1、铁 碳 相 图一.铁碳相图分析二.铁碳合金的平衡结晶过程和组织三.成分 组织与性能的对应关系。 一.铁碳相图分析 温度温度 碳含量碳含量 (C)% 含含 义义 A 1538 0 纯铁的熔点纯铁的熔点 B 1495 0.53 包晶转变时液态合金的成分包晶转变时液态合金的成分 C 1148 4.30 共晶点共晶点 Lc AE+Fe3C D 1227 6.69 Fe3C的熔点的熔点 E 1148 2.11 碳在碳在 -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 F 1148 6.69 Fe3C的成分的成分 G 912 0 -Fe -Fe同素异构转变点同素异构转变点(A3) H 1495 0.09 碳在碳在 -
2、Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 J 1495 0.17 包晶点包晶点LB+ H AJ K 727 6.69 Fe3C的成分的成分 N 1394 0 -Fe -Fe同素异构转变点同素异构转变点(A4) P 727 0.0218 碳在碳在 -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 S 727 0.77 共析点共析点(A1) AS FP+Fe3C Q 600 20 0.0057 0.0008 600 20 时碳在时碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度 (一).铁碳合金的组元1. Fe 过渡族元素,熔点为1538, 相对密度是7.87g/cm3.纯铁从液态结晶为固态后, 继续冷却到1394及912时, 先后发
3、生两次同素异构转变. 工业纯铁的机械性能 b 180 230 MPa 0.2 100 170 MPa 30%50% 70%80% ak 1.6106 2106J/m2 硬度 50 80 HB 2. Fe3C Fe3C是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗碳体, 用Cm表示。 渗碳体的机械性能 抗拉抗拉强度强度b 延伸延伸率率 断面断面收缩收缩率率 冲击冲击韧度韧度ak 硬度硬度 30 MPa 0 0 0 800 HB Fe3C 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响. (二).铁碳相图中的单相区1. 液相(L)区 液相L是铁与碳的
4、液溶体.2. 相区 相为高温铁素体,是碳在 -Fe中的间隙固溶体,呈体心立方晶格,在1394以上存在,在1495时溶碳量最大,为0.09%. 3.相区 相也称铁素体, 用符号 F或 表示, 是碳在 -Fe 中的间隙固溶体, 呈体心立方晶格.铁素体中碳的固溶度极小,室温时约为0.0008%, 在727 时溶碳量最大, 为0.0218%. 4. 相区 相常称奥氏体,用符号 A或 表示,是碳在 -Fe 中的间隙固溶体,呈面心立方晶格.奥氏体中碳的固溶度较大,在1148 时溶碳量最大达2.11%. 5. Fe3C相区 Fe3C相是一个化合物相.(三).Fe-Fe3C相图中的三相区 1.水平线HJB(包
5、晶反应线), J为包晶点. 0.09%w(C)0.53%的铁碳合金在平衡结晶过程中均发生包晶反应: L0.53+ 0.09= 0.17 (1495 ). 2.水平线ECF(共晶反应线), C点为共晶点. 2.11% w(C) 6.69%之间的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共晶反应:L4.3= Le( 2.11+Fe3C ) (1148 ).共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示. 3.水平线PSK(共析反应线), S点为共析点.0.0218% w(C) 6.69%的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共析反应:0.77=P(+Fe3C) (727 ). 共
6、析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物, 称珠光体, 以符号P表示. (四).特性曲线GS线 又称A3线,是在冷却过程中,由A析出F的开始线. ES线 是碳在A中的固溶线, 通常叫做Acm线。由于在1148 时A中溶碳量最大可达2.11%, 而在727 时仅为0.77%, 因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148冷至727 的过程中, 将从A中析出Fe3CII。Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线。 PQ线 是碳在F中固溶线。在727 时F中溶碳量最大可达0.0218%, 室温时仅为0.0008%, 因此碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金自727 冷至室温的过程中,
7、 将从F中析出Fe3CIII。PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线。Fe3CIII数量极少, 往往予以忽略。 (1) 工业纯铁 w(C)0.0218% (2) 钢 0.0218% w(C)2.11% 亚共析钢 0.0218%w(C)0.77% 共析钢 w(C) = 0.77% 过共析钢 0.77%w(C)2.11% (3) 白口铸铁 2.11%w(C)6.69% 亚共晶白口铸铁 2.11% w(C)4.3% 共晶白口铸铁 w(C) = 4.3% 过共晶白口铸铁 4.3% w(C)6.69% (五).Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类二.铁碳合金的平衡结晶过程和组织1.工业纯铁的结
8、晶过程珠光体珠光体是是F与与Cm的共析混的共析混合物合物.Cm以细以细片状分散分布片状分散分布在在F基体上基体上,起起强化作用强化作用. b :770MPa : 20-35%硬度硬度: 180HBak: 3105- 4105J/m22.共析钢的结晶过程3.亚共析钢的结晶过程4.过共析钢的结晶过程 (a) 0.01%C铁素体500倍(b) 0.45%C铁素体+珠光体 500倍(c) 0.77%C珠光体 500倍(d) 1.2%C 珠光体+二次渗碳体 500倍(f) 4.3%C 低温莱氏体130(e) 3%C珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体130(g) 5%C初晶渗碳体+低温莱氏体130 标注组织的
9、Fe-Fe3C相图 A3AcmA1三三.成分成分 组织与性能的对应关系组织与性能的对应关系1.强度 随碳含量的增加,亚共析钢中P增多而F减少,P的强度较F高.同时P的组织越细密,其强度值越高. 所以亚共析钢的强度随碳含量的增大而增大. 当碳含量超过共析点之后,强度很低的Fe3CII沿晶界出现,合金强度的增高变慢,到约0.9%C时, Fe3CII沿晶界形成完整的网,强度开始迅速降低, 到2.11%C合金中将出现Le时,强度已降至很低的值. 再增加碳含量时,合金基体都为脆性很高的Fe3C,强度变化不大且值很低,趋于Fe3C的强度(约30 MPa).0.92.硬度 随含碳量增加,合金硬度呈直线关系增
10、大3.塑性 铁碳合金中Fe3C是极脆的相, 没有塑性.合金的塑性变形全部由F提供.所以随碳含量的增大, F量不断减少时, 合金的塑性连续下降.到合金成为白口铸铁时, 塑性就降到近于零值了. 亚共析钢的硬度、强度和延伸率的估算： 硬度80w(F)+180w(P) (HB) 硬度80w(F)+800w(Fe3C) (HB) 拉伸强度(b)230w(F)+770(P) (MPa) 伸长率( )50w(F)+20w(P) (%) 作业一.术语解释10：铁素体、珠光体、奥氏体、莱氏体、渗碳体、初晶渗碳体、共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体、三次渗碳体二.填空 是非判断 选择题：P9-2(14)(15)(
11、16)(17).P10-3(16)(17). P12-4(10)(11)(12)(13).三.综合分析题8：25.P14-5(7)26.P14-5(8)27.P14-5(9)28.P14-5(10)29.什么是Fe3C、Fe3C、Fe3C？它们是在什么条件下形成的？形态和分布特点是怎样？30.亚共析钢成分和共晶成分的白口铸铁哪一个铸造性能好？为什么？31.试写出45钢和T10在平衡结晶条件下室温的相组成和组织组成及其质量分数，并画出它们在室温下的组织组成示意图。32.将A、B两块碳素钢试样加热至850 保温后缓冷，金相组织分别为：A试样的先共析铁素体面积为41.6%，珠光体面积为58.4%；B
12、试样的二次渗碳体面积为7.3%，珠光体面积为92.7%；设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含碳量为零，求A、B两种碳素钢的含碳量。附加读物附加读物:Fe-3%C室温组织组成物相对量的计算室温组织组成物相对量的计算:组织组成物：组织组成物：P、Fe3C、Le组织组成物相对量：组织组成物相对量：Le%=L%=E2/EC=(3-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%A%=(P+Fe3C)%=2C/EC=(4.3-3)/(4.3-2.11)=59.4% = 13.4%Fe3C%=2C/EC(2.11-0.77)/(6.69-0.77)P%=A%-Fe3C%=(59.4-13.4)%=46%相组成物：相组成物：F、Fe3C相组成物相对量：相组成物相对量：F%=(6.69-3)/6.69100%=55.2%Fe3C%=3/6.69 100%=44.8%F+Fe3C人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
