五.铁碳相图.ppt

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 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 先后发生两次同素异构转变 工业纯铁的机械性能 b180 230MPa 0 2100 170MPa 30 50 70 80 ak1 6 106 2 106J m2硬度50 80HB 2 Fe3CFe3C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 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 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 工业纯铁的结晶过程 珠光体是F与Cm的共析混合物 Cm以细片状分散分布在F基体上 起强化作用 b 770MPa 20 35 硬度 180HBak 3 105 4 105J m2 2 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 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Fe Fe3C相图 A3 Acm A1 三 成分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30MPa 0 9 2 硬度随含碳量增加 合金硬度呈直线关系增大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 80 w F 180 w P HB 硬度 80 w F 800 w Fe3C HB 拉伸强度 b 230 w F 770 P MPa 伸长率 50 w F 20 w 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 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 Fe 3 C室温组织组成物相对量的计算 组织组成物 P Fe3C Le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