合工大机械工程材料教案第3章 铁碳合金和铁碳相图

第三章铁碳合金和铁碳相图§3.1铁碳合金中的组元和基本相一.纯铁1.含义：2.性能：1)熔点：1538℃（一个大气压下）2)密度：7.87g/cm23)力学性能：强硬度低，塑韧性好（σb=180-280MPa,σ=40-50%,HB=50-80）4)物理性能：磁导率高3.同素异构转变：1394℃-1538℃——δ-Fe912℃-1394℃——γ-Fe912℃以下——α-Fe

二.渗碳体（Fe3C）1.含义：2.性能：硬度高（HV950-1050）强度低，塑韧性低（接近0），熔点：1227℃3.组织特征：（4％硝酸酒精）白亮色

三.铁素体（F或α）1.含义：2.性能：强硬度低(σb=180-280MPa),塑韧性好（σ=30-50%,HB=50-80），铁磁性3.组织特征：（4％硝酸酒精）白亮色

四.奥氏体（A）1.含义：2.性能：强硬度低,塑韧性好，比容小，顺磁性3.组织特征：（4％硝酸酒精）白亮色

§3.2Fe-Fe3C相图一.相图分析1.三根水平线：（A1线）*产物是P——F与Fe3C的机械混合物*相组成物的计算：a.相组成物的概念:b.P各相成分及比例计算：成分：比例：（727℃时）*组织特点：多为层片状（黑白相间，如图3.8），Fe3C片薄，*性能特点：综合性能好（σb≈1000MPa,σ0.2≈600MPa,δ≈10%,HB≈240）2.三根重要的线：①

GS线（A3线）②

ES线（Acm线）：Fe3CⅡ的析出线③

PQ线：Fe3CⅢ的析出线3.三个重要的点：④

S点——共析转变点⑤

C点——共晶转变点⑥

E点——钢、铁分界点

二.铁碳合金分类1.工业纯铁：C%<0.0218％2.碳素钢：亚共析钢：0.0218％-0.77％C共析钢：0.77％C过共析钢：0.77％-2.11％C3.白口铁：亚共晶白口铁：2.11-4.30%C共晶白口铁：4.30%C过共晶白口铁：4.30%-6.69%C

§3.3典型合金的平衡结晶一.共析钢1.结晶过程：1－2点：——L0.77→γ0.773点：——共析转变γ→P3点以下：——P中的F析出Fe3CⅢ（忽略）(组织转变示意图如图3.6所示)2.室温组织：P(如图3.3所示)

二.亚共析钢1.结晶过程：1～3点：——L→δ，L+δ→γ，δ→γ，L→γ4～5点：——γ→α先共析5点：——共析转变γ→P5点以下：——α先共析→Fe3CⅢP中的F析出Fe3CⅢ（忽略）(组织转变示意图如图3.7所示)2.室温组织：P(如图3.8所示)3.组织组成物的计算：1)组织组成物的概念：2)含0.45%C的合金组织组成物的计算：（室温，Fe3CⅢ忽略）3)含0.30％C的合金组织组成物的计算：62.8％/37.2％(比较组织照片，图3.8)

三.过共析钢1.结晶过程：1－2点：——L→γ3—4点：——γ→Fe3CⅡ+γ4点：——共析转变γ→P4点以下：——P中的F析出Fe3CⅢ（忽略）(组织转变示意图如图3.9所示)2.室温组织：P+Fe3CⅡ(如图3.10所示)3.组织组成物的计算：1)含1.2%C的合金组织组成物的计算：（室温）2)含1.2%C的合金Fe3CⅡ的形态：白亮色，连续网状（图3.10）

四.共晶白口铁1.结晶过程：1点：——L4.3→(γ2.11+Fe3C)共晶体——Le（莱氏体）1—2点：——γ→Fe3CⅡ+γ2点：——共析转变γ0.77→P（组织：Le’－(P+Fe3CⅡ+Fe3C)变态莱氏体））2点以下：——P中的F析出Fe3CⅢ（忽略）(组织转变示意图如图3.11所示)2.室温组织：Le’(如图3.12所示)

五.亚共晶白口铁1.结晶过程：1－2点：——L→γ先2点：——L4.3→(γ2.11+Fe3C)2—3点：——γ先→Fe3CⅡ+γ，γ共→Fe3CⅡ+γ3点：——共析转变γ0.77→P（组织：P+Fe3CⅡ+Le’）3点以下：——P中的F析出Fe3CⅢ（忽略）(组织转变示意图如图3.13所示)2.室温组织：P+Fe3CⅡ+Le’(如图3.14所示)3.组织组成物的计算：（自学内容）含3.0%C的合金组织组成物的计算：（室温）其中W’指Fe3CⅡ在所占比例

六.过共晶白口铁1.结晶过程：1－2点：——L→Fe3CⅠ2点：——L4.3→Le2－3点：——γ共→Fe3CⅡ+γ3点：——γ0.77→P(Le→Le’)（组织：Fe3CⅠ+Le’）2.室温组织：Fe3CⅠ+Le’(如图3.15所示)3.组织组成物的计算：（自学内容）

§3.4含碳量对铁碳合金组织和性能的影响一.C对平衡组织的影响1.引起相组成物中F、Fe3C相对量的变化：C％↑——F％↓、Fe3C％↑2.引起组织组成物的变化（见图3.16）C％↑——室温组织由F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Le’→Le’→Fe3CⅠ+Le’→Fe3CⅠ3.引起组织形态的变化：例Fe3CⅡ：C％↑—不连续→连续网状

二.C对力学性能的影响1.原因：1)室温组织类型、相组成和组织组成物相对量不同2)组织的形态与分布不同（尤其应注意Fe3CⅡ的分布）2.影响：对钢的影响：（如图3.17所示）C％↑—硬度↑，塑、韧性↓强度：先升后降（当C％＞1.0％时，Fe3CⅡ呈连续网状）对白口铁的影响：脆性很大，强度很低,硬度、耐磨性很高

§3.5钢中杂质元素对组织性能的影响一.Si脱氧剂，（且强化F,提高淬透性）但SiO2易成为非金属夹杂,∴Si%<0.5%Si+O2→SiO2

二.Mn脱氧剂，除硫剂，（且强化F,提高淬透性），但MnO、MnS易成为非金属夹杂物,∴Mn%<0.8%Mn+S→MnOMn+S→MnS

三.S不利作用：引起热脆,S％<0.050%.<原因：FeS（Tm=1190℃）；(Fe+FeS)（Tm=989℃）；(Fe+FeS+FeO)（Tm=940℃）;锻造温度：1150-1250℃>有利作用：提高切削加工性四.P不利作用：引起冷脆,P％<0.045%。（原因：固溶于F→钢强硬度↑，塑韧性有利作用：提高