[工学]铁碳合金相图.ppt

工程材料及热工处理,第四章 铁碳合金相图,主讲人： 刘 怿 凡,几个重要概念,4.1 固态合金的相结构,1.合金,2.组元,3.相,两种或两种以上的金属，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质,组成合金的最基本的独立物质称为组元，可以是组成合金的元素，也可以是化合物，有二元、三元等。,在合金中，凡成分相同、结构相同并以明显界面相互分开的均匀组成部分，是合金中最基本的组成部分。,4.1 固态合金的相结构,4.组织,5.合金系,由相同组元配制的一系列成分不同的合金，组成一个合金系统。,用肉眼或显微镜观察到的金属材料的内部情景，包括晶粒的大小、形状、相对数量和相对分布。“特殊形态的微观形貌”,合金组织中的相结构决定合金的性能,4.1 固态合金的相结构,合金的相结构,晶体结构、原子结构不同、组元相互作用不同不同相结构,4.1 固态合金的相结构,一、固溶体,组元间相互溶解，溶质原子溶入固态溶剂。 特点：保持溶剂晶格类型,1.分类,按溶质原子在晶格中的位置：置换固溶体、间隙固溶体,4.1 固态合金的相结构,(2) 按固溶度:有限固溶体、无限固溶体,固溶强化：,溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度升高，塑性、韧性降低。 产生原因：晶格畸变 强化效果：间隙固溶体置换固溶体,回忆：我们已经学了几种强化手段了？,4.1 固态合金的相结构,二、金属化合物,合金组元间按一定比例发生相互反应而形成化合物,特点：,晶格类型与性能均不同于任一组元。 一般可用分子式表示，有些成分可在一定范围内变动。 具有一定的金属性质，又称金属化合物。 三高(高熔点、高硬度、高脆性),4.1 固态合金的相结构,组元之间相互溶解固溶体：铁素体(F)、奥氏体(A) 组元之间相互反应金属化合物：渗碳体（Fe3C),组元间既不溶解，也不反应？,三、机械混合物,珠光体：FFe3C,4.2 二元合金相图,相图：合金系中，相组成合金成分温度之间关系的图解。,一、相图的建立,热分析法测定相图：,1、配制合金； 2、测出结晶开始和终了温度相变点； 3、标出临界点；分别用曲线连接凝固开始点和终了点； 4、标出相区,4.2 二元合金相图,4.2 二元合金相图,二、杠杆定律,1、r点为两相混合，分别为a点液相和b点固溶相。 2、两平衡相得相对重量满足杠杆定律：,4.2 二元合金相图,将两相的比重看做天平的两端质量，欲天平平衡，则力力臂相等。于是有：,4.2 二元合金相图,三、匀晶相图,线： 固相线、液相线 区： 液相（L）区 固相（）区 液固两相共存（L+ ）区,两组元，液、固态都无限互溶的二元合金系形成的相图,4.2 二元合金相图,四、共晶相图,两组元，液态无限互溶，固态有限溶解，并发生共晶转变的相图,点：E-共晶点 线：液相线 （AEB） 固相线 （AMENB） 溶解度曲线 （MF、NG） 共晶线 （MEN）,区： 三个单相区、 三个双相区、 一个三相区,4.2 二元合金相图,结晶情况,1、共晶,室温组织:(+) 室温相组成:+,Pb-Sn共晶组织,4.2 二元合金相图,2、WSn19%的合金,室温组织: + 室温相组成:+,4.2 二元合金相图,3、亚共晶,室温组织：+(+) 室温相组成：+,4.2 二元合金相图,4、过共晶,室温组织：+(+) 室温相组成: +,4.2 二元合金相图,五、包晶相图,两组元，液态无限互溶，固态有限溶解，并发生包晶转变的相图,点：D包晶点 线：液相线 （ACB） 固相线 （APDB） 溶解度曲线 （PE、DF） 包晶线 （PDC）,区： 三个单相区、 三个双相区、 一个三相区,4.2 二元合金相图,六、共析相图,由一个某一成分的固溶体相，在某一恒定温度下，同时分解出两个新的固相的相图。,4.2 二元合金相图,六、几种恒温转变对比,1、共晶转变： 2、包晶转变： 3、共析转变：,（分解反应）,（合成反应）,（分解反应）,4.3 铁碳合金相图,铁素体,奥氏体,一、基本相与基本组织,4.3 铁碳合金相图,珠光体,莱氏体,4.3 铁碳合金相图,4.3 铁碳合金相图,4.3 铁碳合金相图,二、铁碳合金的分类,4.3 铁碳合金相图,三、典型铁碳合金,亚共析钢,过共析钢,4.3 铁碳合金相图,四、含碳量对组织、性能的影响,4.3 铁碳合金相图,4.4 铁碳合金相图的应用,钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面,1.在钢铁材料选用方面的应用,建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料，因此选用碳含量较低的钢材。 各种机械零件需用强度、塑性及韧性都较好的材料。应选用碳含量适中的中碳钢。各种工具需用硬度高和耐磨性好的材料，则选碳含量高的钢种。 纯铁磁导率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁心等。 白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。,4.4 铁碳合金相图的应用,2.在铸造工艺方面的应用 根据FeFe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100。,3.在热缎、热轧工艺方面的应用 锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。一般始缎、始轧温度控制在固相线以下100200范围内，终缎、终轧温度不能过低。亚共析钢热加工终止温度多控制在GS线以上一点，过共析钢变形终止温度应控制在PSK线以上一点，一般始缎温度为11501250，终缎温度为800850。,4.在热处理工艺方面的应用 FeFe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据FeFe3C相图确定的。,4.4 铁碳合金相图的应用,在