氏體滲碳體珠光體萊氏體珠光體：共析反應(yīng)的產(chǎn)物，是F與Fe3C片層相間的兩相混合物萊氏體：共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，高溫萊氏體是A與Fe3C兩相混合物,室溫萊氏體是珠光體與Fe3C的兩相混合物第九頁(yè)，共三十二頁(yè)。二、鐵碳合金相圖的分析相圖的簡(jiǎn)化第十頁(yè)，共三十二頁(yè)。⒈特征點(diǎn)?????L+Fe3C?第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。⒉特征線⑴液相線—ACD，固相線—AECF⑵兩條水平線：ECF：共晶線LC?

E+Fe3C共晶產(chǎn)物是A與Fe3C的機(jī)械混合物，稱(chēng)作萊氏體,用Le表示。為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)。PSK：共析線

S

?FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是F與Fe3C的機(jī)械混合物，稱(chēng)作珠光體，用P表示。珠光體L+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(chēng)A1線。第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)。⑶

其它相線GS—A?

F

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱(chēng)A3

線。ES—碳在

-Fe中的固溶線。又稱(chēng)Acm線。PQ—碳在

-Fe中的固溶線。第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)。⑶兩個(gè)三相區(qū)：即ECF(L+A+Fe3C)、PSK(A+F+Fe3C)兩條水平線

⒊相區(qū)⑴單相區(qū)：

L、A、F、Fe3C

⑵兩相區(qū):L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、A+F、F+Fe3C第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相A

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)鐵碳合金按成分可分為三類(lèi)：⑴工業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單相鐵素體。三、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。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)第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)。(一)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程

合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)锳。到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

AS?FP+Fe3C,

A全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)。1點(diǎn)以上：L1～2點(diǎn)：L

A2～3點(diǎn)：A3～3'點(diǎn)：AP3'點(diǎn)以下：P第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)。珠光體在光鏡下呈指紋狀.轉(zhuǎn)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(chēng)共析滲碳體。S點(diǎn)以下，共析F中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P。珠光體第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)。室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)重量百分比是多少？Q43219第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。共析鋼的結(jié)晶過(guò)程第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)?？偨Y(jié)：鋼的結(jié)晶過(guò)程1、共析鋼的結(jié)晶過(guò)程3、過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程2、亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程L→L+A→A→P相組成物：F，F(xiàn)e3C

L→L+A→A→A+F→P+F相組成物：F，F(xiàn)e3CL→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII相組成物：F，F(xiàn)e3C第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)。四、

含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響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(lèi)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F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII

+Lｄ’→Lｄ’→Lｄ’+Fe3CI第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)。1、需要韌性、塑性好的（起重機(jī)構(gòu)架、輸電鐵塔）可選用含碳小于0.第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。L→L+A→A→P第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金平衡組織中只有兩個(gè)相，就是鐵素體和滲碳體。合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)锳。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在A區(qū)進(jìn)行.F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII萊氏體：共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，高溫萊氏體是A與Fe3C兩相混合物,室溫萊氏體是珠光體與Fe3C的兩相混合物鐵碳合金相圖與共析鋼結(jié)晶過(guò)程所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳含量的增大而增大。相圖中有很廣闊的奧氏體區(qū)，面心立方晶格的高溫奧氏體有優(yōu)良的塑性和較好的強(qiáng)度，塑性變形抗力很低，是熱鍛、熱軋極好的組織，軋、鍛溫度一般選在圖中影線部分。隨碳含量的增加,亞共析鋼中P增多而F減少。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(b35MPa),脆性大,塑性幾乎為零9%C時(shí),Fe3CII沿晶界形成完整的網(wǎng),強(qiáng)度迅速降低,隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加,強(qiáng)度不斷下降,到2.⒉含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù),隨碳含量的增加,由于硬度高的Fe3C增多,硬度低的F減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大,由全部為F的硬度約80HB增大到全部為Fe3C時(shí)的約800HB。第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。強(qiáng)度是一個(gè)對(duì)組織形態(tài)很敏感的性能。隨碳含量的增加,亞共析鋼中P增多而F減少。P的強(qiáng)度比較高,其大小與細(xì)密程度有關(guān)。組織越細(xì)密,則強(qiáng)度值越高。F的強(qiáng)度較低。所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳含量的增大而增大。第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。但當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)共析成分之后,由于強(qiáng)度很低的Fe3CII沿晶界出現(xiàn),合金強(qiáng)度的增高變慢,到約0.9%C時(shí),Fe3CII沿晶界形成完整的網(wǎng),強(qiáng)度迅速降低,隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加,強(qiáng)度不斷下降,到2.11%C后,合金中出現(xiàn)Le時(shí),強(qiáng)度已降到很低的值。再增加碳含量時(shí),由于合金基體都為脆性很高的Fe3C,強(qiáng)度變化不大且值很低,趨于Fe3C的強(qiáng)度(約20MPa～30MPa)。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)。塑性

鐵碳合金中Fe3C是極脆的相,沒(méi)有塑性。合金的塑性變形全部由F提供。所以隨碳含量的增大,F量不斷減少時(shí),合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時(shí),塑性就降到近于零值了。

第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)。五、鐵碳相圖的應(yīng)用(1)鋼鐵選材1、需要韌性、塑性好的（起重機(jī)構(gòu)架、輸電鐵塔）可選用含碳小于0.25%的碳鋼2、需要強(qiáng)度、韌性都較好（重要的地腳螺栓、軸、齒輪等）可選用含碳0.3%~0.5%的鋼；各類(lèi)彈簧、板簧需要含碳0.5%~0.75%的鋼；3、需要耐磨的（工具、模具、軸承類(lèi)）可選用含碳0.8%~1.3%的鋼。第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)。(2)在鑄造工藝方面的應(yīng)用1、根據(jù)相圖可確定合金的澆注溫度。從圖中看出，鑄鐵的澆注溫度比鋼低，所以鑄鐵的鑄造性能大大優(yōu)于鑄鋼。2、共晶點(diǎn)C的鐵碳合金鑄造性能最好。越是接近共晶點(diǎn)C的鐵碳合金結(jié)晶溫度越低，合金的流動(dòng)性好。3、固液線距離近，偏析傾向小。第三十頁(yè)，共三十二頁(yè)。第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)。碳在δ-Fe中的固溶體稱(chēng)⒈含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響珠光體在光鏡下呈指紋狀.第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。2、共晶點(diǎn)C的鐵碳合金鑄造性能最好。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金平衡組織中只有兩個(gè)相，就是鐵素體和滲碳體。即ECF(L+A+Fe3C)、PSK(A+F+Fe3C)兩條水平線第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。三、典型鐵碳合