材料第2章之3 铁碳合金的结晶

2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 1 第2章金属材料组织与性能的控制之2 2 3铁碳合金的结晶 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 2 碳钢和铸铁都是铁碳合金 是使用最广泛材料 了解铁碳合金相图 对于铁碳合金的研究和使用 各种热加工工艺的制定以及工艺 品质量的保证等都有十分重要的意义 铁碳合金中的碳有两种存在形式 渗碳体Fe3C和石墨 由于实际使用的金属合金其含碳量一般不超过5 所以重点研究Fe Fe3C相图 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 3 一 铁碳相图 Fe Fe3C相图 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 4 1 Fe组元 Fe 体心立方 1394 Fe 面心立方 912 Fe 体心立方 同素异构转变 强度低 硬度低 韧性 塑性好 2 Fe3C 渗碳体 熔点高 硬而脆 塑性 韧性几乎为零 1 Fe Fe3C相图的组元 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 5 1 液相L 铁与碳的液溶体2 相 高温铁素体碳在 Fe中的间隙固溶体3 相 铁素体 F或 碳在 Fe中的间隙固溶体强度 硬度低 塑性好室温 C 0 0008 727 含碳量最大 C 0 0218 4 相 奥氏体 A或 碳在 Fe中的间隙固溶体强度低 易塑性变形5 Fe3C相 渗碳体化合物 2 Fe Fe3C相图中的相 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 6 3 三条水平线和三个重要点 包晶点J与包晶转变线HJB 1495 C 0 17 LB H AJ即L0 53 0 09 A0 17 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 7 共晶点C与共晶转变线ECF1148 C 4 3 L4 3 A2 11 Fe3C高温莱氏体Ld共晶渗碳体L4 3 Ld4 3 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 8 AS FP Fe3CA0 77 F0 0218 Fe3CP 珠光体 共析渗碳体 共析点S与共析转变线PSK A1线727 C 0 77 A0 77 P0 77 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 9 珠光体的强度较高 塑性 韧性和硬度介于Fe3C和F之间 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 10 液相线ACD固相线AECF 4 液固相线 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 11 ES线 碳在A中的固溶线AcmE点1148 2 11 S点727 0 77 A A Fe3CII二次渗碳体PQ线 碳在F中的固溶线 P点727 0 0218 Q点室温 0 0008 F F Fe3CIII三次渗碳体 5 溶解度线 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 12 GS线 A3线A A F 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 13 总结 Fe Fe3C相图 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 14 Fe Fe3C相图中各点的温度 碳含量及含义 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 15 二 Fe C合金平衡结晶过程分析 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 16 几种碳钢的钢号和碳质量分数 根据Fe Fe3C相图 铁碳合金可分为三类 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 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 17 按组织组成物标注的铁碳合金相图 L 140012001000800600400200 温度 C E F D A J N S G P K Q L L Fe3C Ld Fe3CII P Fe3CII L B 5 Ld Fe3CI Fe3CII P Ld Fe3CII Ld Fe3CI P 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 18 1 工业纯铁 C 0 0218 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 19 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 20 2 共析钢C 0 77 合金冷却时 于1点起从L中结晶出A 至2点全部结晶完了 在2 3点间A冷却不变 至3点时 A发生共析反应生成P 从3 继续冷却至4点 P不发生转变 因此共析钢的室温平衡组织全部为P P呈层片状 课本P61图2 22 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 21 珠光体组织 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 22 共析钢的组织组成物全部为P 组成相为F和Fe3C 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 23 3 亚共析钢0 0218 C 0 77 主讲课本P63图2 24 亚共析钢结晶简化过程示意图 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 24 亚共析钢的显微组织 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 25 45钢金相 F P 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 26 含碳量为0 4 的亚共析钢的组织组成物为F和P 忽略F中的含碳量 则钢中的碳含量全部在P中 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 27 含碳量为0 4 的亚共析钢的组成相为F和Fe3C 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 28 4 过共析钢 课本P63图2 25过共析钢结晶过程示意图 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 29 过共析钢的显微组织 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 30 T12钢金相 Fe3CII P 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 31 含碳量为1 2 的过共析钢的组成相为F和Fe3C 组织组成物是Fe3CII和P 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 32 5 共晶白口铁 C 4 3 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 33 共晶白口铁 C 4 3 合金在1点发生共晶反应 由L转变为 高温 莱氏体Le 即 A Fe3C 1 2点间 Le中的A不断析出Fe3CII Fe3CII与共晶Fe3C相连 在显微镜下无法分辨 但此时的莱氏体由A Fe3CII Fe3C组成 由于Fe3CII的析出 至2点时A的碳质量分数降为0 77 并发生共析反应转变为P 高温莱氏体Le转变成低温莱氏体Le P Fe3CII Fe3C 从2 至3点组织不变化 所以室温平衡组织仍为Le 由黑色条状或粒状P和白色Fe3C基体组成 共晶白口铸铁的组织组成物全为Le 而组成相还是F和Fe3C 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 34 共晶白口铁的显微组织 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 35 共晶白口铁金相 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 36 6 亚共晶白口铸铁2 11 C 4 3 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 37 亚共晶白口铁的显微组织 2020年4月6日星期一 北京邮电大学自动化学院 38 亚共晶白口铸铁金相