航空工程材料课件 10-铁碳合金及其相图的认识：二元相图的建立

第三章

碳铁合金及其相图的认识趁热打铁节能减排环保意识学习目标

1.掌握铁碳合金的基本相（铁素体、奥氏体、渗碳体）和基本组织（珠光体、莱氏体）的定义、结构、形成条件和性能特点。

2.掌握铁碳合金相图，熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握合金相图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态的实际应用。学习内容

1.二元合金相图

2.铁碳合金相图及其应用

3.碳素钢和铸铁的种类、牌号、性能特点及应用3-1二元相图的建立知识目标1.掌握相图的基本知识，了解二元合金相图的建立方法和过程；2.熟悉二元合金相图上点、线和面的意义；3.掌握铁碳合金的基本相和基本组织。能力目标能识别和简单分析二元合金相图。教学目标素质目标1.具有环保意识；2.具有创新意识。相：是指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。组织：是指合金中有若干相以一定的数量、形状、尺寸组合而成的并且具有独特形态的部分。一、相图的基本知识一、相图的基本知识

相图：表示合金系中合金的状态与温度、成分之间关系的图解。我们经常见到的相图是平衡相图。一、相图的基本知识一、相图的基本知识由材料的成分和温度预知平衡相；材料的成分一定而温度发生变化时，平衡相变化的规律；估算平衡相的数量；预测材料的组织和性能。相图的作用二、二元合金相图的建立建立相图最常用方法是热分析法。它是通过测量相变时的热效应（即相变时放出热量或吸收热量）来确定相变时的临界温度。二、二元合金相图的建立建立相图最常用方法是热分析法。它是通过测量相变时的热效应（即相变时放出热量或吸收热量）来确定相变时的临界温度。TemperatureTimeLiquidTwoPhaseSolid二、二元合金相图的建立1）配制不同成分的二元合金；2）作出每个合金的冷却曲线；二元合金相图的绘制步骤二、二元合金相图的建立二元合金相图的绘制步骤3）建立温度-组成坐标系，把每个合金冷却曲线上的临界点分别标在各个合金的成分垂线上。4）将各个成分垂线上具有相同意义的点连接成线，再加上标注。二、二元合金相图的建立随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。二、二元合金相图的建立两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的相图称为匀晶相图，如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au等。1.二元匀金相图二、二元合金相图的建立相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L，固相线以下为固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+）。二元合金没有固定的熔点，它的结晶，是在一段温度区间内完成的。1.二元匀金相图B%温度/℃ABLL+αα液相线固相线B熔点A熔点二、二元合金相图的建立1.二元匀金相图二、二元合金相图的建立当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图，如Pb-Sn、Al-Si、Fe-C等。2.二元共晶相图铁碳合金相图Fe

过渡族元素，熔点为1538℃，密度是7.87g/cm3。力学性能：软、韧。同素异构转变：纯铁在912℃和1394℃会发生同素异构转变。铁素体的磁性转变温度为770℃（居里点）。912℃以下的纯铁称α–Fe，bcc结构。912℃～1394℃的称γ–Fe，fcc结构。1394℃以上的称δ–Fe，bcc结构。C游离的碳有石墨和金刚石两种晶体结构，在铁碳合金中的游离态是石墨。

石墨具有简单六方晶格，两层晶面间的结合力弱。石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性和韧性都极低。三、铁碳合金的基本相与组织1、铁素体（1）什么是铁素体？简称是什么？（2）铁素体的晶体结构。（3）铁素体的性能。2、奥氏体（1）什么是奥氏体？简称是什么？（2）奥氏体的晶体结构。（3）奥氏体的性能。3、渗碳体（1）什么是渗碳体？简称是什么？（2）渗碳体的晶体结构。（3）渗碳体的性能。4、珠光体（1）什么是珠光体？简称是什么？（2）珠光体的结构。（3）珠光体的性能。5、莱氏体（1）什么是莱氏体？简称是什么？（2）莱氏体的结构。（3）莱氏体的性能。1.铁素体（F）

912℃以下时，纯铁为具有体心立方晶格的α–Fe，碳溶于α–Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号

“F”表示。

α–Fe的最大溶碳量仅为0.0218%，铁素体含碳量较低，因此，其性能与纯铁相近，强度、硬度较低（σb=180～280MPa，50～80HBS），而塑性、韧性较好（δ=30%～50%，Aku=128～160J）。以铁素体为基体的铁碳合金适于塑性成形加工。三、铁碳合金的基本相与组织奥氏体是存在于727℃～1493℃下的高温组织，强度、硬度较高（σb=400Mpa，160～200HBS），塑性、韧性很好（δ=40～50%），特别适宜于进行热压力加工。因此，大多数钢材在塑性成形加工时，都要加热到高温奥氏体状态。溶碳能力较强，在1148℃时溶碳量可达2.11%，随着温度下降，溶解度减小，727℃时溶碳量为0.77%。2.奥氏体（A）

碳溶于γ–Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，以符号“A”表示。三、铁碳合金的基本相与组织熔点为1227℃，不发生同素异构转变，硬度很高，而塑性、韧性极差，不能单独使用。3.渗碳体（Cm）铁与碳形成的含碳量ωc=6.69%金属化合物称为渗碳体，用符号Fe3C表示。三、铁碳合金的基本相与组织

珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。珠光体Fe3CF4.珠光体（P）

铁素体F与渗碳体Fe3C的机械混合物，用P表示。三、铁碳合金的基本相与组织

奥氏体A与渗碳体Fe3C的机械混合物，平均含碳量4.3%。高温莱氏体：727℃以上，奥氏体与渗碳体，以Ld/Le表示；低温莱氏体：727℃以下，珠光体与渗碳体，以Ld’/Le’表示；为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。莱氏体5.莱氏体（Ld）三、铁碳合金的基本相与组织相或组织简称介绍含碳量铁素体（相）F碳溶于α-Fe0.0218%奥氏体（相）A碳溶于γ-Fe2.11%渗碳体（相）Fe3C复杂晶格的间隙化合物6.69%珠光体（组织）PF+Fe3C0.77%莱氏体（组织）Ld(高温)A+Fe3C4.3%Ld’（低温）P+Fe3C三、铁碳合金的基本相与组织自我管理自我管理（self-management），可以视为与自我的关系管理，就是指个体对自己本