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文档简介
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
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