工程材料复习铁碳合金相图

1、掌握掌握Fe-C合金的基本相、组织以及它们的性能特点。合金的基本相、组织以及它们的性能特点。掌握掌握Fe-Fe3C相图特征点、线的含义及区域组织分析。相图特征点、线的含义及区域组织分析。熟悉典型铁碳合金结晶过程及熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe- Fe3C相图的应用。相图的应用。3.3 3.3 铁碳合金相图及应用铁碳合金相图及应用u纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变金属的多晶型性（同素异构现象）金属的多晶型性（同素异构现象）多晶型转变（同素异构转变）多晶型转变（同素异构转变）纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变3-33-3 纯铁及其同素异构转变纯铁及其同素异构转变1394 912 -Fe-Fe

2、 -Fe-Fe-Fe-Febccfccbcc 符合形核、长大的结晶规律符合形核、长大的结晶规律固态金属在不同的温度和压力固态金属在不同的温度和压力范围内，具有二种或二种以上范围内，具有二种或二种以上晶格结构的现象晶格结构的现象 转变过程恒温、可逆转变过程恒温、可逆u纯铁的成分及性能纯铁的成分及性能纯铁（工业纯铁）纯铁（工业纯铁）：含杂质0.10%0.20%性能及组织：性能及组织： b b=180=180280MPa280MPa 0.20.2=100=100170MPa170MPa =30%=30%50%50% =70%=70%80%80% A Ak k=128=128160J160J HBS=

3、50HBS=508080u 铁素体（用符号铁素体（用符号F F表示）表示）：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体 晶格结构：晶格结构：BCCBCC 最大溶解度：最大溶解度：0.0218%0.0218%（727727） 性能组织：性能组织： b b=180=180280MPa280MPa 0.20.2=100=100170MPa170MPa HBS=50HBS=508080 =30%=30%50%50% =70%=70%80%80% a ak k=160=160200J/cm 200J/cm 2 2u -铁素体铁素体：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体 最大溶解度：0.09%（1495）

4、3-33-3 铁碳合金的相和组织组成铁碳合金的相和组织组成u奥氏体（用符号奥氏体（用符号A A表示）表示） 定义：定义：碳溶于-Fe-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织） 晶格结构：晶格结构：FCCFCC 最大溶解度：最大溶解度：2.11%2.11%（11481148） 性能组织：性能组织： b400MPa HBS=170220 =40%50% 高塑性、无磁性高塑性、无磁性 铁碳合金的相和组织组成u 渗碳体（渗碳体（FeFe3 3C C 含碳量含碳量=6.69%=6.69%）定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物晶格结构：复杂正交性能： HBS800 0 硬而脆（耐磨性好）亚稳定： Fe3C

5、3Fe+C（石墨）u 石墨石墨晶格结构：简单六方性能: 加工性能 ，机械性能铁碳合金的相和组织组成高温u 珠光体（珠光体（P P）定义：定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物机械混合物（平均含碳量：0.77%0.77%）性能组织：性能组织：b b750MPa750MPa HBS=180HBS=180 20%20%25%25% a ak k=30=3040J/cm 40J/cm 2 2 综合性能综合性能铁碳合金的相和组织组成u 莱氏体（莱氏体（ ）定义：定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物机械混合物（平均含碳量：4.3%4.3%）性能组织：性能组织：硬而脆铁碳合金的相和组织组成eeddLL

6、LL、3.3 铁碳合金相图分析Fe-FeFe-Fe3 3C C 亚稳平衡相图亚稳平衡相图5 5个单相区个单相区7 7个双相区个双相区3 3个三相区个三相区相相区区A A Fe Fe 熔点熔点 1538D D Fe Fe3 3C C 熔点熔点 1227N N 同素异构转变点同素异构转变点G G 同素异构转变点同素异构转变点H H c c在在 最大溶解度点最大溶解度点E E c c在在 A 最大溶解度点，最大溶解度点，钢与铁的分界点钢与铁的分界点P P c c在在 F 最大溶解度点最大溶解度点Q Q c c在在 F 中中600600度度溶解度点溶解度点铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH1

7、1487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C ：0.09%14952.11%6.69%0.0218%0.0057%13941394 -Fe-Fe -Fe-Fe912 -Fe-Fe-Fe-Fe重要点重要点J J 包晶点包晶点C C 共晶点共晶点S S 共析点共析点铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJ H11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CH：0.09%1495J：0.17%1495B：0.53%14952.11%4.3%6.69%0.77%0.0218%0.0008%17. 0149509. 053. 01495ALA

8、LJHBCFeALCFeALEC311. 211483 . 431148 CFeFACFeFAPS302. 072777. 03727 dLP重要点重要点ABCDABCDAHJECFAHJECFCDCDHJBHJB铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3重要线重要线固固相线相线液液相线相线包晶线包晶线( (0.09 0.09 0.530.53) )液相线的一部分液相线的一部分132CFeL3T%3 . 4L1148dLL 17. 0149509. 053. 01495ALALJHB

9、一次渗碳体一次渗碳体FeFe3 3C CGSGS（A A3 3）ESES（A Acmcm）铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH11487271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3重要线重要线F和和A两相平衡线两相平衡线AF 加热冷却A3FeFe3 3C C和和A两相平衡线两相平衡线 C C在在 A 溶解度曲线溶解度曲线ACFe3加热冷却Acm1148，AE = = A2.11TAX+ +FeFe3 3C C727AS= =A0.77P二次渗碳体二次渗碳体 FeFe3 3C C铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH11487

10、271495ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACFeL3AF CFeA3CFeF3重要线重要线A3AcmFeFe3 3C C和和F两相平衡线两相平衡线C C 在在 F 溶解度曲线溶解度曲线727，FP = = F0.0218TFX+ +FeFe3 3C C室温室温FQ= =F0.0008三次渗碳体三次渗碳体 FeFe3 3C CPQPQ ？ FeFe3 3C C、FeFe3 3C C、 FeFe3 3C C 有何异同有何异同PSKPSK（A A1 1）ECFECF铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH1148727ALFwC（%）FeFeFeFe3 3C CLALACF

11、eL3AF CFeA3CFeF3重要线重要线A3Acm共析线共析线( (0.02 0.02 6.696.69) )A1CFeFACFeFAPS302. 072777. 03727 P共晶线共晶线( (2.11 2.11 6.696.69) )CFeALCFeALEC311. 211483 . 431148 dLTAX+ +FeFe3 3C CCFe3A0.77+ +FeFe3 3C C727CFe3P+ +FeFe3 3C CCFe3dL室温莱氏体室温莱氏体( (低温莱氏体低温莱氏体, ,变态莱氏体变态莱氏体) )dLdL2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工工业业纯纯铁铁共共析析

12、钢钢亚亚共共析析钢钢过过共共析析钢钢亚亚共共晶晶白白口口铁铁过过共共晶晶白白口口铁铁共共晶晶白白口口铁铁碳钢碳钢铸铁铸铁ABC D FENGP S KJ HALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%u 铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析(1).(1).共析钢共析钢 w wc c =0.77% =0.77%铁碳合金相图分析2022-4-2618铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析(1). (1). 共析钢共析钢 wcwc =0.77% =0.77%u 铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析(1).(1).共析钢共析钢 w wc c

13、=0.77% =0.77%铁碳合金相图分析室温平衡组织室温平衡组织: :100% P100% P（F F和和FeFe3 3C C）组成相的质量分数为：组成相的质量分数为： %(%)3CFeF(2).(2).亚共析钢亚共析钢0.0218% 0.0218% w wc c 0.77% 0.77%铁碳合金相图分析组成相的质量分数为：组成相的质量分数为：室温平衡组织室温平衡组织: :F+PF+P，其相对量为：，其相对量为： %43%571%57%10002. 077. 002. 045. 0(%)FP %6%961%94%10002. 069. 645. 069. 6(%)3CFeF(2).(2).亚共

14、析钢亚共析钢0.0218% 0.0218% w wc c 0.77% 0.77%0.452022-4-26210.20%C0.20%C0.40%C0.40%C根据室温金相组织推算碳素钢的牌号根据室温金相组织推算碳素钢的牌号黑白比例黑白比例1：9，白色组织是，白色组织是F（90%），黑色组织是珠光），黑色组织是珠光体（体（10%）。）。根据杠杆定律反算。在根据杠杆定律反算。在GPS两相区。设支点成分为两相区。设支点成分为x%。wF=(0.77-x)/(0.77-0.02)=90%，x=0.095%。铁碳合金相图分析(3).(3).过共析钢过共析钢0.077% 0.077% w wc c 2.11

15、% 2.11%2022-4-2623(3). 过共析钢过共析钢 wc =1.5%(3).(3).过共析钢过共析钢 w wc c =1.5% =1.5%铁碳合金相图分析硝酸酒精侵蚀苦味酸侵蚀室温平衡组织室温平衡组织: :P+ FeP+ Fe3 3C C ，其相对量为：，其相对量为： %7 . 78%3 . 211%3 . 21%10077. 069. 60.771.5(%)3PCFe工业纯铁工业纯铁 w wc c 0.02% 0.02%铁碳合金相图分析室温平衡组织室温平衡组织: :F+ FeF+ Fe3 3C C 铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.1

16、1%4.3%6.69%0.77%0.02%120共晶白口铁共晶白口铁 w wc c=4.3%=4.3%共晶白口铁共晶白口铁 w wc c=4.3%=4.3%铁碳合金相图分析室温平衡组织室温平衡组织: :100%100%dLLd组织特点：颗粒状珠光体分布在Fe3C基体上铁碳合金相图分析ABC D FENGPS KJ HALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%130亚共晶白口铁亚共晶白口铁2.11% 2.11% w wc c 4.3% 4.3%24亚共晶白口铁亚共晶白口铁2.11% 2.11% w wc c 4.3% 4.3%铁碳合金相图分析室温平衡组织室

17、温平衡组织: :dL铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKJHALFFeFeFeFe3 3C C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%13024过共晶白口铁过共晶白口铁4.3% 4.3% w wc c 6.69% 6.69%过共晶白口铁过共晶白口铁4.3% 4.3% w wc c 6.69% 6.69%铁碳合金相图分析室温平衡组织室温平衡组织: : + Fe+ Fe3 3C CIdL铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJHALFFeFeFeFe3 3C CLAL AICFeL3AFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3IdCFeL3IdCFeL3FPPdLdL

18、 铁碳合金平衡组织铁碳合金平衡组织含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响铁碳合金相图分析相组成物相对量相组成物相对量组织组成物相对量组织组成物相对量dLCFeP3dLCFe3dLdL含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响铁碳合金相图分析对力学性能的影响对力学性能的影响Wc(%) H (,) ak Wc(%) 1.0 Wc(%) 1.0 铁碳相图的应用铁碳相图的应用在选材方面的应用在选材方面的应用在铸造方面的应用在铸造方面的应用在锻轧方面的应用在锻轧方面的应用在焊接方面的应用在焊接方面的应用在热处理方面的应用在热处理方面的应用铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJHALFFeFeFeFe3 3C CLAL AICFeL3AFCFeA3CFeF3CFeP3dLCFeP3dLCFeA3IdCFeL3IdCFeL3FPPdLdL2022-4-2636FeFe3C1423566.694008006001400160012001000温度 / 153813949121