铁碳合金平衡组织与非平衡组织PPT课件

1、第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 41 Fe-Fe3C相图 42 Fe-C合金平衡结晶过程 43 复线铁碳相图 44 铁碳相图的应用及局限 45 钢在加热时的组织转变 46 钢在冷却过程中的组织转变 1.各类特殊性能铸铁的成分，组织，性能特点和应用； 2.白口铁的组织与性能。教学内容一般要求结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第1页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1. 纯铁的同素异构转变；2. 铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体

2、、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌；3. 铁碳合金相图中各点、钱、区的含义，了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程；4. 铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系；5. 钢中常见杂质对钢的性能的影响？6. 碳钢的分类，编号和用途；7. 铁碳相图的应用。8. 铸铁的石墨化原理，石墨的形态，大小对铸铁性能的影响，铸铁的性能特点及应用范围；9. 各类铸铁的成份，组织和性能特点及牌号识别；10. 铸铁的常用热处理的方法和目的。重点掌握结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第2页/

3、共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1Fe组元-Fe(bcc) 1394-Fe(fcc)912-Fe(bcc) (同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好2Fe3C （ Cem， Cm）（在Fe-C相图中表现为位于6.69C处的竖直线）熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。41 Fe-Fe3C相图1液相L2相高温铁素体 （C固溶到-Fe中相）3相铁素体F （C固溶到 -Fe中相）强度、硬度低、塑性好 （室温：C%=0.0008%, 727 ：C%=0.0218%）4相、A奥氏体 （C固溶到-Fe中相）强度低，易塑性变形5Fe3C一、Fe-Fe3C

4、相图的组元二、Fe-Fe3C相图中的相结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第3页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1三条水平线和三个重要点三、相图分析（1）包晶点J与包晶转变线HJB：1495 ，C%=0.17LB+HAJ 即 L0.53+ 0.09 A0.17（2）共晶点C与共晶转变线ECF1148 ，C%=4.3%L4.3 A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首

5、页第4页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1三条水平线和三个重要点三、相图分析ASFP+Fe3C（共析渗碳体）A0.77 F0.0218+Fe3CP（珠光体）珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间（3）共析点S与共析转变线PSKA1线727 ，C%=0.77%结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第5页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 2液固相线 液相线ACD 固相线AECF3溶解度线 ES线：碳在A中的固溶线Ac

6、m，1148 ，2.11%727 ，0.77%，AA+Fe3CII如：Le(P+Fe3CII)+Fe3C共晶低温莱氏体 Le PQ线：碳在F中的固溶线，727 ，0.0218%0.0008%室温，Fe3CIII4GS线A3线AA+F三、相图分析结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第6页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 工业纯铁共析钢 过共析钢亚共析钢 共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁结束放映下一页上一页 本章首页Materials En

7、gineering MAT,SWJTU教程首页第7页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1工业纯铁（C%0.0218%） (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 工业纯铁结晶过程示意图结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第8页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 1工业纯铁（C%0.0218%） (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 LL+AAA+FFF+Fe3CIII相组成物： Fe3C C%=6.69% F C%0.0008%相相对量：

8、 F%= Fe3C%= 组织组成物：F（等轴晶）和Fe3CIII（小片状）结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页23451第9页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 2共析钢 C%=0.77%(一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第10页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 2共析钢 C%=0.77%L L

9、+A A P相组成物：F和Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物 ： P (层片状) 100%结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页123-3第11页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 3亚共析钢 0.0218%C%0.77%(一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第12页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 (一)Fe-C合金平衡结晶过

10、程分析 LL+A A A+F A+P+F P+F相组成物：F，Fe3C相相对量：F%= Fe3C%= 组织组成物：F、PP%= F%= 3亚共析钢 0.0218%C%0.77%45钢金相结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页FP第13页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 4过共析钢(一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第14页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金

11、的平衡组织与非平衡组织 4过共析钢LL+AAA+Fe3CIIP+Fe3CII相组成物：F，Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物：P，Fe3CII组织相对量：Fe3CII%= P%= T12钢金相(一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页1134-42Fe3CIIP第15页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 5共晶白口铁（C%=4.3%） (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering

12、MAT,SWJTU教程首页第16页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 LL+LeLe (A+Fe3C共晶) Le (A+Fe3C共晶+Fe3CII) Le(P+Fe3C共晶+Fe3CII) 相组成物：F，Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物：Le5共晶白口铁（C%=4.3%） 共晶白口铁金相(一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第17页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 6亚共晶白口铸铁 2.

13、11%C%4.3% (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第18页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 相组成物：F，Fe3C相相对量：F%= Fe3C%= 组织组成物：P，Le，Fe3CII亚共晶白口铸铁金相6亚共晶白口铸铁， 2.11%C%1154)AE+G（共晶）+GI (1154 ) 共晶成分LAE+G（共晶） (1154 ) 亚共晶成分LAE+G（共晶）+AE初生 (1154 ) b. 第II阶段析出二次石墨 AA+GII (1154 73

14、8 ) c. 第三阶段共析石墨 AsFp+G（共析）（738 )三、铸铁的石墨化过程亚共晶铸铁（3.0%）稳定平衡转变示意图附：举例：结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第24页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图附：举例：亚共晶铸铁（3.0%）稳定平衡转变示意图三、铸铁的石墨化过程结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第25页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非

15、平衡组织 43 复线铁碳相图1按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁。四、铸铁的组织和分类名称第一阶段（液相析出）第二阶段（A中析出）第三阶段（共析析出）显微组织灰口铸铁 充分（AE+G)充分（AE+G)充分（AE+G) 充分（As+G)充分（As+G)充分（As+G) 充分(F+G) 部分(F+P+G) 不进行 F+GF+P+GP+G 麻口铸铁 部分（AE+G+Le) 部分（As+G+Le) 不进行 P+Le+G 白口铸铁 不进行 不进行 不进行 P+Le+Fe3C 石墨化程度结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第26

16、页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图2接石墨形态分类 四、铸铁的组织和分类a. 灰口铸铁 片状石墨b. 可锻铸铁 团絮状c. 球墨铸铁 球状d. 蠕墨铸铁 蠕虫状结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第27页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图 a. C, Si强烈促进石墨化 P 促进石墨化微弱，提高铸铁流动性，(Fe3P) 碳当量：CE=C+1/3(Si+P) b. S Mn S阻碍石墨化，热脆

17、 Mn+SMnS 削弱硫的危害 c. 合金元素Cr、W、Mo、V 与C亲合力强，阻碍石墨化 Al、Cu、Ni、Co增加Fe自扩散能力，促进石墨化。五、影响石墨化过程的因素1化学成分 Fe C Si S P2冷却速度结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第28页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 43 复线铁碳相图六、石墨形态对铸铁性能的影响石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体的有效截面积，并引起应力集中。片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状轻。变质处理后，石墨片细化，割裂作用减

18、轻，强度提高。蠕墨铸铁，端部钝，强度、塑性提高。可锻、球状铸铁中石墨对基体裂作用小，强度、塑性提高结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第29页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 44 铁碳相图的应用及局限二、局限性 1反映的是平衡相，而不是组织 2反映二元合金中相的平衡状态 3没有反映时间的作用平衡条件下 一、应用 1选材 2热加工工艺制定的基础 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第30页/共50页第四章第四章 铁碳

19、合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变1共析钢奥氏体化温度 Ac1温度： F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69) A (Fcc, 0.77)一、共析钢的奥氏体化（晶格改组和Fe，C原子的扩散过程，遵循形核、长大规律）结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第31页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变a. 形核（优先在相界（F，Fe3C）b. 长大c. 渗碳体完全溶解d. 碳的均匀化一、共析钢的奥氏体化（晶

20、格改 组和Fe，C原子的扩散过程，遵循形核、长大规律）二、亚（过）析钢的奥氏体化2共析钢奥氏体化过程结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第32页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变三、影响奥氏体化的因素1加热温度 TA化 (D浓度梯度大）V转变开始温度，转变时间 2加热速度结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第33页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平

21、衡组织 45 钢在加热时的组织转变三、影响奥氏体化的因素3含碳量 C%界面多核心多转变快4合金元素 a. Cr、Mo、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，奥氏体形成速度 b. Co、Ni非碳化物形成元素，奥氏形成速度 c. Al、Si、Mn影响不太5原始组织 片状，片间距小相界面多碳弥散度大碳原子扩散距离短奥氏体形核长大快 粒状结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第34页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 45 钢在加热时的组织转变四、奥氏体晶粒大小及控制表征晶体内晶粒大小的量度，

22、通常用长度，面积，体积或晶粒度级别表示。1晶粒度:2起始晶粒度、实际晶粒度、 本质晶粒度 本质晶粒度：钢奥氏体晶粒长大的倾向。 奥氏体晶粒随温度的升高而且迅速长大本质粗晶钢 奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大本质细晶钢结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第35页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 三、影响奥氏体化的因素3奥氏体晶粒度的控制a. 加热工艺 加热温度，保温时间b. 钢的成分合金化 A中C%晶粒长大 MxC% 晶粒长大 1)碳化物形成元素 细化晶粒 2) Al本

23、质细晶钢 3) Mn 、P促进长大 w45 钢在加热时的组织转变本质细晶粒和本质粗经历（示意图）结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第36页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 46 钢在冷却过程中的组织转变过冷奥氏体的等温转变 1 等温处理 2 连续处理 过冷奥氏体的连续冷却转变 影响C曲线的因素 过冷奥氏体的等温转变 结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第37页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁

24、碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变1共析钢过冷A等温转变曲线冷却到一定温度，保温，测量A过冷转变开始和终了时间A1以上：A稳定A1以下：A不稳定，过冷C曲线有一最小孕育期：1：T，AP的驱动力F提高2：TD46 钢在冷却过程中的组织转变2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征A1鼻子温度（550）A过冷P（S，T）索氏体，屈氏体。P的形成取决于生核，长大速率。T，生核，长大。T600，D，长大慢层间距薄，短扩散型相变，综合性能好，HB较低，韧性好。THB，强度（1）高温转变区结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首

25、页第38页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变共析钢等温转变图（C曲线）（a）不同等温下的等温转变动力学曲线（b）等温转变图（C曲线）2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征46 钢在冷却过程中的组织转变结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第39页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变（2）中温区转变，贝氏体转变 550230 （Ms）A过冷B，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机

26、械混合物。2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征46 钢在冷却过程中的组织转变550350上贝氏体半扩散型，Fe不扩散羽毛状碳化物在F间，韧性差350Ms 下贝氏体 C原子有一定的扩散能力 针状 碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好 a. A过冷M+A残余b. 转变产物：马氏体M，碳在-Fe中的过饱和固溶体。 C%1.0%，针状，马氏体c. 实质：T低C无法扩散非扩散性晶格切变过饱和C的铁素体。d. M转变的特征，无扩散性 瞬时性 存在Ms,Mf 不完全性 体积膨胀（3）低温区转变马氏体转变，MSMf之间一个温度范围内连续冷却完成的，离于非扩散型转变。结束放映下一页上一页 本章首页Mate

27、rials Engineering MAT,SWJTU教程首页第40页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 一、过冷奥氏体的等温转变3共析钢等温转变组织性能的关系46 钢在冷却过程中的组织转变（1）珠光体型（2）贝氏体（3）马氏体4亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线转变温度降低，片间距小，细晶强化强度、硬度、塑性、韧性提高B上：强度、韧性差B下：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能硬度高C%HRC针状马氏体，硬而脆，塑、韧性差板条状，强度高，塑性，韧性好结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教

28、程首页第41页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 （一）A成分 46 钢在冷却过程中的组织转变C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的状态。C曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性能具有重要意义，而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。A中C%C曲线右移.对亚共析钢，钢中C%，A中C%C曲线右移对过共析钢，一般在AC1以上A化，钢中C%，未溶Fe3C有利于形核C曲线左移共析钢，C曲线最靠右边，稳定性最高。1含碳量图：碳含量对碳钢C曲线的影响结束放映下一页上一页 本章首页M

29、aterials Engineering MAT,SWJTU教程首页第42页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 46 钢在冷却过程中的组织转变（一）A成分 1含碳量碳含量对碳钢C曲线的影响结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第43页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 二、影响C曲线的因素 46 钢在冷却过程中的组织转变除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性右移非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu, 不

30、改变C曲线形状强碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti, 改变C曲线形状除Co、Al 外，均使Ms、Mf 下降，残余A2合金元素，（Co%左移）结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第44页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非平衡组织 46 钢在冷却过程中的组织转变2合金元素，（Co%左移）（一）A成分二、影响C曲线的因素 合金元素对碳钢C曲线的影响（a）Ni的影响（b）Cr的影响（c）W的影响结束放映下一页上一页 本章首页Materials Engineering MAT,SWJTU教程首页第45页/共50页第四章第四章 铁碳合金的平衡组织与非平衡组织铁碳合金的平衡组织与非