鐵碳平衡相圖詳解

1、整理課件1整理課件2 目前應用的鐵碳合金狀態(tài)圖是W(c)為06.69%的鐵碳合金部分（即Fe-Fe3C部分），W(c)大于6.69的鐵碳合金在工業(yè)領域應用鮮見報道。1.1.鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖1.1 1.1 以構(gòu)成相標注的鐵碳相圖以構(gòu)成相標注的鐵碳相圖整理課件31.2 以特性點標注的鐵碳相圖以特性點標注的鐵碳相圖注：虛線、點劃線的意義尚未準確確定的數(shù)據(jù)、磁學轉(zhuǎn)變線、有序無序轉(zhuǎn)變線。整理課件4 以穩(wěn)定的化合物分割相圖（Fe3C）； 以特殊的成分分割相圖（鋼*與鐵的區(qū)分）； 確定各點、線、區(qū)的意義； 分析特征合金的結(jié)晶過程及其組織演化； 說明相圖的實際應用2.1 分析步驟分析步驟2. 鐵碳

2、相圖鐵碳相圖的分析方法的分析方法*此處討論的鋼僅限于碳鋼，暫不涉及合金鋼。整理課件5p 相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點接觸除外）相區(qū)接觸法則；p 三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點。p 若兩個三相區(qū)中有兩個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。p 單相區(qū)邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區(qū)。2.2 鐵碳相圖的幾何規(guī)律鐵碳相圖的幾何規(guī)律整理課件62.3 鐵碳相圖的鐵碳相圖的相區(qū)相區(qū) 1）單相區(qū)（四個）：n -Fe-鐵素體；n -Fe奧氏體；n -Fe-鐵素體；n L液相區(qū)整理課件72）兩相區(qū)(七個)：n L+n +An L+A； n L+Fe3C； n A+F；n A+Fe3C；

3、n F+Fe3C續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件83）三相區(qū)(兩個)n L、A、Fe3C ECF線：共晶線，是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線；n A、F、Fe3C PSK線，共析線，是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線。續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件92.4 主要特性點主要特性點 1）A點 純鐵的熔點，溫度1538，W(c) =0%；2）C點 共晶點，溫度1148，W(c) =4.3% 成分為C的液相，冷卻到此溫度時，發(fā)生共晶反應：LcLd（AE+Fe3C）；3）D點 滲碳體熔點，溫度1227，W(c) =6.69%；整理課件104）E點 碳在-Fe中的最大溶解度，溫度1148，W(c) =2.11%；5）G點

4、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點，冷卻到912時，發(fā)生-F-Fe ；6）P點 碳在-Fe中的最大溶解度，溫度727，W(c) =0.0218%；續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件118）S點 共析點，溫度727， W(c) =0.77% 成分為S點的奧氏體，冷卻到此溫度時，發(fā)生共析反應：AsP（Fp+Fe3C）；7）Q點 600時，碳在-Fe中的溶解度， W(c) =0.0057%；（冷至室溫時，碳在-Fe中的溶解度為0.0008%）；續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件12附：鐵碳平衡圖中所有的特性點附：鐵碳平衡圖中所有的特性點整理課件132.5 特性線特性線 1）ACD線 液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點所組成的線，鐵碳合金在此

5、線以上處于液相。2）AECF線 固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)。3）ECF水平線 共晶線， W(c) 2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148）時，均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體。整理課件144）ES線 碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點（ W(c) =2.11），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C。5）GS線 奧氏體冷卻時開始向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度線，通常稱為A3線。續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件157）GP線 0 W(c) 0.0218%的鐵碳合金，緩冷時，由奧氏體中析

6、出鐵素體的終了線。6）PSK水平線 共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727）時，將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體（P）， W(c) 0.0218%的鐵碳合金均會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件168）PQ線 碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727時， W(c) =0.0218%，溶碳量最大；在600時， W(c) =0.0057%。 在727緩冷時，鐵素體隨著溫度降低，溶碳量減少，鐵素體中多余的碳將以滲碳體（三次滲碳體Fe3CIII）的形式析出。一般情況下，忽略Fe3CIII的存在。 以上各特性線的含義，均是指合金緩慢冷卻過程中的相變。若是加熱過程，則相反。 續(xù)前頁續(xù)前頁整理課件17附：

7、鐵碳平衡圖中所有的特性線附：鐵碳平衡圖中所有的特性線整理課件18 一般所指鐵素體系碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在-Fe中的溶解度很小，727時0.0218%；室溫時為0.0008%，幾乎為零。其強度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。 2.6.1 鐵素體（鐵素體（FerriteF或或相）相） 2.6 各相（組織）名稱及其定義各相（組織）名稱及其定義整理課件192.6.2 奧氏體（奧氏體（AusteniteA或或相）相） 奧氏體系碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格。碳在-Fe中的溶碳量較高，1148時為2.11%；其強度和硬度比鐵素體高，塑性、

8、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。整理課件20 滲碳體系鐵與碳形成的化合物，碳含量為6.69，具有復雜的晶體結(jié)構(gòu)。其硬度很高，塑性和韌性很差，、Ak值接近于零，脆性很大。圖中平直的白色條狀物即為鐵碳合金凝固時的一次滲碳體。2.6.3 滲碳體（滲碳體（CementiteFe3C） 整理課件212.6.4 珠光體（珠光體（PearliteP） 珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的處于熱力學平衡狀態(tài)的機械混合物。系奧氏體冷卻時，在727 恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。顯微組織為鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。整理課件222.6.5 萊氏體（

9、萊氏體（LedeburiteLd或或Ld） 萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的處于熱力學平衡狀態(tài)的機械混合物。系在1148恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，平均碳含量為4.3%。整理課件233. 鐵碳相圖中鋼與鐵的區(qū)分鐵碳相圖中鋼與鐵的區(qū)分共析鋼亞共析鋼過共析鋼共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵W(c)=0.77%0.0218%W(c)0.77%0.77%W(c)2.11%W(c)=4.3%2.11%W(c)4.3%4.3%W(c)6.69%工業(yè)純鐵 鋼白口鑄鐵鐵碳合金鐵碳合金* 按含碳量和室溫組織分類W(c) =0.0218%工業(yè)純鐵 鋼白口鑄鐵鐵碳合金鐵碳合金*整理課件244. 4. 典型鐵碳合金的結(jié)

10、晶過程分析典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析以鋼為例以鋼為例 共析鋼 亞共析鋼 過共析鋼 共晶白口鑄鐵 亞共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵整理課件254.1 共析鋼的結(jié)晶過程共析鋼的結(jié)晶過程 l 1點溫度以上，合金處于液態(tài)；l 緩冷到1點溫度時，開始從液相結(jié)晶出奧氏體，溫度繼續(xù)下降，奧氏體量逐漸增加；l 直至2點溫度結(jié)晶終止，液相全部結(jié)晶為奧氏體；l 2點至3點間為單一奧氏體的冷卻；l 當溫度降到S點時，奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；l S點以下，珠光體冷卻至室溫。整理課件26共析鋼結(jié)晶過程示意圖共析鋼結(jié)晶過程示意圖 整理課件274.2 亞共析鋼的結(jié)晶過程亞共析鋼的結(jié)晶過程 l 在3點以前的結(jié)

11、晶過程與共析鋼類似；l 當緩冷到3點時，從均勻的奧氏體中開始析出鐵素體；l 溫度繼續(xù)下降，鐵素體量逐漸增加，奧氏體量逐漸減少，尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體的碳含量沿GS線逐漸增加；l 當緩冷到4點(727)時，剩余的奧氏體的W(c)=0.77%，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；l 共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織由鐵素體加珠光體組成，冷卻到4點以下，組織不再產(chǎn)生改變；l 所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。整理課件28亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖 整理課件294.3 過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼的結(jié)晶過程 l 在3點以前與共析鋼類似；l 當緩冷到3點

12、溫度時，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；l 隨著溫度繼續(xù)下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；l 溫度降到4點(727)時；剩余奧氏體恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；l 共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。l 所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數(shù)量減少，網(wǎng)狀二次滲碳體的數(shù)量增加，并變得更粗大。整理課件30過共析鋼結(jié)晶過程示意圖過共析鋼結(jié)晶過程示意圖 整理課件315. 鐵碳合金的成分、組織與性能的關系鐵碳合金的成分、組織與性能的關系 5.1 含碳量與鐵碳合金

13、平衡組織間的關系含碳量與鐵碳合金平衡組織間的關系 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。相圖自左至右的組織為：F F+P P P+Fe3CII P+Fe3CII+Ld Ld Ld+Fe3CI 整理課件325.2 含碳量與力學性能間的關系含碳量與力學性能間的關系 強度：當W(c)0.9時，由于滲碳體在晶界呈網(wǎng)狀分布，使鋼的強度下降，脆性上升。硬度：隨W(c)的增加而提高。 塑性：隨W(c)的增加而迅速降低。 沖擊韌性：隨W(c)的增加而迅速降低。 整理課件336.1 相圖與材料的力學和

14、物理性能相圖與材料的力學和物理性能*6. 相圖與合金性能的關系相圖與合金性能的關系整理課件34n 鑄造性能 根據(jù)液固相線之間的距離X： X越大，成分偏析越嚴重（因為液固相成分差大）； X越大，流動性越差（因為枝晶發(fā)達）； X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區(qū)大）。n 塑性加工性能：單相固溶體區(qū)易于鍛造。n 熱處理性能：利用固溶度變化的固態(tài)相變。6.2 相圖與材料工程的工藝性能相圖與材料工程的工藝性能整理課件35相圖與熱加工工藝性能的關系相圖與熱加工工藝性能的關系整理課件367. 鋼鐵熱處理與鐵碳合金相圖的關系鋼鐵熱處理與鐵碳合金相圖的關系 Fe-Fe3C相圖是制訂鋼鐵零件熱處理工藝的理論依據(jù)，所以對熱處理工作者具有特別重要的意義。各種鋼材熱處理的常用工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是根據(jù)Fe-Fe3C相圖來確定的。整理課件37鋼鐵熱處理的溫度選取范圍在鐵碳相圖中的位置鋼鐵熱處理的溫度選取范圍在鐵碳相圖中的位置整理課件38 鐵碳平衡相圖是鐵碳合金在平衡狀態(tài)時的組織組成圖，圖中標注的所有參數(shù)僅僅針對碳鋼和鑄鐵，且不揭示它們的非平衡組織如馬氏體、貝氏體等的轉(zhuǎn)變規(guī)律。 合金鋼