工程材料第五章PPT课件

第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 二 铁碳合金相图 三 铁碳合金相图的应用 小结 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 铁素体F 奥氏体A 渗碳体Fe3C 珠光体P 莱氏体Ld 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 铁素体F 1 定义 C在 Fe中的间隙固溶体 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 铁素体F 2 晶格类型 体心立方晶格 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 铁素体F 3 含碳量 最大0 0218 727 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 铁素体F 4 性能 强度硬度极低塑性韧性很好 铁素体 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 奥氏体A 1 定义 C在 Fe中的间隙固溶体 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 奥氏体A 面心立方晶格 2 晶格类型 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 奥氏体A 727 时 0 77 1148 时 2 11 3 含碳量 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 奥氏体A 强度硬度高于F塑性韧性较好 面心立方晶格 4 性能 奥氏体 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 渗碳体Fe3C Fe C按3 1形成的金属化合物 复杂晶格类型 6 69 硬而脆 渗碳体 渗碳体 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 珠光体P F Fe3C形成的共析体 F Fe3C片层相间 介于F Fe3C之间 较高的强度硬度 一定的塑性韧性 片层间距 性能 第五章铁碳合金 一 铁碳合金的基本组织与性能 莱氏体Ld A和Fe3C形成的共晶体 含有大量Fe3C 硬而脆 4 2Fe Fe3C相图分析 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 铁碳合金的分类 典型合金的结晶过程 含碳量对钢组织与性能的影响 4 2Fe Fe3C相图分析 1相图 1 主要特性点 2 主要特性线 1 BC线液体向奥氏体转变的开始线 即 L A 2 CD线液体向渗碳体转变的开始线 即 L Fe3C ABCD线统称为液相线 在此线之上合金全部处于液相状态 用符号L表示 3 JE线液体向奥氏体转变的终了线 4 ECF水平线共晶线 AHJECF线统称为固相线 液体合金冷却至此线全部结晶为固体 此线以下为固相区 5 ES线又称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度曲线 即 Fe3C 6 GS线又称A3线 奥氏体向铁素体转变的开始线 7 GP线奥氏体向铁素体转变的终了线 8 PSK水平线共析线 727 又称A1线 9 PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线 Fe3C 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 1 特征点 C点 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 1 特征点 S点 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 1 特征点 E点 C在 Fe中的最大溶解度点 2 11 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 1 特征点 P点 C在 Fe中的最大溶解度点 0 0218 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 1 特征点 G点 Fe与 Fe同素异构转变点 912 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 ACD线 液相线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 AECF线 固相线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 ECF线 共晶线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 PSK线 共析线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 GS线 A F转变开始线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 GP线 A F转变终了线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 2 特征线 ES线 C在A中最大溶解度线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 3 区域组织 单相区 L A F Fe3C 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 3 区域组织 两相区 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 相图分析 3 区域组织 三相共存水平线 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 铁碳合金的分类 典型合金 7种 的平衡结晶过程 组织变化 室温组织及其相对量计算 2平衡结晶过程及其组织 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 1工业纯铁结晶过程 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 工业纯铁组织金相图 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 典型合金的结晶过程 1 共析钢 L L A A P F Fe3C 共析钢金相组织图 图4 6 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 典型合金的结晶过程 2 亚共析钢 L L A A A F F P C F P 强度硬度 塑性韧性 亚共析钢组织金相图 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 典型合金的结晶过程 3 过共析钢 L L A A A Fe3C P Fe3C C P Fe3C 强度硬度 塑性韧性 当C 0 9 时 Fe3C 连续分布强度 过共析钢组织金相图 说明 脆性的渗碳体以网分隔了材料 所以材料的性能特点很脆 工程中使用并不希望出现这种组织 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 铁碳合金组织特征图 a 0 01 C铁素体500 c 0 77 C珠光体500 b 0 45 C铁素体 珠光体500 d 1 2 C珠光体 二次渗碳体500 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 5 共晶白口铁 C 4 3 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 共晶白口铁组织金相图 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 6 亚共晶白口铁 C 2 11 4 3 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 亚共晶白口铁组织金相图 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 7 过共晶白口铁 C 4 3 6 69 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 过共晶白口铁组织金相图 图4 17 4 3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 三 组织组成物相对含量计算 1 计算共析钢珠光体组织中铁素体和渗碳体的相对含量 解 2 计算含碳量为1 0 的过共析钢组织中二次渗碳体和珠光体的相对含量 解 3 计算含碳量为5 的过共晶白口铸铁组织中 一次渗碳体的相对含量 共晶渗碳体的相对含量 二次渗碳体的相对含量 共析渗碳体的相对含量 三次渗碳体的相对含量解 当T 1148 0 C时 当T 1148 0 当T 727 0 当T 727 0 室温时 4 计算含碳量为2 的过共析钢组织中 珠光体的相对含量 解 珠光体的含量等于奥氏体的含量 因此 T 727 0 第五章铁碳合金 二 铁碳合金相图 含碳量对钢组织与性能的影响 二 对力学性能的影响随C 提高 强度 硬度升高 塑韧性下降 当含碳量不超过1 时 晶界上析出的二次渗碳体不成网状析出 对性能影响不大 当超过1 呈网状析出 对碳钢力学性能造成影响 故强度降低 4 4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 1 当渗碳体与铁素体构成片层状的珠光体时 铁碳合金的强度 硬度得到提高 且珠光体越多 强度 硬度越高 2 当渗碳体沿珠光体晶界呈网状分布时 特别是作为基体或以针状形态分布在莱氏体基体上时 铁碳合金的塑性和韧性大大下降 强度也随之下降 4 4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 3 当钢的含碳量 1 时 随着含碳量的增加 强度 硬度提高 塑性 韧性下降 当含碳量 1 时 因组织中出现网状渗碳体 钢的强度下降 但钢的硬度不断增加 4 工业用钢材 为了保证足够的强度和一定的塑性 韧性 其含碳量一般不超过1 3 1 4 4 4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 第五章铁碳合金 三 铁碳合金相图的应用 选材的依据制定热加工工艺的依据 一 钢中常存杂质元素对钢的性能的影响 1 Mn2 Si1 S2 P1 O2 N3 H 1 有益元素 2 有害元素 3 气体元素 钢中杂质的来源Si和Mn是在钢的冶炼过程中必须加入的脱氧剂 而S P O N H等则是从原料或大气中带来而在冶炼中不能去净的杂质 一 Mn的影响Mn在碳钢中是一种有益元素 碳钢中含Mn量一般低于0 8 Mn大部分溶于铁素体中 形成置换固溶体 使铁素体强化 小部分Mn溶于渗碳体中形成合金渗碳体 使渗碳体的脆性降低 Mn能增加珠光体的相对含量 并使珠光体细化 使钢的强度提高 Mn与S化合成MnS 可减轻硫的危害 二 Si的影响Si在钢中也是一种有益元素 Si溶于铁素体中 使铁素体强化 钢的强度 硬度提高 而塑性 韧性降低 三 S的影响S是有害杂质 S不溶于铁 而以FeS形式存在 FeS与Fe形成共晶体分布于奥氏体晶界上 熔点较低 989 当钢在1000 1200 下进行锻造时 晶界已经熔化 使钢产生 热脆 现象 故应严格控制硫的含量 四 P的影响磷在钢中也是一种有害杂质 磷全部溶于铁素体中 虽然可使铁素体的强度 硬度有所提高 但却使塑性 韧性急剧降低 冷脆 并使钢的冷脆性转变温度提高 同时钢的焊接性能变坏 另外磷在钢中的扩散速度很小 因此具有严重的偏析倾向 故应严格控制磷的含量 五 氮 氢 氧的影响氮在钢中以原子状态固溶于铁素体 591 时溶解度0 1 常温下 溶解度0 001 易形成氮化物FeN 导致时效脆性 蓝脆 属于有害杂质 在钢中加入适量的铝 与氮形成AlN微粒 分布于钢中 可抑制晶粒粗化 氢会增加钢的脆性 氢脆 严重降低钢的塑性 韧性 属有害杂质 导致钢中产生大量细微裂纹缺陷 白点 氧是以化合物形态存在于钢中 这些氧化物杂质使铸锭中出现偏析 破坏了钢基体的连续性 成为变形过程中裂纹的起点故氧也是有害杂质 工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类 碳素钢是指含碳量低于2 11 的铁碳合金 合金钢是指为了提高钢的性能 在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金 钢的分类 1 按化学成分分 钢的分类 2 按质量分钢的质量是以磷 硫的含量来划分的 分为普通质量钢 优质钢 高级优质钢和特级优质钢 根据现行标准 各质量等级钢的磷 硫含量如下 3 按用途分 二 钢的编号我国钢材的编号是采用汉语拼音字母 化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称 用途 特性和工艺方法时 一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母 常用钢产品的名称 用途 特性和工艺方法表示符号 GB T221 2000 第五章铁碳合金 小结 三 组织组成物相对含量计算 1 计算共析钢珠光体组织中铁素体和渗碳体的相对含量 解 2 计算含碳量为1 0 的过共析钢组织中二次渗碳体和珠光体的相对含量 解 3 计算含碳量为5 的过共晶白口铸铁组织中 一次渗碳体的相对含量 共晶渗碳体的相对含量 二次渗碳体的相对含量 共析渗碳体的相对含量 三次渗碳体的相对含量解 当T 1148 0 C时 当T 1148 0 当T 727 0 当T 727 0 室温时 4 计算含碳量为2 的过共析钢组织中 珠光体的相对含量 解 珠光体的含量等于奥氏体的含量 因此 T 727 0 判断题1 在铁碳合金中 含二次渗碳体最多的成分点为W C 4 3 的合金 2 在铁碳合金中 只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应 形成共析组织 3 退火碳钢的塑性与韧性均随W C 的增高而减小 而硬度与强度则随W C 的增高而不断增高 4 在铁碳合金中 渗碳体是一个亚稳相 而石墨才是一个稳定相 5 因为磷使钢发生热脆 而硫使钢发生冷脆 故硫磷都是钢中的有害元素 6 在室温下 共析钢的平衡组织为奥氏体 7 铁碳合金中 一次渗碳体 二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构 本章习题讨论课 10 在Fe Fe3C相图中 共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的 11 在Fe Fe3C相图中 凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁 凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢 12珠光体是单相组织 13 白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁 所以其硬度很高 脆性很大 14 W C 1 3 的铁碳合金加热到780 时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体 15 a Fe是体心立方结构 致密度为68 所以其最大溶碳量为32 16 Fe是面心立方晶格 致密为0 74 所以其最大溶碳量为26 计算 1已知某铁碳合金的组成物为铁素体和渗碳体 铁素体占82 求合金的含碳量和组织组成物的相对量 2 分析w C 0 2 w C 0 6 w C 0 77 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织 分别计算w C 0 2 的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量 三 选择题1 渗碳体属于A 间隙固溶体B间隙化合物C间隙相D 正常化合物2 Fe的晶型是A 体心立方B 面心立方C密排六方D简单立方3 铁素体的机械性能特点是A 具有良好的硬度与强度B具有良好的综合机械性能C具有良好的塑性和韧性D 具有良好的切削性和铸造性4 纯铁在912 以下的晶格类型是A 密排六方晶格B面心立方晶格C体心立方晶格D 简单立方晶格5 三次渗碳体是从A 钢液中析出的B 铁素体中析出的C奥氏体中析出的D 珠光体中析出的6 二次渗碳体是从A 钢液中析出的B铁素体中析出的C奥氏体中析出的D 莱氏体中析出的 七 计算题1 分析w C 0 2 w C 0 6 w C o 77 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织 分别计算w C 0 2 的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量 2 分析w C 3 2 w C 4 3 w C 4 7 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织 分别计算W C 4 3 的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量 3 计算在共析反应温度时 珠光体中铁素体与渗碳体的相对量 4 分别计算共晶莱氏体在共晶反应温度 共析反应