金屬學-鐵碳合金和鐵碳相ppt課件

1、第九章 鐵碳合金和鐵碳相圖9.1 鐵碳合金中的組元和根本相鐵碳合金中的組元和根本相9.2 Fe-Fe3C相圖分析相圖分析9.3 典型合金的平衡結(jié)晶典型合金的平衡結(jié)晶9.4 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胡平胡平uping1985126 鑒于含碳量為鑒于含碳量為6.69%的的Fe3C硬而脆，超越硬而脆，超越6.69的鐵碳合金沒有適用價值的鐵碳合金沒有適用價值。所以我們研討的鐵碳相。所以我們研討的鐵碳相圖，實踐上是圖，實踐上是Fe和和Fe3C二二個根本組元組成的個根本組元組成的FeFe3C相圖或相圖或Fe和自在碳組和自在碳組成的成的FeG

2、相圖。相圖。 整個整個FeFeC C相圖包括相圖包括FeFeFe3CFe3C、Fe3CFe3CFe2CFe2C、Fe2CFe2CFeCFeC、FeCFeCC C等部分組成。等部分組成。組組 元：元： 純鐵、滲碳體純鐵、滲碳體基基 本本 相：相： 高溫鐵素體高溫鐵素體、 鐵素體鐵素體、 奧氏體奧氏體根本組織：根本組織： 珠光體珠光體P、 萊氏體萊氏體Le/Le9.1 鐵碳合金中的組元和根本相鋼和鑄鐵可以看成是鐵碳二元合金，碳含量分量小于2.11%的合金稱為鋼，大于2.11%的合金稱為鑄鐵。4 C912 C體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方 - Fe - Fe - Fe一、純鐵的同素

3、異構(gòu)轉(zhuǎn)變一、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的組元與根本相鐵碳合金的組元與根本相鐵在室溫為體心立方構(gòu)造，稱為 鐵，具有鐵磁性。在770 居里點以上鐵磁性消逝，磁性轉(zhuǎn)變不屬于相變溫度到達912 以上時具有面心立方點陣構(gòu)造，稱為鐵；溫度到達4 以上時再次具有體心立方點陣構(gòu)造，稱為鐵；溫度到達1538 以上時成為液態(tài)。4 C912 C體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方 - Fe - Fe - Fe4 C912 C體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方 - Fe - Fe - Fe15384912-Fe-Fe-Fe液液 相相體心立方體心立方體心立方體心立方面心立方面心立

4、方溫度溫度 時間時間/s室溫室溫前往前往9.1 鐵碳合金中的組元和根本相770非 磁 性磁性純鐵純鐵強度低，硬度低，塑性好，很少做構(gòu)造資料。由于有高的磁導(dǎo)率，可作為電工資料用于各種鐵芯。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在溫度壓力改動時發(fā)生晶同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在溫度壓力改動時發(fā)生晶體構(gòu)造變化的景象。體構(gòu)造變化的景象。9.1 鐵碳合金中的組元和根本相二、鐵碳合金的根本相及其性能二、鐵碳合金的根本相及其性能鐵素體鐵素體F：碳溶與碳溶與-Fe中構(gòu)成中構(gòu)成的間隙固溶體。的間隙固溶體。性能性能-強度和硬度強度和硬度低，塑性和韌性好低，塑性和韌性好奧氏體奧氏體A：碳與碳與-Fe構(gòu)成的間隙構(gòu)成的間隙固溶體。高溫組織固溶體。

5、高溫組織，在大于，在大于727時存時存在。在。性能性能-塑性好，強塑性好，強度和硬度高于度和硬度高于F。在。在鍛造、軋制時常要鍛造、軋制時常要加熱到加熱到A，可提高塑，可提高塑性，易于加工。性，易于加工。滲碳體滲碳體 Fe3C ：鐵與碳構(gòu)成：鐵與碳構(gòu)成的金屬化合物。的金屬化合物。在在Fe - Fe3C相相圖中，既是組元圖中，既是組元又是根本相。又是根本相。性能性能-硬度高，硬度高，脆性大。脆性大。珠光體珠光體 P ： 鐵素體鐵素體F和滲碳體和滲碳體Fe3C組成的機械混合物。組成的機械混合物。性能性能-力學性能介于兩者之間。力學性能介于兩者之間。萊氏體萊氏體 Ld ： 奧氏體奧氏體A和滲碳體和滲

6、碳體Fe3C組成的機械混合物。組成的機械混合物。性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。萊氏體萊氏體Le或或Ld ：高溫萊氏體：高溫萊氏體,Le或或LdA+Cm 低溫萊氏體低溫萊氏體,Le或或LdP+CmFeTFe3C第三節(jié)第三節(jié) Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相圖分析相圖分析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

7、+Fe3CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖( P+Fe3C )Fe - Fe3C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C )兩種反響：兩種反響：1148 1、共晶反響、共晶反響 一定成分的液相在一定的溫度下同時結(jié)晶出兩種成一定成分的液相在一定的溫度下同時結(jié)晶出兩種成分和構(gòu)造均不一樣的固相的反響。分和構(gòu)

8、造均不一樣的固相的反響。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反響的產(chǎn)物即萊氏體共晶反響的產(chǎn)物即萊氏體 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2 、共析反響、共析反響 一定成分的固相在一定的溫度下同時析出兩種成分和一定成分的固相在一定的溫度下同時析出兩種成分和構(gòu)造均不一樣的構(gòu)造均不一樣的 新的固相的反響。新的固相的反響。A0.77%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反響的產(chǎn)物即珠光體共析反響的產(chǎn)物即珠光體 PF0.02%c+Fe3C6.69%c9.2 Fe-Fe3C相圖J為包晶點為包晶點:1495時時,B點成分的點成分的L與與H點成分的點成分的發(fā)生包

9、晶反響發(fā)生包晶反響,生成生成J點成分點成分的的。C點為共晶點點為共晶點1148時時,C點成分的點成分的L發(fā)發(fā)生共晶反響生共晶反響,生成生成E點成分的點成分的和和Fe3C萊萊氏體。氏體。S點為共析點點為共析點 727 時時, S點成分的點成分的發(fā)生共發(fā)生共析反響析反響, 生成生成P點成分的點成分的和和Fe3CP。前往前往9.2 Fe-Fe3C相圖前往前往9.2 Fe-Fe3C相圖包晶反響：L+共晶反響：LLd( FeC3+ )共析反響： P (FeC3+ ) 前往前往9.2 Fe-Fe3C相圖9.2 Fe-Fe3C相圖過共析鋼過共析鋼共析鋼共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶

10、白口鐵過共晶白口鐵碳素鋼碳素鋼白口鑄鐵白口鑄鐵亞共析鋼亞共析鋼工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 相圖中主要線的含義相圖中主要線的含義ABCD線線液相線液相線 是不同成分鐵碳合金是不同成分鐵碳合金開場結(jié)晶的溫度線。開場結(jié)晶的溫度線。JECF線線固相線固相線 各種成分的合金均處在各種成分的合金均處在固體形狀。結(jié)晶溫度終止線。固體形狀。結(jié)晶溫度終止線。ECF程度線程度線共晶線共晶線 含碳量為含碳量為4.3%的液的液態(tài)合金冷卻到此線時，在態(tài)合金冷卻到此線時，在1148 由液態(tài)合由液態(tài)合金同時結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，金同時結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，此反響稱為共晶反響。此反響稱為共晶反響。PSK程度線程

11、度線共析線共析線A1線線 含碳量為含碳量為0.77%的奧氏體冷卻到此線時，在的奧氏體冷卻到此線時，在727 同同時析出鐵素體和滲碳體的機械混合物，此反時析出鐵素體和滲碳體的機械混合物，此反響稱為共析反響。響稱為共析反響。GS線線A3線線 是冷卻時奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F是冷卻時奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開場線。素體的開場線。ES線線稱稱Acm線線 是碳在奧氏體中的溶解是碳在奧氏體中的溶解度線，實踐上是冷卻時由奧氏體中析出二次度線，實踐上是冷卻時由奧氏體中析出二次滲碳體的開場線。滲碳體的開場線。A3Acm鐵碳鐵碳合金合金含碳量為含碳量為2.11%6.69%2.11%6.69%的鐵碳合金。的鐵碳合金。共晶白口鑄鐵

12、：共晶白口鑄鐵： 含碳量為含碳量為4.3%;4.3%;亞共晶白口鑄鐵：含碳量在亞共晶白口鑄鐵：含碳量在2.11%4.3%2.11%4.3%之間；之間；過共晶白口鑄鐵：含碳量在過共晶白口鑄鐵：含碳量在4.3%6.69%4.3%6.69%之間；之間；含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的鐵碳合金。的鐵碳合金。工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵鋼鋼白口白口鑄鐵鑄鐵 含碳量為含碳量為0.02%2.11%的鐵碳合金。根的鐵碳合金。根據(jù)金相據(jù)金相 組織的不同，可分為三種。組織的不同，可分為三種。共析鋼：共析鋼： 含碳量為含碳量為0.77%;亞共析鋼：含碳量在亞共析鋼：含碳量在0.02%0.77%之間；之間；過共析鋼：含

13、碳量在過共析鋼：含碳量在0.77%2.11%之間；之間；典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織工業(yè)純鐵的平衡結(jié)晶過程冷卻過程中勻晶反響：冷卻過程中勻晶反響：L相相相相相相相相 相中沿晶界析出片狀相中沿晶界析出片狀Fe3C前往前往共析鋼的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷卻勻晶反響L相中析出相奧氏體A單相固溶體的冷卻相發(fā)生共析反響生成珠光體P共析鋼的結(jié)晶過程分析共析鋼的結(jié)晶過程分析本卷須知本卷須知共析反響生成的珠光體在冷卻過程中，其中的鐵素共析反響生成的珠光體在冷卻過程中，其中的鐵素體產(chǎn)生三次析出，生成體產(chǎn)生三次析出，生成Fe3C，但與共析的，但與共析的Fe3C連連在一同，難以分辨。在一

14、同，難以分辨。共析鋼的室溫平衡組織：共析鋼的室溫平衡組織：P共析鋼的平衡結(jié)晶過程P：鐵素體：鐵素體F和滲碳體的兩相和滲碳體的兩相混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？ 杠桿定律杠桿定律計算二元相圖中計算二元相圖中 平衡形狀下平衡形狀下 兩平衡相的相對質(zhì)兩平衡相的相對質(zhì)量分數(shù)。量分數(shù)。杠桿的支點是兩相合金的成分點，端點分別是兩杠桿的支點是兩相合金的成分點，端點分別是兩個相的成分點。個相的成分點。%5 .11%1000008. 069. 60008. 077. 03CFeM%5 .88%1000008. 069. 677. 069. 6M 相的質(zhì)量分數(shù)相的質(zhì)量分數(shù)Fe3C相的

15、質(zhì)量分數(shù)相的質(zhì)量分數(shù)Fe3CA(0.0008)B(6.69)0.77C亞共析鋼的平衡結(jié)晶過程L相冷卻相冷卻L相相 相相L相相+ 相相 相，并且相，并且L相有剩余相有剩余剩余剩余L相相 相相單相的冷卻單相的冷卻相相 相，但相，但相有剩余相有剩余共析反響：剩余共析反響：剩余相相P+Fe3C，存在先析，存在先析相相亞共析鋼的結(jié)晶過程分析亞共析鋼的結(jié)晶過程分析本卷須知本卷須知先析鐵素體先析鐵素體相在隨后的冷卻過程中會析出相在隨后的冷卻過程中會析出Fe3C，但量很少可忽略，但量很少可忽略亞共析鋼室溫平衡組織：先析鐵素體亞共析鋼室溫平衡組織：先析鐵素體+ +珠光體珠光體P P利用杠桿定律計算先析鐵素體與珠

16、光體的質(zhì)量分數(shù)，計算鐵素體先析利用杠桿定律計算先析鐵素體與珠光體的質(zhì)量分數(shù)，計算鐵素體先析鐵素體鐵素體+P+P光體中的鐵素體與滲碳體的質(zhì)量分數(shù)光體中的鐵素體與滲碳體的質(zhì)量分數(shù)亞共析鋼的平衡結(jié)晶過程計算計算727 下下, 組織組成物的質(zhì)量分數(shù)組織組成物的質(zhì)量分數(shù)%28.77%1000218. 077. 00218. 06 . 0PM%72.22%1000218. 077. 06 . 077. 0M 組織組成物的組織組成物的質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)P組織組成物的組織組成物的質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)P P PA(0.0218)B(0.77)0.6C亞共析鋼的平衡結(jié)晶過程過共析鋼的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷卻L相 相單

17、相固溶體奧氏體的冷卻相中析出二次滲碳體Fe3C共析轉(zhuǎn)變： 相 +Fe3C，存在Fe3C過共析鋼結(jié)晶過程分析過共析鋼結(jié)晶過程分析本卷須知本卷須知從奧氏體中析出的從奧氏體中析出的Fe3C稱為二次滲碳體稱為二次滲碳體Fe3C沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，使資料的整體脆性加大沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，使資料的整體脆性加大過共析鋼室溫平衡組織：珠光體過共析鋼室溫平衡組織：珠光體P+ Fe3C 利用杠桿定律計算珠光體與二次滲碳體的質(zhì)量分數(shù)利用杠桿定律計算珠光體與二次滲碳體的質(zhì)量分數(shù)過共析鋼的平衡結(jié)晶過程共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反響：共晶反響：LLd+Fe3C共晶中的共晶中的相不斷析

18、出相不斷析出Fe3C，不，不可見可見共析反響：共析反響： Ld+Fe3C LdP+Fe3C 本卷須知本卷須知冷卻過程中萊氏體中的奧氏體相析出，冷卻過程中萊氏體中的奧氏體相析出， Fe3C，但其依靠于萊氏體中的，但其依靠于萊氏體中的Fe3C長大，不可見長大，不可見共晶白口鐵室溫組織：變態(tài)萊氏體共晶白口鐵室溫組織：變態(tài)萊氏體Le 珠光體呈粒狀分布在珠光體呈粒狀分布在Fe3C基體上基體上共晶白口鐵的基體相是共晶白口鐵的基體相是Fe3C脆性相，資料整體脆性較大，硬度較高脆性相，資料整體脆性較大，硬度較高 亞共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反響：剩余共晶

19、反響：剩余LLd+Fe3C先共晶先共晶相不斷析出相不斷析出Fe3C，共，共晶晶相析出相析出Fe3C不可見不可見共析反響：共析反響： Ld+Fe3C LdP+Fe3C 先共晶先共晶相相 P勻晶反響：勻晶反響： L 相相室溫組織：室溫組織： LdP+Fe3C + P+ Fe3C亞共晶白口鐵的室溫組織亞共晶白口鐵的室溫組織 低溫萊氏體珠光體二次滲碳體低溫萊氏體珠光體二次滲碳體 LdLdP PFe3C)Fe3C) 基體為低溫萊氏體基體為低溫萊氏體LdLd ，大塊黑色顆，大塊黑色顆 粒為由初晶奧氏體共析轉(zhuǎn)變構(gòu)成的珠粒為由初晶奧氏體共析轉(zhuǎn)變構(gòu)成的珠 光體光體P P ，初晶奧氏體中析出的，初晶奧氏體中析出的

20、Fe3CFe3C 與共晶與共晶Fe3CFe3C連成一體難以分辨。連成一體難以分辨。留意留意室溫組織室溫組織如如 w(C) w(C)3.0%3.0%合金，利用杠桿定律可計算合金，利用杠桿定律可計算: :組織組成物：組織組成物： Ld Ld P PFe3CFe3C6401001123411203459100112340334.%.)()(%.%.)(CELwLdww 從初晶奧氏體中析出的二次滲碳體的數(shù)量為從初晶奧氏體中析出的二次滲碳體的數(shù)量為%.%.)()(max4134597706967701123EwCFew %.%.)(46413459Pw)(CFew3過共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷

21、卻單相液體的冷卻共晶反響：剩余共晶反響：剩余LLe+Fe3C共晶共晶相析出相析出Fe3C不可見不可見共析反響：共析反響： Le+Fe3C LeP+Fe3C 勻晶反響：勻晶反響： L Fe3C相相室溫組織：室溫組織： LeP+Fe3C + Fe3C過共晶白口鐵的室溫組織過共晶白口鐵的室溫組織小結(jié)a+Fe3Ca+P PP+Fe3CP+Fe3C+Ld LdFe3C+Ld鐵鐵素體素體珠光體珠光體滲滲碳碳體體萊萊氏體氏體鋼鐵鋼鐵分界限分界限兩個單相之間是混合相兩個單相之間是混合相四主要組織組成物四主要組織組成物Ld含碳量對平衡組織的影響表示圖含碳量對平衡組織的影響表示圖重要！重要！碳含量變化對碳含量變化

22、對和和Fe3CFe3C分布和形狀的影響：分布和形狀的影響： 碳含量碳含量 w(C)0.0218% w(C)0.0218w(C)0.0218 為延續(xù)分布的塊狀組織為延續(xù)分布的塊狀組織w(C)w(C)接近接近0.77% 0.77% 先共析沿先共析沿晶界呈網(wǎng)狀分布晶界呈網(wǎng)狀分布w(C)w(C)0.770.77 為片層狀的共析鐵素體為片層狀的共析鐵素體w(C)w(C)6.69% 6.69% 已不存在已不存在 碳含量碳含量 Fe3C Fe3Cw(C)0.0218% w(C)0.0218w(C)0.0218 共析轉(zhuǎn)變構(gòu)成層片狀共析共析轉(zhuǎn)變構(gòu)成層片狀共析Fe3C Fe3C w(C)0.77w(C)0.77

23、沿奧氏體晶界析出網(wǎng)狀沿奧氏體晶界析出網(wǎng)狀Fe3CFe3C ES ES線：線：w(C)2.11w(C)2.11 共晶反響構(gòu)成共晶共晶反響構(gòu)成共晶Fe3C Fe3C ，為延續(xù)的基體組織，為延續(xù)的基體組織w(C)w(C)4.3% 4.3% 全部是以共晶全部是以共晶Fe3CFe3C為基體的為基體的LdLd組織組織w(C)4.30w(C)4.30 從液相中直接結(jié)晶出粗大長條狀的從液相中直接結(jié)晶出粗大長條狀的Fe3CFe3C CD CD線：線：CFe3 CFe3 CFeL3硬度主要決議于組織中組成相或組織組成物的硬度和硬度主要決議于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù), 隨碳含量的添加隨碳含量

24、的添加, 由于硬度高的由于硬度高的Fe3C增多增多, 硬度硬度低的低的F減少減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大合金的硬度呈直線關(guān)系增大, 由全部為由全部為F的硬度的硬度約約80 HB增大到全部為增大到全部為Fe3C時的約時的約800 HB。 含碳量對鐵碳合金力學性能的影響n, 亞共析鋼中亞共析鋼中P增多而增多而F減少。減少。P的強度高。組織越細密的強度高。組織越細密, 那么強度值越高。那么強度值越高。F的強的強度較低。所以亞共析鋼的強度隨度較低。所以亞共析鋼的強度隨而增大。而增大。 n共析成分之上共析成分之上, 由于強度很低的由于強度很低的Fe3CII沿晶界出現(xiàn)沿晶界出現(xiàn), 合金強度的增高變慢合金強度的增高變慢, 到約到約0.9%C時時, Fe3CII沿晶界構(gòu)