鐵碳合金狀態(tài)圖教案

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載第三章鐵碳合金狀態(tài)圖教學(xué)目的：重點(diǎn)：難點(diǎn)：（引入）鐵碳合金狀態(tài)圖就是用熱分析法測得不同濃度的鐵碳合金的冷卻曲線，然后將冷卻曲線上各結(jié)晶溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)描繪在溫度 -成分坐標(biāo)上，以得到鐵碳合金金相組織、溫度及合金成分之間的關(guān)系。熱分析法：是借助于光學(xué)高溫計及金相顯微鏡， 測得各種成分鐵碳合金在緩慢冷卻過程中的溶液結(jié)晶溫度及固態(tài)下二次結(jié)晶的組織轉(zhuǎn)變溫度， 對合金金相組織隨溫度變化的狀況進(jìn)行分析的方法。第一節(jié) 鐵碳相圖一、鐵碳合金的組元純鐵在不同溫度區(qū)間具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。塑形、韌性好，強(qiáng)度低。碳在固態(tài)鐵碳合金中有三種存在形式二、鐵碳合金的基本相及組織1、鐵素體（ F）鐵素體是碳溶解在 -

2、Fe 中形成的間隙固溶體。由于 -Fe 晶粒的間隙小，溶解碳量極微，其最大溶碳量只有0.0218%（727）所以是幾乎不含碳的純鐵。性能：b =180230MPaHB=5080=3050% =7080%-2ak=156 196J·cm顯微鏡下觀察，鐵素體呈灰色并有明顯大小不一的顆粒形狀。2、滲碳體（ Fe3C）滲碳體是鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物。含碳量為 6.69%性能： HB=800，硬度很高，脆性極大，是鋼中的強(qiáng)化相。顯微鏡下觀察，滲碳體呈銀白色光澤。3、奧氏體（ A）奧氏體是碳溶解在 -Fe 中形成的間隙固溶體。-Fe 的溶碳能力較高，最大為2.11%（1148）。由于 -Fe 一

3、般存在于 7271394之間，所以奧氏體也只出現(xiàn)在高溫區(qū)域內(nèi)。顯微鏡觀察，奧氏體呈現(xiàn)外形不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu)，并有明顯的界限。性能：=4050%，具有良好的塑性和低的變形抗力。是絕大多數(shù)鋼種在學(xué)習(xí)必備歡迎下載高溫進(jìn)行壓力加工所需的組織。4、珠光體（ P）珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體。珠光體的平均含碳量為 0.77%，在 727以下溫度范圍內(nèi)存在。顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名。性能：b =750MPaHB=160 180較高 =20 25%=30 40% 適中5、萊氏體（ Ld）萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。鐵碳合金中含碳量為 4.3%的液體冷卻到 11

4、48時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成高溫萊氏體。合金繼續(xù)冷卻到 727時，其中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，故室溫時由珠光體和滲碳體組成，叫低溫萊氏體。統(tǒng)稱萊氏體。三、鐵碳相圖分析目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為 0 6.69%的鐵碳合金部分（即 FeFe3C部分），因為含碳量大于 6.69的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價值。右圖為簡化后的 FeFe3C狀態(tài)圖。1、主要特征點(diǎn)特性點(diǎn)溫度含碳量（ Wc）含義A15380純鐵熔點(diǎn)C11484.30共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11C 在 -鐵中的最大溶解度G9120鐵 鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218C 在鐵中的最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)2、

5、主要線段ACD 線液相線，即此線以上為液態(tài)合金，開始結(jié)晶線。AECF 線固相線，此線以下為固體合金。ECF 線共晶線，凡經(jīng)過此線的合金均會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。GS 線 習(xí)慣用 A3 來表示， A 中開始析出 F，既有：。ES 線用 A cm表示，開始析出滲碳體 -Fe3C。IIPSK 線又叫共析線，用A1 來表示，析出珠光體，共析反應(yīng)。3、主要區(qū)域液體 Y、鐵素體 F、奧氏體 A 和滲碳體 Fe3C 是鐵碳合金的基本組織，或者說是基本晶體結(jié)構(gòu)，即基本相，其他各區(qū)組織都由這些基本相按不同比例混合而成。ACDA 區(qū)液相區(qū)（ Y ）；AESGA區(qū)奧氏體區(qū)（ A ）；GPQG 區(qū)鐵素體區(qū)（ F ）；DFKL

6、 區(qū)（ 6.69線） 一次滲碳體區(qū)（直接從液相中析出Fe3CI）學(xué)習(xí)必備歡迎下載AGQA 區(qū)（ 0線） 純鐵區(qū)（同素異晶轉(zhuǎn)變區(qū)） ； S 0.77線（區(qū)） 珠光體區(qū)，為共析組織；E 2.11線（區(qū)） 二次滲碳體區(qū)，隨 A 中 C 的溶解度下降，析出二次滲碳體；C 4.3線（區(qū)） 萊氏體區(qū)，為共晶組織4、相區(qū)1）單相區(qū)有 F、A、L 和 Fe3C四個單相區(qū)2）兩相區(qū)五個兩相區(qū)： LA 兩相區(qū)、 L+Fe3C兩相區(qū)、 A+Fe3C兩相區(qū)、 AF 兩相區(qū)、 F+Fe3C兩相區(qū)3）三相區(qū)ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C）PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（

7、A、 F、 Fe3C）5、總結(jié)1、相區(qū)與相區(qū)內(nèi)的組織不一樣；2、對于每個相區(qū)，不論溫度成分怎么變，其組織種類不變，但相的成分和相對量可能變化；3、相圖左側(cè)兩個單相固溶體：á-Fe、 -Fe ；相區(qū)右側(cè)一個單相 Fe3C，之間為上述固溶體組成的兩相共存區(qū)；4、共析點(diǎn)、共析線5、共晶點(diǎn)、共晶線四、鐵碳合金狀態(tài)圖的作用鐵碳合金狀態(tài)圖主要是用來分析鐵碳合金的成分、 溫度、組織三者之間的關(guān)系。a)當(dāng)含碳量增加時， 鐵素體的比例減少， 珠光體比例增大， 故而碳鋼的機(jī)械強(qiáng)度和硬度增大，塑性和韌性降低；b)當(dāng)含碳量超過0.9%時，碳鋼中 C 的含量增多，硬度增加，強(qiáng)度、塑性、韌性均下降；c)當(dāng)溫度一

8、定時，控制了碳鋼的含碳量就控制了碳鋼的組織和性能；碳鋼的機(jī)械性能又決定了碳鋼的用途。第二節(jié) 鐵碳合金的基本組織與性能一、 不同成分的鐵碳室溫平衡組織學(xué)習(xí)必備歡迎下載二、成分組織對性能的影響1、含碳量與鐵碳合金平衡組織間的關(guān)系鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少， 滲碳體量逐漸增多， 且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。2、含碳量與力學(xué)性能間的關(guān)系強(qiáng)度：當(dāng) Wc<0.9時，隨著 Wc 增加，不斷提高；當(dāng) Wc>0.9時，由于滲碳體在晶界呈網(wǎng)狀分布，使鋼的強(qiáng)度下降。硬度：隨 Wc 的增加而提高。塑性：隨 Wc 的增加而迅速降低。

9、沖擊韌性：隨 Wc 的增加而迅速降低。3、含碳量對工藝性能的影響a.鑄造性鑄鐵的流動性比鋼好，易于鑄造，特別是靠近共晶成分的鑄鐵，其結(jié)晶溫度低，流動性好，鑄造性能最好。從相圖上盾，結(jié)晶溫度越高，結(jié)晶溫度區(qū)間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造性能越差。b.可鍛性低碳鋼比高碳鋼好。由于鋼加熱呈單相奧氏體狀態(tài)時，塑性好、強(qiáng)度低，便于塑性變形，所以一般鍛造都是在奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行。c.可焊性含碳量越低，鋼的焊接性能越好，所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。d.切削加工性含碳量過高或過低，都會降低其切削加工性能。一般認(rèn)為中碳鋼的塑性比較適中，硬度在 160230HB時，切削加工性能最好。第三節(jié) 鋼的結(jié)晶過程分

10、析共析反應(yīng)：在一定溫度下（恒溫） ，由一種 固相同時析出兩種 固相的過程，稱為共析反應(yīng)或共析轉(zhuǎn)變，其生成的組織稱為共析組織；學(xué)習(xí)必備歡迎下載共晶反應(yīng)：在一定溫度下（恒溫） ，由一種 液相同時析出兩種 固相的過程，稱為共晶反應(yīng)或共晶轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變組織稱為共晶組織；一、共析鋼的組織轉(zhuǎn)變液態(tài)金屬冷卻至點(diǎn)1 時開始生成 A 晶核；冷卻至點(diǎn) 2 后，液體金屬全部結(jié)晶為A；冷卻至點(diǎn) 3 后，發(fā)生共析反應(yīng)，在室溫下A 全部轉(zhuǎn)變?yōu)?P。二、亞共析鋼的組織轉(zhuǎn)變液態(tài)金屬冷卻至點(diǎn)1 時開始生成 A 晶核；冷卻至點(diǎn) 2 后，液體金屬全部結(jié)晶為A；冷卻至點(diǎn) 3 后，在 GS至 PSK間隨溫度下降不斷析出 F，同時剩余 A 中的含碳量沿 GS線不斷增加而得到珠光體 P。三、過共析鋼的組織轉(zhuǎn)變液態(tài)金屬冷卻至點(diǎn)1 時開始生成 A 晶核；冷卻至點(diǎn) 2 后，液體金屬全部結(jié)晶為A；冷卻至點(diǎn) 3 后，在 GS至 PSK間隨溫度下降不斷析出 Fe3C，同時剩余 A 中的含碳量沿 ES線不斷減少而得到珠光體 P。（總結(jié)）鐵碳相圖的運(yùn)用1、選用材料：由鐵碳相圖可知， 合金中隨著含碳量的不同， 其組織各不相同，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同。 因此，我們就可以根據(jù)機(jī)器零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。2、叛斷切削加性能：低碳鋼中鐵素體較多， 塑性好，加工性不好；中碳鋼中