06 第四章 铁碳合金相图.pptx

第1页：第四章 铁碳合金相图与铁碳合金

第四章 铁碳合金相图与铁碳合金：本页为图示内容，标出本章围绕Fe-Fe3C相图与铁碳合金组织展开。

第2页：本章要点

本章要点

• 铁碳合金相图
• 要点：
• 掌握Fe－Fe3C相图中点、线及各相区的物理意义；
• 掌握不同成分的铁碳合金的平衡结晶过程分析；
• 掌握铁碳合金室温下组织组成物与相组成物的形态和性能特点。

第3页：铁碳相图的实用范围

铁碳相图的实用范围

• 铁碳合金相图
• 铁和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等。因此整个铁碳相图是具有多种化合物的相图，但有实际应用价值的合金仅局限在Fe-Fe3C相图之内。Fe3C的含碳量为6.69%。

第4页：Fe-Fe3C相图全图

Fe-Fe3C相图全图：本页为图示内容，标出各特征点、特性线与主要相区。

第5页：Fe组元与同素异构转变

Fe组元与同素异构转变

• 一、Fe-Fe3C相图的组元
• 1．Fe组元
• 过渡族元素，其熔点和凝固点为1538℃。纯铁从液态结晶为固态后，要发生两次晶格类型的转变。
• δ-Fe(bcc)--1394℃--γ-Fe(fcc)--912℃---α-Fe(bcc) (同素异构转变)
• 机械性能特点：强度低、硬度低（80HB）、韧性、塑性好

第6页：纯铁的同素异构转变

纯铁的同素异构转变：本页为图示内容，标出1394℃与912℃两次晶格类型的变化。

第7页：渗碳体Fe3C

渗碳体Fe3C

• 一、Fe-Fe3C相图的组元
• 2．Fe3C（Cem，Cm）（cementite）
• Fe3C是铁与碳形成的一种具有复杂结构的间隙化合物，通常称作渗碳体，用Cm表示。渗碳体中碳含量为6.69%。
• 熔点高，硬（800HB）而脆，塑性、韧性几乎为零。
• 钢中渗碳体的形态、分布对钢的性能影响很大。

第8页：δ相与高温铁素体

δ相与高温铁素体

• 二、Fe-Fe3C相图中的相
• 1．液相L；铁与碳的液溶体。
• 2．δ相；又成高温铁素体，是C固溶到δ-Fe中的间隙固溶体（体心），在1394℃以上存在，1495℃时溶碳量最大，最大溶碳量0.09%。

第9页：铁素体F与奥氏体A

铁素体F与奥氏体A

• 二、Fe-Fe3C相图中的相
• 3．α相，铁素体F，是C固溶到α-Fe中的间隙固溶体（体心），室温：C%=0.0008%,727℃：C%=0.0218%；强度、硬度低、塑性好。（ferrite）
• 4．γ相、奥氏体A，是C固溶到γ-Fe中的间隙固溶体（面心），1148℃时溶碳量最大，最大溶碳量2.11%；强度低，硬度不高，易塑性变形。（Austenite）
• 5．Fe3C，稳定化合物

第10页：包晶转变线与共晶转变线

包晶转变线与共晶转变线

• 三、相图分析
• 1．三条水平线和三个重要点
• （1）包晶转变线HJB：1495℃，含碳量在0.09-0.53%之间。（J为包晶点）
• LB+δH------AJ或L0.53+ δ0.09-------A0.17
• （2）共晶转变线ECF,1148℃，含碳量在2.11---6.69%之间。（C为共晶点）
• L4.3----A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）
• 或Lc——Le4.3；高温莱氏体Le，Ld

第11页：共析转变线PSK

共析转变线PSK

• 三、相图分析
• （3）共析转变线PSK，727℃，含碳量在0.0218---6.69%之间。（S为共析点）
• As----FP+Fe3C（共析渗碳体）
• A0.77----F0.0218+Fe3C——P（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，在显微镜下呈片层状。
• Le----P+Fe3CII+Fe3C共晶------低温莱氏体Le’

第12页：特性线与溶解度线

特性线与溶解度线

• 三、相图分析
• 2．液固相线
• 液相线ACD；固相线AECF
• 3．溶解度线
• ES线碳在A中的固溶线，1148℃，2.11%—727℃,0.77%,温度降低，从A中析出Fe3CII。
• PQ线碳在F中的固溶线，727℃,0.0218%—0.0008%室温，温度降低，从F中析出Fe3CIII。
• 4．GS线合金冷却时自A中析出铁素体F临界温度线。

第13页：铁碳合金的分类

钢的整体含碳量区间为0.0218%＜C%≤2.11%，白口铸铁为2.11%＜C%＜6.69%。

第14页：平衡结晶过程分析

平衡结晶过程分析

• Fe-C合金平衡结晶过程分析
• 讨论亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的平衡结晶过程，分析其室温平衡组织。
• 所谓平衡结晶过程，是指冷却速度极其缓慢的结晶过程。

第15页：典型合金在相图上的位置

典型合金在相图上的位置：本页为图示内容，在相图上标出六类合金的成分点与冷却路径。

第16页：工业纯铁的结晶过程

工业纯铁的结晶过程：本页为图示内容，展示从液相析出δ铁素体再到α铁素体的转变。

第17页：亚共析钢的结晶过程

亚共析钢的结晶过程：本页为图示内容，展示匀晶与包晶反应后继续析出奥氏体与铁素体。

第18页：亚共析钢结晶过程（续）

亚共析钢结晶过程（续）：本页为图示内容，展示奥氏体冷却析出先共析铁素体后发生共析转变。

第19页：亚共析钢的组织

亚共析钢的组织：本页为图示内容，显示先共析铁素体与珠光体的分布形态。

第20页：亚共析钢的组织与相组成

亚共析钢的组织与相组成

• 亚共析钢组织
• Proeutectoid ferrite组织：F+P相：F、Fe3C

第21页：亚共析钢组织（续）

亚共析钢组织（续）：本页为图示内容，显示不同含碳量下铁素体与珠光体的比例变化。

第22页：共析钢结晶过程

共析钢结晶过程：本页为图示内容，展示奥氏体在727℃共析转变为珠光体的过程。

第23页：共析钢结晶过程与珠光体

共析钢结晶过程与珠光体：本页为图示内容，标出珠光体层片结构的形成位置。

第24页：共析钢的珠光体组织

共析钢的珠光体组织：本页为图示内容，显示铁素体与渗碳体交替排列的片层形态。

第25页：共析钢组织（续）

共析钢组织（续）：本页为图示内容，显示高倍下珠光体片层的细节。

第26页：共析钢的组织与相组成

共析钢的组织与相组成：本页为图示内容，指出组织为珠光体、相为铁素体与渗碳体。

图中标注：共析钢组织组织：pearlite相：F、Fe3C

第27页：珠光体的形成过程

珠光体的形成过程：本页为图示内容，展示渗碳体与铁素体协同生长成片层团的过程。

第28页：过共析钢结晶过程

过共析钢结晶过程：本页为图示内容，展示奥氏体冷却沿ES线析出二次渗碳体。

第29页：过共析钢结晶过程（续）

过共析钢结晶过程（续）：本页为图示内容，展示剩余奥氏体在727℃共析转变为珠光体。

第30页：过共析钢的组织

过共析钢的组织：本页为图示内容，显示珠光体晶界上析出的网状二次渗碳体。

第31页：过共析钢金相图

过共析钢金相图：本页为图示内容，显示1.2%碳钢中网状二次渗碳体的实际形貌。

第32页：过共析钢的组织与相组成

过共析钢的组织与相组成：本页为图示内容，指出组织为P加二次渗碳体、相为F与Fe3C。

图中标注：过共析钢组织组织：P+ Fe3CII相：F、Fe3C

第33页：过共析钢组织（续）

过共析钢组织（续）：本页为图示内容，显示不同放大倍数下珠光体与渗碳体网络。

第34页：铁碳合金组织特征图

铁碳合金组织特征图(a) 0.01%C铁素体500×(c).0.77%C珠光体500×(b) 0.45%C铁素体+珠光体500×d). 1.2%C铁素体+二次渗碳体500×图

第35页：亚共晶白口铸铁结晶过程

亚共晶白口铸铁结晶过程：本页为图示内容，展示先析出奥氏体再发生共晶转变。

第36页：亚共晶白口铸铁的组织

亚共晶白口铸铁的组织：本页为图示内容，指出组织为P加低温莱氏体与二次渗碳体。

图中标注：亚共晶白口铸铁组织组织：P+Le’+ Fe3CII相：F、Fe3C

第37页：亚共晶白口铁金相图

亚共晶白口铁金相图：本页为图示内容，显示莱氏体与珠光体共存的形貌。

第38页：共晶白口铸铁结晶过程

共晶白口铸铁结晶过程：本页为图示内容，展示液相在1148℃直接共晶成莱氏体。

第39页：共晶白口铸铁的组织

共晶白口铸铁的组织：本页为图示内容，指出室温组织为低温莱氏体且相为F与Fe3C。

图中标注：共晶白口铸铁组织组织：Le’相：F、Fe3C

第40页：共晶白口铁金相图

共晶白口铁金相图：本页为图示内容，显示渗碳体基体上分布的珠光体颗粒。

第41页：过共晶白口铸铁结晶过程

过共晶白口铸铁结晶过程：本页为图示内容，展示先析出一次渗碳体再发生共晶反应。

第42页：过共晶白口铸铁的组织

过共晶白口铸铁的组织：本页为图示内容，显示粗大一次渗碳体与低温莱氏体共存。

第43页：过共晶白口铁金相图

过共晶白口铁金相图：本页为图示内容，显示板条状一次渗碳体的形貌。

第44页：铁碳合金的室温组织

铁碳合金的室温组织

• 铁碳合金的室温组织
• 工业纯铁，F
• 亚共析钢P+F
• 共析钢P
• 过共析钢P+ Fe3CII
• 亚共晶白口铸铁P+ Fe3CII+Le’
• 共晶白口铸铁Le’
• 过共晶白口铸铁Le’+ Fe3CⅠ

第45页：标注组织的铁碳合金相图

标注组织的铁碳合金相图：本页为图示内容，在各相区标出对应组织组成物的名称。

第46页：铁碳相图的应用

铁碳相图的应用

• 五、铁碳相图的应用与局限性
• 一、应用
• 1．选材
• 2．热加工工艺铸造锻造热处理

第47页：铁碳相图的局限性

铁碳相图的局限性

• 五、铁碳相图的应用与局限性
• 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(冷却速度的影响)——平衡条件下

第48页：成分组织与性能的关系

成分组织与性能的关系

• 六、成分、组织、性能关系
• 成分变化，使铁碳合金的组织发生变化；
• F——P+F——P——P+ Fe3CII——P+Fe3CII+Le’——Le’——Le’+ Fe3CⅠ
• 组织的变化，使合金性能发生变化。

第49页：成分组织性能关系图

成分组织性能关系图：本页为图示内容，显示硬度强度与塑性随含碳量变化的曲线。

第50页：第四章小结

第四章小结

• 小结
• 铁碳相图的组元、基本相
• 包晶反应、共晶反应、共析反应
• 铁碳合金的分类、典型铁碳合金组织
• 铁碳合金成份、组织、性能之间的关系