第三章 铁碳合金相图【详解版】

1、第三章 铁碳合金相图,第一节 铁碳合金的组元及基本相 第二节 Fe-Fe3C相图 第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响,第一节 铁碳合金的组元及基本相,一、纯铁及其同素异构转变 (重结晶),纯铁的力学性能特点：强度、硬度低，塑性、韧性好，一般不用于结构件。,磁性转变： 770 C以上无磁性 770 C以下有磁性,二、铁碳合金中的基本相,Fe和C,L相：液态下无限互溶、成分均匀,固溶体相：C溶于Fe中形成 F、A等,金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C,铁碳合金中的组元：Fe、C,铁碳合金中的相：液相L、 、和 固溶体、 Fe3C金属化合物,在铁碳合金中碳既可溶入 Fe、-Fe ，也可以溶入-

2、Fe ，形成不同的固溶体。,1）铁素体,碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体,以F或表示；,铁素体的组织为多边形晶粒，其力学性能几乎与 纯铁相同。,铁素体,铁素体的溶碳能力很低，为体心立方晶格；,2）奥氏体: 碳溶于 -Fe中的间隙固溶体；用A或 表示。 面心立方晶格，溶碳能力比铁素体大； 组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在 区进行。,奥氏体,3、渗碳体（Fe3C）,定义：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化相，高温下可分解， Fe3C3Fe+C(石墨) 。,特点：含碳量为6.69%，晶 格构造十分复杂。性能很 硬很脆，而塑性和韧性极 低，伸长率和冲击韧性几 乎为零

3、，在钢中主要起强 化作用，不能单独应用。,第 二 节 铁碳合金状态图,铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。,一、Fe - Fe3C 相图的建立,1.配制不同成分的铁碳合金，加热后缓慢地冷却，记录数据，绘制它们的冷却曲线（时间、温度）；,2.从冷却曲线上找出临界点，并画到成分温度坐标中；,3.相同意义的点连接起来。,Cu-Ni合金相图的建立过程,Fe - Fe3C 相图,Fe - Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,

4、Q,1148,727,L,A,L+A,L+ Fe3C,6.69%C,( A+Fe3C ),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+ Fe3C,( F+ Fe3C ),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,共晶相图,共析相图,匀晶相图,( P+Fe3C ),二、铁碳合金状态图的分析,1. 特性点,(3)钢、铁分界点E（2.11%C）,(1)共晶点C 1148, 4.3%C 共晶成分 反应式：Lc(AE+Fe3C) 共晶体，即高温莱氏体Ld ;,(2)共析点S 727 0.77% C 共析成分 反应式: As (Fp + Fe3C共析) 共析体，

5、即珠光体;, 特征线 液相线ABCD， 固相线AHJECF 三条水平线：,727, 其它相线 GS,GP 固溶体转变线, GS又称A3 线。 HN,JN 固溶体转变线， ES碳在 -Fe中的固溶线。又称Ac m线。 PQ碳在-Fe中的固溶线。, 三个三相区：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三条水平线, 相区 五个单相区： L、Fe3C 七个两相区: L+、L+、L+Fe3C、 +、+Fe3C、+ 、+Fe3C,4. 铁碳合金分类,（1）工业纯铁 0.77% C 亚共晶白口铸铁4.3% C,三、典型铁碳合金的结晶过程,1 1,珠光体,1)共析钢的结晶过程,室温

6、组织为：P（F+Fe3C）,1 1,2)亚共析钢的结晶过程,LL+A AA+F先共析 AS(0.77% C) P 室温组织为：P+F,亚共析钢室温下的组织为F+P。 在0.02180.77%C 范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。,20钢组织,40钢组织,60钢组织,利用杠杆定律，可以计算出含碳量为0.40%的亚共析钢，在室温下组织组成物和相组成物的相对含量。,1 1,3)过共析钢的结晶过程,室温组织：P+Fe3C,T12钢组织,1 1,补充：工业纯铁的结晶过程,4）共晶白口铁结晶过程,室温组织为： Ld （ P+ Fe3C共晶+ Fe3C ）,1 1,5）亚共晶白口铁的结晶过程,室温组织为P

7、+Fe3C+Ld。,1 1,6）过共晶白口铁的结晶过程,室温组织为：Fe3C +Ld Ld（ P+ Fe3C共晶+ Fe3C ）,1 1,一 、含碳量对碳钢室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：,第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响,1 1,二、 含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。,0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。 0.9%C，Fe3C为晶界连续网状，强度下降, 但硬度仍上升。 2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Ld,合金太脆.,三、 含碳量对工艺性能的影响 切削性能: 中碳钢合适 可锻性能: 低碳钢好 焊接性能: 低碳钢好 铸造性能: 共晶合金好 热处理性能: 第四章介绍,四、铁碳合金相图的应