铁碳合金的平衡组织与非平衡组织教学课件PPT.ppt

结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 重点掌握 一般要求 教学内容 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 41 Fe-Fe3C相图 42 Fe-C合金平衡结晶过程 43 复线铁碳相图 44 铁碳相图的应用及局限 45 钢在加热时的组织转变 46 钢在冷却过程中的组织转变 1.各类特殊性能铸铁的成分，组织，性能特点和应用； 2.白口铁的组织与性能。 教学内容 一般要求 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1. 纯铁的同素异构转变； 2. 铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体 的结构和性能特点及显微组织形貌； 3. 铁碳合金相图中各点、钱、区的含义，了解成份、温度、组织、相 之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的 结晶过程； 4. 铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系； 5. 钢中常见杂质对钢的性能的影响？ 6. 碳钢的分类，编号和用途； 7. 铁碳相图的应用。 8. 铸铁的石墨化原理，石墨的形态，大小对铸铁性能的影响，铸铁的 性能特点及应用范围； 9. 各类铸铁的成份，组织和性能特点及牌号识别； 10. 铸铁的常用热处理的方法和目的。 重点掌握 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1Fe组元 -Fe(bcc) 1394-Fe(fcc)912-Fe(bcc) (同素异构转变) 强度低、硬度低、韧性、塑性好 2Fe3C （ Cem， Cm） （在Fe-C相图中表现为位于6.69C处的竖直线） 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 41 Fe-Fe3C相图 1液相L 2相高温铁素体 （C固溶到-Fe中相） 3相铁素体F （C固溶到 -Fe中相） 强度、硬度低、塑性好 （室温：C%=0.0008%, 727 ： C%=0.0218%） 4相、A奥氏体 （C固溶到-Fe中相） 强度低，易塑性变形 5Fe3C 一、Fe-Fe3C相图的组元 二、Fe-Fe3C相图中的相 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1三条水平线和三个重要点 三、相图分析 （1）包晶点J与包晶转变线HJB ：1495 ，C%=0.17 LB+HAJ 即 L0.53+ 0.09 A0.17 （2）共晶点C与共晶转变线ECF 1148 ，C%=4.3% L4.3 A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1三条水平线和三个重要点 三、相图分析 ASFP+Fe3C（共析渗碳体） A0.77 F0.0218+Fe3CP（珠光体） 珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间 （3）共析点S与共析转变线PSK A1线 727 ，C%=0.77% 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 2液固相线 液相线ACD 固相线AECF 3溶解度线 ES线：碳在A中的固溶线 Acm， 1148 ，2.11% 727 ，0.77%， AA+Fe3CII 如： Le(P+Fe3CII)+Fe3C共晶 低温莱氏体 Le PQ线：碳在F中的固溶线 ，727 ，0.0218% 0.0008%室温，Fe3CIII 4GS线A3线 AA+F 三、相图分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 工业纯铁 共析钢 过共析钢 亚共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1工业纯铁 （C%0.0218%） (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 工业纯铁结晶 过程示意图 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1工业纯铁（C%0.0218%） (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 LL+AAA+FF F+Fe3CIII 相组成物： Fe3C C%=6.69% F C%1154)AE+G（共晶）+GI (1154 ) 共晶成分LAE+G（共晶） (1154 ) 亚共晶成分LAE+G（共晶）+AE初生 (1154 ) b. 第II阶段析出二次石墨 AA+GII (1154 738 ) c. 第三阶段共析石墨 AsFp+G（共析）（738 ) 三、铸铁的石墨化过程 亚共晶铸铁（3.0%）稳定平衡转变示意图附：举例： 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图 附：举例：亚共 晶铸铁（3.0%） 稳定平衡转变示 意图 三、铸铁的石墨化过程 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图 1按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁。 四、铸铁的组织和分类 名称第一阶段 （液相析出） 第二阶段 （A中析出） 第三阶段 （共析析出） 显微组织 灰口铸铁 充分（AE+G) 充分（AE+G) 充分（AE+G) 充分（As+G) 充分（As+G) 充分（As+G) 充分(F+G) 部分(F+P+G) 不进行 F+G F+P+G P+G 麻口铸铁 部分（AE+G+Le) 部分（As+G+Le) 不进行 P+Le+G 白口铸铁 不进行 不进行 不进行 P+Le+Fe3C 石墨化程度 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图 2接石墨形态分类 四、铸铁的组织和分类 a. 灰口铸铁 片状石墨 b. 可锻铸铁 团絮状 c. 球墨铸铁 球状 d. 蠕墨铸铁 蠕虫状 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图 a. C, Si强烈促进石墨化 P 促进石墨化微弱，提高铸铁流动性，(Fe3P) 碳当量：CE=C+1/3(Si+P) b. S Mn S阻碍石墨化，热脆 Mn+SMnS 削弱硫的危害 c. 合金元素Cr、W、Mo、V 与C亲合力强，阻碍石墨化 Al、Cu、Ni、Co增加Fe自扩散能力，促进石墨化。 五、影响石墨化过程的因素 1化学成分 Fe C Si S P 2冷却速度 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图 六、石墨形态对铸铁性能的影响 石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体的有效截面积， 并引起应力集中。 片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状轻。 变质处理后，石墨片细化，割裂作用减轻，强度提高。 蠕墨铸铁，端部钝，强度、塑性提高。 可锻、球状铸铁中石墨对基体裂作用小，强度、塑性提高 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 44 铁碳相图的应用及局限 二、局限性 1反映的是平衡相，而不是组织 2反映二元合金中相的平衡状态 3没有反映时间的作用平衡条件下 一、应用 1选材 2热加工工艺制定的基础 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变 1共析钢奥氏体化温度 Ac1温度： F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69) A (Fcc, 0.77) 一、共析钢的奥氏体化（晶格 改组和Fe，C原子的扩散过程 ，遵循形核、长大规律） 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变 a. 形核（优先在相界（F，Fe3C） b. 长大 c. 渗碳体完全溶解 d. 碳的均匀化 一、共析钢的奥氏体化（晶格改 组和Fe，C原子的扩散过程，遵 循形核、长大规律） 二、亚（过）析钢的奥氏体化 2共析钢奥氏体化过程 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变 三、影响奥氏体化的因素 1加热温度 TA化 (D浓度梯度大） V转变开始温度，转变时间 2加热速度 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变 三、影响奥氏体化的因素 3含碳量 C%界面多核心多转变快 4合金元素 a. Cr、Mo、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，奥氏体 形成速度 b. Co、Ni非碳化物形成元素，奥氏形成速度 c. Al、Si、Mn影响不太 5原始组织 片状，片间距小相界面多碳弥散度大碳原子扩散 距离短奥氏体形核长大快 粒状 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变 四、奥氏体晶粒大小及控制 表征晶体内晶粒大小的量度 ，通常用长度，面积，体积 或晶粒度级别表示。 1晶粒度: 2起始晶粒度、实际晶粒度、 本质晶粒度 本质晶粒度：钢奥氏体晶 粒长大的倾向。 奥氏体晶粒随温度的升高 而且迅速长大本质粗晶钢 奥氏体晶粒随温度升高到 某一温度时，才迅速长大本 质细晶钢 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 三、影响奥氏体化的因素 3奥氏体晶粒度的控制 a. 加热工艺 加热温度，保温时间 b. 钢的成分合金化 A中C%晶粒长大 MxC% 晶粒长大 1)碳化物形成元素 细化晶粒 2) Al本质细晶钢 3) Mn 、P促进长大 w 45 钢在加热时的组织转变 本质细晶粒和本质粗经历（示意图） 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 46 钢在冷却过程中的组织转变 过冷奥氏体的等温转变 1 等温处理 2 连续处理 过冷奥氏体的连续冷却转变 影响C曲线的因素 过冷奥氏体的等温转变 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变 1共析钢过冷A等温转变曲线 冷却到一定温度，保温，测量A过冷转变开始和终了时间 A1以上：A稳定 A1以下：A不稳定，过冷 C曲线有一最小孕育期： 1：T，AP的驱动力F提高 2：TD 46 钢在冷却过程中的组织转变 2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征 A1鼻子温度（550） A过冷P（S，T）索氏体，屈氏体。 P的形成取决于生核，长大速率。T，生核，长大。 T600，D，长大慢层间距薄，短 扩散型相变，综合性能好，HB较低，韧性好。 THB，强度 （1）高温转变区 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变 共析钢等温转变图（C曲线） （a）不同等温下的等温转变 动力学曲线 （b）等温转变图（C曲线） 2共析钢过冷奥氏体等温转变 产物的组织和特征 46 钢在冷却过程中的组织转变 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变 （2）中温区转变，贝氏体转变 550230 （Ms） A过冷B，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机械混合物。 2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征 46 钢在冷却过程中的组织转变 550350上贝氏体半扩散型， Fe不扩散 羽毛状碳化物在F间，韧性差 350Ms 下贝氏体 C原子有一定 的扩散能力 针状 碳化物在F内，韧性高， 综合机械性能好 a. A过冷M+A残余 b. 转变产物：马氏体M，碳在-Fe中的过饱和固溶体。 C%1.0%，针状，马氏体 c. 实质：T低C无法扩散非扩散性晶格切变过饱和C的铁素体。 d. M转变的特征，无扩散性 瞬时性 存在Ms,Mf 不完全性 体积膨胀 （3）低温区转变马氏体转变，MSMf之间一个温度范 围内连续冷却完成的，离于非扩散型转变。 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变 3共析钢等温转变组织性能的关系 46 钢在冷却过程中的组织转变 （1）珠光体型 （2）贝氏体 （3）马氏体 4亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线 转变温度降低，片间距小，细晶强化强度、硬度、塑性 、韧性提高 B上：强度、韧性差 B下：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能 硬度高 C%HRC 针状马氏体，硬而脆，塑、韧性差 板条状，强度高，塑性，韧性好 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 （一）A成分 46 钢在冷却过程中的组织转变 C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体 的化学成分和加热时的状态。 C曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物 的性能具有重要意义，而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。 A中C%C曲线右移. 对亚共析钢，钢中C%，A中C%C曲线右移 对过共析钢，一般在AC1以上A化，钢中C%，未溶Fe3C 有利于形核C曲线左移 共析钢，C曲线最靠右边，稳定性最高。 1含碳量 图：碳含量对碳钢C曲线的影响 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 46 钢在冷却过程中的组织转变 （一）A成分 1含碳量 碳含量对碳钢C曲线的影响 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 46 钢在冷却过程中的组织转变 除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性右移 非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu, 不改变C曲线形状 强碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti, 改变C曲线形状 除Co、Al 外，均使Ms、Mf 下降，残余A 2合金元素，（Co%左移） 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 46 钢在冷却过程中的组织转变 2合金元素， （Co%左移） （一）A成分 二、影响C曲线的因素 合金元素对碳钢C 曲线的影响 （a）Ni的影响（ b）Cr的影响（c ）W的影响 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页 第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 46 钢在冷却过程中的组织转变 （一）A成分 除C0以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性右移 非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu, 不改变C曲线形状 强碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb,、Ti, 改变C曲线形状 除Co、Al 外，均使Ms、Mf 下降，残余A 加热温度和时