活動二鐵碳合金

1、活動二活動二 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖1.1.鐵碳合金的組元和相鐵碳合金的組元和相2.2.鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖分析 3.3.典型鐵碳合金結(jié)晶過程及其組織典型鐵碳合金結(jié)晶過程及其組織 5.5.鐵碳相圖的應(yīng)用及局限鐵碳相圖的應(yīng)用及局限鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本工具工具，是研究碳鋼和，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)，是，是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)依據(jù)。4.4.含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1.

2、1.晶體概念晶體概念 晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型 晶晶 體體 固態(tài)物質(zhì)固態(tài)物質(zhì) 非晶體非晶體組成晶體的原子或離子、分子呈規(guī)則、周期性重組成晶體的原子或離子、分子呈規(guī)則、周期性重復(fù)排列的固體；例如：復(fù)排列的固體；例如：水晶、天然水晶石水晶、天然水晶石 組成非晶體的原子或離子、分子呈無規(guī)則排列的組成非晶體的原子或離子、分子呈無規(guī)則排列的固體。例如：固體。例如：松香、石蠟和玻璃松香、石蠟和玻璃1.1.晶體概念晶體概念 晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型1.1.晶體概念晶體概念 晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型 (1)(1)晶格（點陣）晶格（點陣）為

3、了便于研究晶體中原子排列的情為了便于研究晶體中原子排列的情況，通常用一個小鋼球代替一個原況，通常用一個小鋼球代替一個原子，并把不停振動的原子當(dāng)作在它子，并把不停振動的原子當(dāng)作在它平衡位置上靜止不動，這樣金屬晶平衡位置上靜止不動，這樣金屬晶體結(jié)構(gòu)就可用許多小鋼球互相緊密體結(jié)構(gòu)就可用許多小鋼球互相緊密接觸的堆砌模型來表示（接觸的堆砌模型來表示（剛球模剛球模型型）。）。1.1.晶體概念晶體概念 (2) (2) 晶胞晶胞晶胞是晶格中能代表原子排列的最小幾何單元體，它是一個晶胞是晶格中能代表原子排列的最小幾何單元體，它是一個簡單的多面體結(jié)構(gòu)。簡單的多面體結(jié)構(gòu)。.VIDEO.VIDEO晶胞晶胞.AVI.A

4、VI1.2 1.2 晶體概念晶體概念 1.2.2 1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型晶體結(jié)構(gòu)的基本概念和類型 5.5.常見的金屬晶格類型常見的金屬晶格類型 工業(yè)上使用的金屬雖然有幾十種，但除少數(shù)金屬具工業(yè)上使用的金屬雖然有幾十種，但除少數(shù)金屬具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)金屬均具有比較簡單的晶體結(jié)有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)外，大多數(shù)金屬均具有比較簡單的晶體結(jié)構(gòu)。最常見的晶體結(jié)構(gòu)只有三種，即構(gòu)。最常見的晶體結(jié)構(gòu)只有三種，即 體心立方（體心立方（bccbcc） 面心立方面心立方 (fcc)(fcc) 密排六方密排六方 (hcp)(hcp) 前兩種屬于立方晶系，后一種屬于六方晶系。前兩種屬于立方晶系，后一種屬

5、于六方晶系。 常見的金屬晶格類型常見的金屬晶格類型 （一）體心立方結(jié)構(gòu)（一）體心立方結(jié)構(gòu)(a) (b) (c)圖12 體心立方晶胞（a）鋼球模型（b）質(zhì)點模型（c）晶胞原子數(shù)（二）面心立方結(jié)構(gòu)（二）面心立方結(jié)構(gòu) 面心立方晶胞除了晶胞的面心立方晶胞除了晶胞的8 8個角上各有一個原子外，在每個立個角上各有一個原子外，在每個立方體面的中心還有一個原子，故稱面心立方結(jié)構(gòu)。方體面的中心還有一個原子，故稱面心立方結(jié)構(gòu)。（三）密排六方結(jié)構(gòu)（三）密排六方結(jié)構(gòu) (Mg、Zn、 -Co)1 1、組元：、組元：FeFe、 FeFe3 3C C2 2、相、相 鐵素體：鐵素體：碳在碳在-Fe-Fe中的固溶體稱中的固溶體

6、稱鐵素體，用鐵素體，用F F 或或 表示。表示。 碳在碳在-Fe-Fe中的固溶體稱中的固溶體稱-鐵素體，用鐵素體，用表示。表示。 都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，在在727727時最大為時最大為0.0218%0.0218%，室溫下僅為，室溫下僅為0.0008%0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體鐵素體 奧氏體奧氏體: :碳在碳在 -Fe-Fe中的固溶體稱中的固溶體稱奧氏體。用奧氏體。用A A或或 表示。表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，是面心

7、立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，11481148時最大為時最大為2.11%2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，較直。強度低、塑性好，鋼材熱鋼材熱加工都在加工都在 區(qū)進行區(qū)進行。碳鋼室溫組織中無奧氏體。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體奧氏體 滲碳體：即滲碳體：即FeFe3 3C C，含碳，含碳6.69%6.69%，用，用FeFe3 3C C或或C Cm m表示。表示。 FeFe3 3C C硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。 FeFe3 3C C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可

8、發(fā)生分解：FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（石墨），該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。，該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。 由于碳在由于碳在 -Fe-Fe中的溶解度很小，因而中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵常溫下碳在鐵碳合金中主要以碳合金中主要以FeFe3 3C C或或石墨石墨的形式存在。的形式存在。 1 1、特征點、特征點 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 2 2、特征線、特征線 液相線液相線ABCDABCD， 固相線固相線AHJECFD AHJECFD 三條水平線：三條水平線： HJBHJB：包晶線：包晶線L LB B+H H J J ECFECF：共晶線：共晶線L LC C

9、 E E+ Fe+ Fe3 3C C 共晶產(chǎn)物是共晶產(chǎn)物是 與與FeFe3 3C C的機械混合物，稱作萊氏體的機械混合物，稱作萊氏體，用，用LeLe表示。為蜂窩狀，以表示。為蜂窩狀，以FeFe3 3C C為基，性能硬而脆。為基，性能硬而脆。萊氏體萊氏體 PSKPSK：共析線：共析線 A A S S F FP P+Fe+Fe3 3C C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與與FeFe3 3C C的的機械混合物，稱作機械混合物，稱作珠光體珠光體，用，用P P表示。其組織特點是兩相呈表示。其組織特點是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相片層相間分布，性能介于兩相之間。之間。 PSKPSK線又稱線又稱A A

10、1 1線線 。 珠光體珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C（3 3） 其它相線其它相線 GS- GS-奧氏體與鐵素體的相互轉(zhuǎn)變奧氏體與鐵素體的相互轉(zhuǎn)變線，線，GSGS又稱又稱A A3 3 線線GP-GP-奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終了線奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終了線 ES碳碳在在奧氏體奧氏體中中的的固溶線。固溶線。又稱又稱Ac m線。線。 PQ碳在碳在-Fe中中的的溶溶解解度曲線。度曲線。3 3、相區(qū)、相區(qū) 五個單相區(qū)：五個單相區(qū)： L L、 、 、 、FeFe3 3C C 七個兩相區(qū)：七個兩相區(qū)：L+L+ 、L+L+ 、L+FeL+Fe3 3C C、 + + 、 +Fe+

11、Fe3 3C C、 + + 、 +Fe+Fe3 3C C 三個三相區(qū)：三個三相區(qū)：即即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵(0.0218% C) (0.0218% C) 組織為單相鐵素體。組織為單相鐵素體。 鋼鋼(0.02182.11%C) (0.02182.11%C) 高溫組高溫組 織為單相織為單相 ，易于變形，易于變形， 亞共析鋼亞共析鋼( (0.02180.77%C0.02180.77%C) ) 共析鋼共析鋼( (0.77%C0.7

12、7%C) ) 過共析鋼過共析鋼( (0.772.11%C0.772.11%C) )五、五、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1 1、含碳量對室溫平衡組織的影響、含碳量對室溫平衡組織的影響 根據(jù)杠桿定律的計算結(jié)果，可求出含碳量與緩冷后的根據(jù)杠桿定律的計算結(jié)果，可求出含碳量與緩冷后的相及組織組成物之間的定量關(guān)系：相及組織組成物之間的定量關(guān)系： 隨含碳量增加，組織中隨含碳量增加，組織中Fe3C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在 基體內(nèi)基體內(nèi)(P中中Fe3C)變?yōu)榉植荚谧優(yōu)榉植荚贏晶界上晶界上(Fe3C)，最后形成萊氏體時，最

13、后形成萊氏體時，F(xiàn)e3C已已作為基體出現(xiàn)。作為基體出現(xiàn)。 2 2、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隨含碳量增加，亞共析鋼隨含碳量增加，P P 量增加，量增加，鋼的強度、硬度升鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。高，塑性、韌性下降。0.77%C0.77%C時，時，組織為組織為100%P100%P，含碳量對力學(xué)性能的影響含碳量對力學(xué)性能的影響 鋼的性能即鋼的性能即P的性能。的性能。0.9%C, Fe3C為為 晶界連續(xù)網(wǎng)晶界連續(xù)網(wǎng)狀狀, 強度下降強度下降, 但硬度仍上升。但硬度仍上升。2.11%C, 組織中有以組織中有以Fe3C為為基的基的Le，合金太脆。合金太脆。3 3、含碳

14、量對工藝性能的影響、含碳量對工藝性能的影響 切削性能：切削性能：中碳鋼比較合適。中碳鋼比較合適。 可鍛性能：可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。低碳鋼比高碳鋼好。 鑄造性能：鑄造性能：共晶成分附近的合金共晶成分附近的合金鑄造性能好。鑄造性能好。 焊接性能：焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。低碳鋼好于高碳鋼。 熱處理性能：熱處理性能：第六章介紹。第六章介紹。焊縫組織焊縫組織鑄造鑄造1 1、選材的依據(jù)、選材的依據(jù)2 2、選擇鑄造合金成分和澆注溫度的依據(jù)、選擇鑄造合金成分和澆注溫度的依據(jù)3 3、確定鋼的鍛造溫度的依據(jù)、確定鋼的鍛造溫度的依據(jù)4 4、研究焊縫區(qū)及近縫區(qū)組織和性能變化的理、研究焊縫區(qū)及近縫區(qū)組織和性能

15、變化的理論依據(jù)論依據(jù)5 5、確定各種熱處理工藝的依據(jù)：、確定各種熱處理工藝的依據(jù)：根據(jù)對工件根據(jù)對工件材料性能要求的不同，各種不同熱處理方材料性能要求的不同，各種不同熱處理方法的加熱溫度都是參考法的加熱溫度都是參考Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖選定的。相圖選定的。 1 1 在選材上的應(yīng)用在選材上的應(yīng)用低碳鋼：低碳鋼：塑性、韌性好塑性、韌性好，用于沖壓件、，用于沖壓件、焊接焊接件、抗沖擊件。件、抗沖擊件。中碳鋼中碳鋼: : 綜合力學(xué)性能較好，用于軸、齒輪等。綜合力學(xué)性能較好，用于軸、齒輪等。高碳鋼：高碳鋼：強度、硬度、耐磨性好強度、硬度、耐磨性好，用于各種工模具。，用于各種工模具。白口鐵：

16、白口鐵：性硬而脆，但性硬而脆，但鑄造性能好鑄造性能好，用于不受沖擊的鑄件。，用于不受沖擊的鑄件。 2 2 在鑄造工藝上的應(yīng)用在鑄造工藝上的應(yīng)用 根據(jù)根據(jù)Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖的液相線可以找出不同成分的鐵碳合金的相圖的液相線可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點，從熔點，從而而確定合適的熔化、確定合適的熔化、澆注溫度澆注溫度( (液相線以上液相線以上5050100100 ) )。還可以看到鋼的。還可以看到鋼的熔化與澆注溫度都要比鑄鐵高，如熔化與澆注溫度都要比鑄鐵高，如下下圖所示。此外，靠近圖所示。此外，靠近共晶成分共晶成分的鐵的鐵碳合金不僅熔點低，而且凝固溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。碳合金不僅熔點低，而且凝固溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。這類合金適宜于鑄造，在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。這類合金適宜于鑄造，在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。 Fe-Fe3C相圖與鑄、鍛工藝的關(guān)系相圖與鑄、鍛工藝的關(guān)系 3 3 在塑性加工工藝上的應(yīng)用在塑性加工工藝上的應(yīng)用 鋼材軋制或鍛造的溫度范圍，鋼材軋制或鍛造的溫度范圍，多選擇在單一奧氏體組織范圍內(nèi)。多選擇在單一奧氏體組織范圍內(nèi)。