金屬工藝學—鐵碳相圖講課教案

1、金屬工藝學鐵碳相圖 純鐵的冷卻曲線純鐵的冷卻曲線1394153410006008001200溫度時間16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe二、鐵碳合金的基本相及其性能二、鐵碳合金的基本相及其性能鐵素體（鐵素體（F）：碳溶與碳溶與-Fe中形成中形成的間隙固溶體。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形成的間隙形成的間隙固溶體。高溫組織固溶體。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、扎制時常要鍛

2、造、扎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。奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖滲碳體（滲碳體（ Fe3C ）：鐵與碳形成：鐵與碳形成的金屬化合物。的金屬化合物。在在Fe - Fe3C相圖相圖中，既是組元又中，既是組元又是基本相。是基本相。性能性能-硬度高，硬度高，脆性大。脆性大。滲碳體組織金相圖滲碳體組織金相圖珠光體（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（）和滲碳體（Fe3C）

3、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。FeTFe3C第三節(jié)第三節(jié) 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+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

4、+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 ) Fe - Fe3C 相圖相圖兩種反應：兩種反應：1148 1、共晶反應、共晶反應 一定成分的一定成分的液相液相在一定的溫度下同時在一定的溫度下同時結晶結晶出兩種成出兩種成分和結構均分和結構均不相同不相同的固相的反應。的固相的反應。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反應的產物即萊氏體共晶反應的產物即萊

5、氏體 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2 、共析反應、共析反應 一定成分的一定成分的固相固相在一定的溫度下同時在一定的溫度下同時析出析出兩種成分和兩種成分和結構均結構均不相同不相同的的 新的新的固相固相的反應。的反應。A2.11%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反應的產物即珠光體共析反應的產物即珠光體 PF0.02%c+Fe3C6.69%c 鐵碳合金相圖中主要特性點的含義鐵碳合金相圖中主要特性點的含義 特性點的特性點的符號符號溫度溫度t/ 含碳量含碳量wc%含義含義A AC CD DE EG GP PS SQ Q 15381538 1148 1148 1227

6、 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 室溫室溫0 04.34.36.696.692.112.110 00.020.020.770.770.00080.0008純鐵的熔點純鐵的熔點共晶點共晶點 滲碳體的熔點滲碳體的熔點碳在奧氏體中的最大溶解度碳在奧氏體中的最大溶解度-Te -Te -Te-Te同素異晶轉變點同素異晶轉變點碳在鐵素體中的最大溶解度碳在鐵素體中的最大溶解度共析點共析點碳在鐵素體中的溶解度碳在鐵素體中的溶解度 相圖中主要線的含義相圖中主要線的含義 ACD線線液相線液相線 是不同成分鐵碳合金開始結晶的溫度線。是不同成分鐵碳合金開始結晶的溫度線。

7、AECF線線固相線固相線 各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結晶溫度終止各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結晶溫度終止線。線。 ECF水平線水平線共晶線共晶線 含碳量為含碳量為4.3%的液態(tài)合金冷卻到此線時，在的液態(tài)合金冷卻到此線時，在1148 由液態(tài)合金同時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，此反由液態(tài)合金同時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物，此反應稱為共晶反應。應稱為共晶反應。 PSK水平線水平線共析線共析線（A1線）線） 含碳量為含碳量為0.77%的奧氏體冷卻到此的奧氏體冷卻到此線時，在線時，在727 同時同時析出析出鐵素體和滲碳體的機械混合物，此反應稱鐵素體和滲碳體的機械混合物，此反應稱為共析反

8、應。為共析反應。 GS線線（A3線）線） 是冷卻時奧氏體轉變?yōu)殍F素體的開始線。是冷卻時奧氏體轉變?yōu)殍F素體的開始線。 ES線線稱稱Acm線線 是碳在奧氏體中的溶解度線，實際上是冷卻時由是碳在奧氏體中的溶解度線，實際上是冷卻時由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。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：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：亞共晶白口鑄鐵：含碳量在含碳量在2.11%4.3%2.11%4.3%之間；之間；過共晶白口鑄鐵：過共晶白口鑄鐵：含碳量在含碳量在4.3

9、%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。根據金相據金相 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：亞共析鋼：含碳量在含碳量在0.02%0.77%之間；之間；過共析鋼：過共析鋼：含碳量在含碳量在0.77%2.11%之間；之間；第三節(jié)第三節(jié) 典型鐵碳合金的結晶過程及組織典型鐵碳合金的結晶過程及組織 Fe - Fe3C 相圖相圖 LL+AAA+Fe3CF+AA+Fe3C+Ld

10、P+Fe3C +LdP+Fe3CPP+FLdLdL+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3CL Ld dP+FeP+Fe3 3C C+ +Fe3C轉變 AA奧氏體奧氏體PP珠光體珠光體共析鋼的結晶過程分析共析鋼的結晶過程分析 共析鋼組織金相圖共析鋼組織金相圖FF鐵素體鐵素體亞共析鋼的結晶過程分析亞共析鋼的結晶過程分析亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖過共析鋼結晶過程分析過共析鋼結晶過程分析 過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖共晶生鐵結晶過程分析共晶生鐵結晶過程分析 共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鐵組織金相圖Ld變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體亞共晶生鐵結晶過程分析亞共晶生鐵結晶過程分析 亞共晶白口鐵組織金相

11、圖亞共晶白口鐵組織金相圖過共晶生鐵結晶過程分析過共晶生鐵結晶過程分析 過共晶白口鐵組織金相圖過共晶白口鐵組織金相圖 組織組成物組織組成物:F ; Fe3CF ; P 0.77-0.45F = 100%=43% 0.77-0.02 0.45-0.02P = 100% = 57% 0.77-0.02相組成物相組成物: 6.69-0.45F = 100% = 94% 6.69-0.02P = 1 WF = 57%Fe3C = 1 - WF = 6%0.020.450.776.69第四節(jié)第四節(jié) 含含碳量與鐵碳合金組織及性能的關系碳量與鐵碳合金組織及性能的關系 鐵碳合金含碳量對鐵碳合金含碳量對平衡組織平

12、衡組織的影響。的影響。 鐵碳合金含碳量對鐵碳合金含碳量對力學性能力學性能的影響。的影響。 鐵碳合金含碳量對鐵碳合金含碳量對工藝性能工藝性能的影響。的影響。一、鐵碳合金含碳量對平衡組織的影響一、鐵碳合金含碳量對平衡組織的影響二、鐵碳合金含碳量對平衡組織的影響二、鐵碳合金含碳量對平衡組織的影響三、鐵碳合金含碳量對工藝性能的影響三、鐵碳合金含碳量對工藝性能的影響 對對鑄造性能鑄造性能的影響。的影響。 對對鍛造性能鍛造性能的影響。的影響。 對對焊接性能焊接性能的影響。的影響。 對對切削加工性能切削加工性能的影響。的影響。第五節(jié)第五節(jié) 鐵碳相圖的應用鐵碳相圖的應用1、選用材料、選用材料： 由鐵碳相圖可知

13、，合金中隨著含碳量的不同，其組織各不相由鐵碳相圖可知，合金中隨著含碳量的不同，其組織各不相同，從而導致其力學性能不同。因此，我們就可以根據機器零同，從而導致其力學性能不同。因此，我們就可以根據機器零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。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、叛斷切削加性能： 低碳鋼低碳鋼中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中碳鋼中碳鋼中鐵素中鐵素體含量比例適當，鋼的硬度適當，易于加工。體含量比例適當，鋼的硬度適當，易于加工。3、制定熱加工工藝：、制定熱加工工藝： 在在鑄造鑄造工藝方面，根據相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注工藝方面，根據相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注溫度，含碳量為溫度，含碳量為4.3%的鑄鐵鑄造性最好；在的鑄鐵鑄造性最好；在鍛造鍛造工藝方面，可工藝方面，可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應在奧氏體區(qū)。以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應在奧氏體區(qū)。4