铁碳合金相图47995学习教案

1、会计学1铁碳合金铁碳合金(hjn)相图相图47995第一页，共39页。 铁碳合金相图表示在缓慢冷却(lngqu)（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。 目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为06.69%的铁碳合金部分（即的铁碳合金部分（即FeFe3C部分），因为含碳量大于部分），因为含碳量大于6.69的铁碳合金在工业上无使用的铁碳合金在工业上无使用(shyng)价值。价值。一、铁碳合金一、铁碳合金(hjn)(hjn)相图的相图的组成组成第2页/共39页第二页，共39页。1 1）A A点点纯铁的熔点纯铁的熔点(rngdin)(rng

2、din)，温度，温度1538,Wc=01538,Wc=02 2）G G点点纯铁的同素异晶转变点纯铁的同素异晶转变点，冷却，冷却(lngqu)(lngqu)到到912912时时, ,发生发生-F-F-Fe Fe 3 3）Q Q点点600600时时, ,碳在碳在-Fe-Fe中的溶中的溶度度(rn d),Wc=0.0057%(rn d),Wc=0.0057%二、相图中点的含义二、相图中点的含义第3页/共39页第三页，共39页。4 4）D D点点渗碳体熔点渗碳体熔点(rngdin),(rngdin),温温度度1227,Wc=6.69%1227,Wc=6.69%5 5）C C点点共晶点，温度共晶点，温度

3、11481148，Wc=4.3%Wc=4.3%成分为成分为C C的液相，冷却的液相，冷却(lngqu)(lngqu)到此温度时，发到此温度时，发生共晶反应生共晶反应LcA+Fe3CLcA+Fe3C6 6）E E点点碳在碳在-Fe-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度, ,温度温度(wnd)1148(wnd)1148，Wc=2.11%Wc=2.11%二、相图中点的含义二、相图中点的含义第4页/共39页第四页，共39页。7 7）S S点点共析点，温度共析点，温度(wnd)727(wnd)727，Wc=0.77%Wc=0.77%成分为成分为S S点的奥氏体，冷却点的奥氏体，冷却到此温度到此温度(wnd)

4、(wnd)时，发时，发生共析反应：生共析反应：AsPAsP（F+Fe3CF+Fe3C）8 8）P P点点碳在碳在-Fe-Fe中的最大溶解度中的最大溶解度, ,温度温度(wnd)727(wnd)727，Wc=0.0218%Wc=0.0218%二、相图中点二、相图中点(zhn (zhn din)din)的含义的含义第5页/共39页第五页，共39页。二、相图二、相图(xin t)(xin t)中的特中的特性线性线 1)ACD1)ACD线线( (结晶温度开始线结晶温度开始线) ) 液相线，由各成分合金液相线，由各成分合金(hjn)(hjn)开始结晶温度点开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金所组成的线，铁

5、碳合金(hjn)(hjn)在此线以上处于在此线以上处于液相。液相。2 2）AECFAECF线线( (结晶温度终止线结晶温度终止线) )固相线，由各成分合金结晶固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在结束温度点所组成的线。在此线以下此线以下(yxi)(yxi)，合金完，合金完成结晶，全部变为固体状态成结晶，全部变为固体状态。第6页/共39页第六页，共39页。3 3）ECFECF水平线水平线共晶线，共晶线，WcWc2.11%2.11%的铁碳合金，的铁碳合金，缓冷至该线（缓冷至该线（11481148）时，均发生）时，均发生共晶转变共晶转变(zhunbin)(zhunbin)，生成莱，生成莱氏

6、体。氏体。4 4）ESES线线碳在奥氏体中的溶解度曲线，通碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为常称为(chn wi)Acm(chn wi)Acm线。碳线。碳在奥氏体中最大溶解度是在奥氏体中最大溶解度是E E点（点（wCwC2.112.11），随着温度的降低，），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出二次渗碳体由奥氏体中析出二次渗碳体Fe3CFe3C。二、相图二、相图(xin t)(xin t)中的特中的特性线性线 第7页/共39页第七页，共39页。6 6）PSKPSK水平线水平线共析线，通常称为共析线，通常称为A1A1线。线。奥氏体冷却到共析线温度

7、奥氏体冷却到共析线温度（727727）时，将发生）时，将发生(fshng)(fshng)共析转变生共析转变生成珠光体（成珠光体（P P），），wCwC0.0218%0.0218%的铁碳合金均会的铁碳合金均会发生发生(fshng)(fshng)共析转共析转变。变。5 5）GSGS线线奥氏体冷却时开始奥氏体冷却时开始(kish)(kish)向铁素体转变的向铁素体转变的温度线，通常称为温度线，通常称为A3A3线。线。二、相图二、相图(xin t)(xin t)中的特中的特性线性线 第8页/共39页第八页，共39页。共晶：指一定成分的共晶：指一定成分的液体合金，在一定温液体合金，在一定温度下，同时度下

8、，同时(tngsh)结晶出成分和晶格均结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体。不相同的两种晶体。共析：由特定成分的单共析：由特定成分的单相相(dn xin)固态合金固态合金，在恒定的温度下，分，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一解成两个新的，具有一定晶体结构的固相定晶体结构的固相共晶共晶(n jn)(n jn)和共析的和共析的概念：概念： 第9页/共39页第九页，共39页。三、相图三、相图(xin t)中的相区中的相区：1 1）单相）单相(dn xin)(dn xin)区区有有F F、A A、L L和和Fe3CFe3C四个单相四个单相(dn xin)(dn xin)区区2 2）两相区）两相区五

9、个两相区：LA两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、AF两相区、F+Fe3C两相区3 3）三相）三相(sn xin)(sn xin)区区ECFECF共晶线是液相、奥氏体、渗碳共晶线是液相、奥氏体、渗碳体的三相体的三相(sn xin)(sn xin)共存线（共存线（L L、A A、Fe3CFe3C）。）。PSKPSK共析线是奥氏体、铁素体、渗共析线是奥氏体、铁素体、渗碳体的三相碳体的三相(sn xin)(sn xin)共存线共存线（A A、F F、Fe3CFe3C）。）。第10页/共39页第十页，共39页。第11页/共39页第十一页，共39页。第12页/共39页第十二页，共39页。成分

10、(chng fn)状态或组织温度二次渗碳体一次渗碳体PSK珠光体第13页/共39页第十三页，共39页。铁铁 碳碳 合合 金金 相相 图图第二节：铁碳合金相图的工艺第二节：铁碳合金相图的工艺(gngy)分析分析第14页/共39页第十四页，共39页。一、铁碳合金一、铁碳合金(hjn)(hjn)的分类的分类二、典型铁碳合金二、典型铁碳合金(hjn)(hjn)结晶过程分析结晶过程分析三、铁碳合金三、铁碳合金(hjn)(hjn)的成分、组织与性能的关系的成分、组织与性能的关系四、四、FeFeFe3CFe3C相图的应用相图的应用第15页/共39页第十五页，共39页。按含碳量的不同，铁碳合金的室温组织可分为

11、工业纯钛、钢和白口铸铁。其中(qzhng)，把含碳量小雨0.0218%的铁碳合金称为纯铁；把含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金称为钢；把含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。第16页/共39页第十六页，共39页。铁碳合金铁碳合金(hjn)(按按成分可分成分可分为三类为三类) 亚共析钢亚共析钢 (0.0218 (0.0218 0.77%C)0.77%C) 共析钢共析钢 (0.77%C)(0.77%C) 过共析钢过共析钢 (0.77 (0.77 2.11%C)2.11%C)钢钢( (高温组织为单相高温组织为单相 A A，易于，易于 变形变形) )(3)(3)白口铸铁白口铸铁( (

12、在液态下结晶时，全部或部分在液态下结晶时，全部或部分液相会发生共晶变，获得全部或部分莱氏体组织液相会发生共晶变，获得全部或部分莱氏体组织) ) 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 ( (2.112.11 4.3 4.3%C)%C) 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 ( (4.34.3%C)%C) 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 ( (4.34.3 6.69 6.69%C)%C)第17页/共39页第十七页，共39页。合金(hjn)类别纯铁钢白口(biku)铸铁含碳量 (%)L+Ld-Ld (A+Fe3C共晶(n jn)-Ld (A+Fe3C共晶(n jn)+Fe3CII)-Ld(P+Fe3CII+Fe3C) 5

13、.5.共晶白口铸铁的组织的变化共晶白口铸铁的组织的变化(binhu)(binhu)顺序：顺序：第23页/共39页第二十三页，共39页。6.6.过共晶过共晶(n jn)(n jn)白口铸铁的组织的白口铸铁的组织的变化顺序：变化顺序：第24页/共39页第二十四页，共39页。随含碳量的不同，其组织(zzh)顺序： 含碳量越高，钢的强度、硬度(yngd)越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。 第25页/共39页第二十五页，共39页。在焊接工艺上的应用在焊接工艺上的应用第26页/共39页第二十六页，共39页。1 1、在钢铁材料选用方面的应用、在钢铁材料选用方面的应用 Fe FeFe3C

14、Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢(xnggng)(xnggng)及桥梁及桥梁、船舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接、船舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故一般选用含碳量较低（性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WCWC0.250.25）的钢材；各）的钢材；各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选用碳含量适中（用碳含量适

15、中（WCWC0.300.300.550.55）的钢；各类工具、刃具、量）的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（WCWC0.700.701.21.2）的钢。纯铁的强度低，不宜用作工程材料。白口）的钢。纯铁的强度低，不宜用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加工，但铸造性能好，耐磨铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工件，如冷轧辊性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。、球磨机的铁球等。

16、 Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由组织可以判断出钢铁材料的力学性能，以便(ybin)合理选用钢铁材料。第27页/共39页第二十七页，共39页。2 2、在铸造生产上的应用、在铸造生产上的应用根据根据FeFeFe3CFe3C相图的液相线，可相图的液相线，可以找出不同成分的铁碳合金的熔以找出不同成分的铁碳合金的熔点，从而点，从而(cng r)(cng r)确定合金确定合金的熔化浇注温度（一般在液相线的熔化浇注温度（一般在液相线以上以上5050100100）。从）。从FeFeFe3CFe3C相图中还可以看出，靠近共晶成相图中还可以看出，靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且分

17、的铁碳合金不仅熔点低，而且结晶温度区间也较小，故具有良结晶温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。因此生产上总是好的铸造性能。因此生产上总是将铸铁的成分选在共晶成分附近将铸铁的成分选在共晶成分附近。共晶成分的铁碳合金熔点最低,结晶温度范围(fnwi)最小,具有良好的铸造性能。第28页/共39页第二十八页，共39页。3 3、在锻造方面的应用、在锻造方面的应用碳钢在室温下塑性较差，变形较困难碳钢在室温下塑性较差，变形较困难，只有，只有(zhyu)(zhyu)将其加热到单一奥将其加热到单一奥氏体状态，才具有较高的塑性和较低氏体状态，才具有较高的塑性和较低的强度，容易产生塑性变形。所以，的强度，容易产生

18、塑性变形。所以，锻、轧温度通常选在单相奥氏体区内锻、轧温度通常选在单相奥氏体区内。一般始锻（或始轧）温度控制在固。一般始锻（或始轧）温度控制在固相线以下相线以下100100200200范围内，温度不范围内，温度不宜太高，以免钢材严重氧化或发生奥宜太高，以免钢材严重氧化或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终锻（或终氏体晶界熔化（过烧）。终锻（或终轧）温度，一般亚共析钢控制在稍高轧）温度，一般亚共析钢控制在稍高于于GSGS线，过共析钢控制在稍高于线，过共析钢控制在稍高于PSKPSK线线。温度不能太低，以免钢材因塑性变。温度不能太低，以免钢材因塑性变差，导致产生裂纹。差，导致产生裂纹。 第29页/共39页

19、第二十九页，共39页。4 4、在热处理方面的应用、在热处理方面的应用FeFeFe3CFe3C相图是制订热相图是制订热处理工艺的依据。应用处理工艺的依据。应用FeFeFe3CFe3C相图可以正确相图可以正确选择各种碳钢的退火、选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的正火、淬火等热处理的加热温度范围加热温度范围(fnwi)(fnwi)。由于含碳。由于含碳量的不同，各种碳钢热量的不同，各种碳钢热处理的加热温度和组织处理的加热温度和组织转变也各不相同，都可转变也各不相同，都可从状态图中求得。从状态图中求得。第30页/共39页第三十页，共39页。5 5、在焊接方面的应用（补充）、在焊接方面的应用（补充）

20、 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据FeFeFe3CFe3C相相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能会出图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热处理方现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热处理方法法(fngf)(fngf)加以改善。加以改善。第31页/共39页第三十一页，共39页。铁素体渗碳体珠光体一次渗碳体低温(dwn)莱氏体4.3第32页/共39页第三十二页，共39页。一、一、 填空题填空题1 1、常见的金属晶体类型有（、常见的金属晶体类型有（ ）晶格

21、、（）晶格、（ ）晶格和（）晶格和（ ）晶格三种。）晶格三种。2 2、金属的整个结晶过程包括（、金属的整个结晶过程包括（ ）、（）、（ ）两个基本过程组成。）两个基本过程组成。3 3、根据溶质原子、根据溶质原子(yunz)(yunz)在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为（ ）和（）和（ ）两种。）两种。4 4、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（ ）和（）和（ ）, ,属于属于金属化合物的有（金属化合物的有（ ），属于混合物的有（），属于混合物的有（ ）和莱氏体。）和莱氏体。5 5、原子、原子(yunz)(yunz)

22、呈无序堆积状态的物体叫（呈无序堆积状态的物体叫（ ）；原子）；原子(yunz)(yunz)呈呈有序、有规则排列的物体叫（有序、有规则排列的物体叫（ ）。一般固态金属都属于（）。一般固态金属都属于（ ）。6 6、常温下金属的塑性变形方式主要有（、常温下金属的塑性变形方式主要有（ ）和（）和（ ）两种。）两种。7 7、变形一般分为（、变形一般分为（ ）变形和（）变形和（ ）变形两种，不能随载荷的去除而）变形两种，不能随载荷的去除而消失的变形称为（消失的变形称为（ ）变形。）变形。8 8、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（ ）及（）及（ ）。）。9 9、只有经过（

23、、只有经过（ ）的金属才会发生再结晶。）的金属才会发生再结晶。第33页/共39页第三十三页，共39页。二、选择题二、选择题1 1、奥氏体是具有（、奥氏体是具有（ ）晶格的铁。）晶格的铁。A A 体心立方体心立方 B B 面心立方面心立方 C C密排六方密排六方 D D 无规则几何形状无规则几何形状2 2、合金发生固溶强化的主要原因（、合金发生固溶强化的主要原因（ ）。）。A A晶格类型发生了变化晶格类型发生了变化 B B 晶粒细化晶粒细化 C C 晶格发生畸形晶格发生畸形 D D 晶界面积发生变化晶界面积发生变化3 3、铁碳合金相图上的共析线是（、铁碳合金相图上的共析线是（ ）。）。 A A、

24、ACD BACD B、ECF CECF C、PSKPSK4 4、组成合金的最基本的独立物质称为（、组成合金的最基本的独立物质称为（ ）。）。A A、相、相 B B、组元、组元 C C、组织、组织(zzh)(zzh)5 5、单晶体的滑移变形是在（、单晶体的滑移变形是在（ ）的作用下发生的。）的作用下发生的。A A、切应力、切应力 B B、拉应力、拉应力 C C、压力、压力第34页/共39页第三十四页，共39页。6、金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为（ ）。A、再结晶 B、同素异构转变 C、共晶转变7、冷加工是指金属发生塑性变形的温度为（ ）。A、常温不加热 B、500

25、C以下 C、再结晶温度以下8、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料(cilio)的（ ）。A、屈服强度 B、抗拉强度 C、弹性极限9、金属的强度越低、塑性越好，其（ ）越好。A、铸造性 B、压力加工性 C、焊接性10、测定半成品、毛坯、铸件的硬度，一般选用（ ）。A、洛氏硬度计 B、维氏硬度计 C、布氏硬度计第35页/共39页第三十五页，共39页。三、判断题三、判断题1 1、金属化合物晶格类型完全不同于任一组的晶格类型。（、金属化合物晶格类型完全不同于任一组的晶格类型。（ ）2 2、碳在奥氏体中的溶解度随温度的提高而减小。（、碳在奥氏体中的溶解度随温度的提高而减小。（ ）3 3、亚共析钢的平衡组织为珠光体。、亚共析钢的平衡组织为珠光体。 （ ）4 4、体心立方、体心立方(lfng)(lfng)晶格的原子位于立方晶格的原子位于立方(lfng)(lfng)体的八个顶体的八个顶角及立方角及立方(lfng)(lfng)体六个平面的中