金屬材料及熱加工工藝3

1、材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT第三章第三章 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的組元及基本相鐵碳合金的組元及基本相第二節(jié)第二節(jié) Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖第三節(jié)第三節(jié) 含碳量對碳鋼組織與性能的影響含碳量對碳鋼組織與性能的影響材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的組元及基本相鐵碳合金

2、的組元及基本相一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 (重結(jié)晶重結(jié)晶)1394 C912 Cbccfccbcc - Fe - Fe - Fe純鐵的純鐵的力學(xué)性能力學(xué)性能特點(diǎn)特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌度低，塑性、韌性好，一般不用性好，一般不用于結(jié)構(gòu)件。于結(jié)構(gòu)件。磁性轉(zhuǎn)變：磁性轉(zhuǎn)變：770 C以上無磁性以上無磁性770 C以下有磁性以下有磁性材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT二、鐵碳合金中的基本相二、鐵碳合金中的基本相Fe和和CL相：液態(tài)下無限

3、互溶、成分均勻相：液態(tài)下無限互溶、成分均勻固溶體相：固溶體相：C溶于溶于Fe中形成中形成 F、A等等金屬化合物相：金屬化合物相：Fe與與C化合形成化合形成Fe3C鐵碳合金中的鐵碳合金中的組元組元：Fe、C鐵碳合金中的鐵碳合金中的相相：液相：液相L、 、和和 固溶體、固溶體、 Fe3C金屬化合物金屬化合物在鐵碳合金中碳既可溶入在鐵碳合金中碳既可溶入 Fe、-Fe ，也可以也可以溶入溶入-Fe ，形成不同的固溶體。形成不同的固溶體。材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT

4、1）鐵素體）鐵素體體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)碳溶于碳溶于a-Fe中形成的間隙固溶體中形成的間隙固溶體,以以F或或表示；表示；鐵素體的組織為多邊形晶粒，其力學(xué)性能幾乎與鐵素體的組織為多邊形晶粒，其力學(xué)性能幾乎與 純鐵相同。純鐵相同。鐵素體鐵素體鐵素體的溶碳能力很低，為體心立方晶格；鐵素體的溶碳能力很低，為體心立方晶格；材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 2）奧氏體）奧氏體:碳溶于碳溶于 -Fe中的間隙固溶體中的間隙固溶體；用；用A或或 表示。表示。面心立方晶格，溶碳

5、能力比鐵素體大；面心立方晶格，溶碳能力比鐵素體大；組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、強(qiáng)度低、塑性好塑性好，鋼材熱加工都在鋼材熱加工都在 區(qū)進(jìn)行。區(qū)進(jìn)行。奧氏體奧氏體面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT3、滲碳體滲碳體（Fe3C）定義定義：鐵與碳形成的金屬化合物，是鋼鐵中的強(qiáng)鐵與碳形成的金屬化合物，是鋼鐵中的強(qiáng)化相，化相，高溫下可分解，高溫下可分解， Fe3C3Fe+C(石墨石墨) 。特點(diǎn)：特點(diǎn)：含碳

6、量為含碳量為6.69%，晶，晶格構(gòu)造十分復(fù)雜。性能很格構(gòu)造十分復(fù)雜。性能很硬很脆，而塑性和韌性極硬很脆，而塑性和韌性極低，伸長率和沖擊韌性幾低，伸長率和沖擊韌性幾乎為零，在鋼中主要起強(qiáng)乎為零，在鋼中主要起強(qiáng)化作用，不能單獨(dú)應(yīng)用化作用，不能單獨(dú)應(yīng)用。 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT第第 二二 節(jié)節(jié) 鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它們都可以作為純組元看待。，它們都可以作為

7、純組元看待。含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，）時(shí)，合金太脆，已無實(shí)用價(jià)值。已無實(shí)用價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖相圖。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT一、一、Fe - Fe3C 相圖的建立相圖的建立材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engi

8、neering of XAUTCu-Ni合金相圖的建立過程合金相圖的建立過程 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUTFe - Fe3C 相圖相圖Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶

9、相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C )材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析1. 1. 特性點(diǎn)特性點(diǎn) L LJ JN NG G +Fe+Fe3 3C C +Fe+Fe3 3C CL L+Fe+Fe3 3C CL+L+ + + 材

10、料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT(3)鋼、鐵分界點(diǎn)鋼、鐵分界點(diǎn)E（2.11%C） (1)共晶點(diǎn)共晶點(diǎn)C 1148, 4.3%C 共晶成分共晶成分 反應(yīng)式：反應(yīng)式：Lc(AE+Fe3C) 共晶體，即高溫萊氏體共晶體，即高溫萊氏體Ld ;(2)共析點(diǎn)共析點(diǎn)S 727 0.77% C 共析成分共析成分 反應(yīng)式反應(yīng)式: As (Fp + Fe3C共析共析) 共析體，即珠光體共析體，即珠光體;材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school

11、 of material science and engineering of XAUT 特征線特征線 液相線液相線ABCD， 固相線固相線AHJECF 三條水平線：三條水平線：LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 727材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 其它相線其它相線GS,GP 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線轉(zhuǎn)變線, GS又稱又稱A3 線。線。HN,JN 固溶體固溶體轉(zhuǎn)變線，轉(zhuǎn)變線，ES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。又稱又稱Ac m線。線。P

12、Q碳在碳在 -Fe中的固中的固溶線。溶線。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT 三個(gè)三相區(qū)：三個(gè)三相區(qū)：即即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 l 相區(qū)相區(qū)l 五個(gè)單相區(qū)：五個(gè)單相區(qū)： L、 、 、 、Fe3C l 七個(gè)兩相區(qū)七個(gè)兩相區(qū): L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金

13、相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT4. 鐵碳合金分類鐵碳合金分類 （1） 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 0.0218% C 亞共析鋼亞共析鋼 0.77% C 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵4.3% C 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of

14、material science and engineering of XAUT11珠光體珠光體1)共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程室溫組織為：室溫組織為：P（F+Fe3C）材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT112)亞共析鋼的亞共析鋼的結(jié)晶過程結(jié)晶過程LL+A AA+F先共析先共析AS(0.77% C) P室溫組織為：室溫組織為：P+F 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science an

15、d engineering of XAUT亞共析鋼室溫下的組織亞共析鋼室溫下的組織為為F+P。在在0.02180.77%C 范圍范圍內(nèi)內(nèi)珠光體的量隨含碳量珠光體的量隨含碳量增加而增加增加而增加。含含0.45%C0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C0.60%C鋼的組織鋼的組織材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUTu利用杠桿定律，可以計(jì)算出含碳量為利用杠桿定律，可以計(jì)算出含碳量為0.40%的亞共析鋼，的亞共析鋼，在室溫

16、下組織組成物和相組成物的相對含量。在室溫下組織組成物和相組成物的相對含量。材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT113)過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程含含1.4%C鋼的組織鋼的組織室溫組織：室溫組織：P+Fe3C材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT11補(bǔ)充：工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程補(bǔ)充：工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程 材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合

17、金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT4）共晶白口鐵結(jié)晶過程）共晶白口鐵結(jié)晶過程L 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)Ld（AE+ Fe3C共晶共晶）AEFe3C 剩余剩余A為為ASASP (FP+ Fe3C)室溫組織為：室溫組織為： Le材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT115 5）亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程）亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程室溫組織為室溫組織為P+Fe3C+Le。材料及熱加工

18、工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT116）過共晶白口鐵的結(jié)）過共晶白口鐵的結(jié)晶過程晶過程室溫組織為：室溫組織為：Fe3C +LeLe（ P+ Fe3C共晶共晶+ Fe3C ）材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and eng

19、ineering of XAUT11一一 、含碳量對碳鋼室溫平衡組織的影響、含碳量對碳鋼室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為： 鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業(yè)業(yè)純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對量對量%相組成相組成物相對物相對量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體三次滲碳體第三節(jié)第三節(jié) 含碳量對碳鋼組織與性能的影響含碳量對碳鋼組織與性能的影響材料及熱加工工藝第三章 鐵碳合金相圖西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 school of material science and engineering of XAUT11二、二、 含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響亞共析鋼亞共析鋼隨含碳量增加，隨含碳量增加，P 量增加，量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。升高，塑性、韌性下降。l0.77%C時(shí)，時(shí)，組織為組織為100% P, 鋼的性能即鋼的性能即P的性能。的性能。