課題三 掌握并運用鐵碳合金相圖

1、本項目主要內容本項目主要內容：任務任務1 1 認識鐵碳合金基本組織認識鐵碳合金基本組織任務任務2 2 讀懂鐵碳合金相圖讀懂鐵碳合金相圖任務任務3 3 熟悉鐵碳合金結晶過程及其組織熟悉鐵碳合金結晶過程及其組織任務任務4 4 掌握鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用掌握鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用課題三課題三 掌握并運用鐵碳合金相圖掌握并運用鐵碳合金相圖 學習目標學習目標知識目標：掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能的影知識目標：掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能的影響。響。能力目標：能把鐵碳合金相圖應用于實際生產(chǎn)中。能力目標：能把鐵碳合金相圖應用于實際生產(chǎn)中。純鐵的含碳量純鐵的含碳量WcWc0.021

2、8%0.0218%鐵碳合金是以鐵碳合金是以鐵和碳鐵和碳為主，并含有少量硅、錳、硫、磷元素的合為主，并含有少量硅、錳、硫、磷元素的合金，形成具有一定特性的相和組織。金，形成具有一定特性的相和組織。任務一任務一 認識鐵碳合金基本組織認識鐵碳合金基本組織1. 1. 純鐵的多晶型轉變（同素異構轉變）純鐵的多晶型轉變（同素異構轉變）同素異構轉變：同素異構轉變：固態(tài)下固態(tài)下金金屬晶體結構的改變，從一屬晶體結構的改變，從一種晶體結構轉變到另一種種晶體結構轉變到另一種結構，也稱相變或重結晶。結構，也稱相變或重結晶。每進行一次重結晶，可使每進行一次重結晶，可使晶粒細化一次。晶粒細化一次。 當純鐵由液態(tài)冷卻至當純

3、鐵由液態(tài)冷卻至l583l583（熔點）時，將發(fā)生結晶，結（熔點）時，將發(fā)生結晶，結晶產(chǎn)物是體心立方晶格晶產(chǎn)物是體心立方晶格 FeFe；冷至冷至13941394時將發(fā)生同素異構時將發(fā)生同素異構轉變，變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦霓D變，變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦?FeFe；當冷卻至；當冷卻至912912時又發(fā)生時又發(fā)生同素異構轉變，變?yōu)轶w心立方同素異構轉變，變?yōu)轶w心立方晶格晶格 FeFe，此后不再發(fā)生變，此后不再發(fā)生變化。化。 Fe Fe 、 Fe Fe 、 FeFe是純鐵的三種同素異構體。是純鐵的三種同素異構體。2. 2. 鐵碳合金的基本相鐵碳合金的基本相（1 1）鐵素體鐵素體（F F）：碳溶解在體心立方晶格）：碳

4、溶解在體心立方晶格 FeFe中所形成的間中所形成的間隙固溶體。碳的溶解度在隙固溶體。碳的溶解度在727727達到最大（達到最大（0.02180.0218），室溫），室溫下幾乎為零。下幾乎為零。鐵碳合金基本相有：鐵碳合金基本相有：鐵素體、奧氏體、滲碳體鐵素體、奧氏體、滲碳體鐵素體在鋼中是作為基體，性鐵素體在鋼中是作為基體，性能與能與 FeFe類似，即強度、硬度類似，即強度、硬度很低，而塑性很好。很低，而塑性很好。在顯微鏡下觀察，鐵素體晶粒在顯微鏡下觀察，鐵素體晶粒呈白亮色的多邊形，呈白亮色的多邊形，770770是磁是磁性轉化溫度，在性轉化溫度，在770770以下具有以下具有鐵磁性鐵磁性。 鐵素體

5、的顯微組織鐵素體的顯微組織 鐵素體鐵素體 （2 2）奧氏體（）奧氏體（A A）：奧氏體是碳溶于面心立方晶格）：奧氏體是碳溶于面心立方晶格 FeFe中形中形成的間隙式固溶體，代號為成的間隙式固溶體，代號為A A奧氏體存在于奧氏體存在于72772714951495之間。之間。碳在奧氏體中的最大溶解度為碳在奧氏體中的最大溶解度為2.112.11（11481148）。 奧氏體的顯微組織也呈多邊形，奧氏體的顯微組織也呈多邊形，無鐵磁性。硬度很低（無鐵磁性。硬度很低（170170220 HBS220 HBS），塑性很好（），塑性很好（ 40405050），易發(fā)生塑性變），易發(fā)生塑性變形，適合冷、熱壓力加工

6、。尤其形，適合冷、熱壓力加工。尤其是鍛壓加工都是將鋼鐵材料加熱是鍛壓加工都是將鋼鐵材料加熱到奧氏體。到奧氏體。奧氏體的顯微組織奧氏體的顯微組織 奧氏體奧氏體（3 3）滲碳體（）滲碳體（FeFe3 3C C或或C Cmm）滲碳體的晶胞示意圖滲碳體的晶胞示意圖 滲碳體：含碳量（滲碳體：含碳量（w wc c）為為6.696.69的鐵與碳的金屬化合物，其的鐵與碳的金屬化合物，其化學式為化學式為FeFe3 3C C 。熔點為。熔點為l227l227，不發(fā)生同素異構轉變。滲碳，不發(fā)生同素異構轉變。滲碳體在體在230230以下具有弱鐵磁性，以下具有弱鐵磁性，230230以上則失去鐵磁性。以上則失去鐵磁性。滲

7、碳體在不同的相變條件下，形貌滲碳體在不同的相變條件下，形貌可呈片狀、長條狀、網(wǎng)狀、顆粒狀或可呈片狀、長條狀、網(wǎng)狀、顆粒狀或球狀等。其形貌與分布對鋼的性能影球狀等。其形貌與分布對鋼的性能影響很大。響很大。滲碳體的硬度極高（滲碳體的硬度極高（9509501050HV1050HV），可刻劃玻璃，但極脆，），可刻劃玻璃，但極脆，塑性、韌性幾乎為零。滲碳體在鋼中塑性、韌性幾乎為零。滲碳體在鋼中數(shù)量較少，主要起強化作用數(shù)量較少，主要起強化作用（1 1）珠光體（）珠光體（P P）：鐵素體和滲碳體的混合物，用符號）：鐵素體和滲碳體的混合物，用符號P P表示。表示。 光學顯微鏡觀察組織光學顯微鏡觀察組織 電子顯

8、微鏡觀察組織電子顯微鏡觀察組織 3. 3. 鐵碳合金的基本組織（多相組織）鐵碳合金的基本組織（多相組織）w 基本組織：基本組織：珠光體和萊氏體珠光體和萊氏體。珠光體珠光體w wc c0.770.77，強度，強度(770MPa)(770MPa)較高，硬度（較高，硬度（180180200HBS200HBS）適中，有一定的塑性（）適中，有一定的塑性（20203535）和韌性）和韌性, ,綜綜合力學性能較好。適于壓力加工及切削加工。相圖中珠光體是合力學性能較好。適于壓力加工及切削加工。相圖中珠光體是層片狀的組織。層片狀的組織。（2 2）萊氏體）萊氏體低溫低溫萊氏萊氏體的體的顯微顯微組織組織 萊氏體：分

9、為高溫萊氏體和低溫萊氏體。萊氏體：分為高溫萊氏體和低溫萊氏體。高溫萊氏體：奧氏體（高溫萊氏體：奧氏體（A A）和滲碳體）和滲碳體( (FeFe3 3C)C)的混合物，用符的混合物，用符號號LdLd表示。表示。低溫萊氏體：室溫下的萊氏體，由珠光體低溫萊氏體：室溫下的萊氏體，由珠光體(P)(P)和滲碳體和滲碳體(Fe3C)(Fe3C)組成，用符號組成，用符號LdLd表示。表示。 萊氏體萊氏體w wc4.3c4.3，F(xiàn)eFe3 3C C 相對量也較多（約占相對量也較多（約占6464以上），以上），故萊氏體的性能與滲碳體相似，即硬而脆。故萊氏體的性能與滲碳體相似，即硬而脆。任務二任務二 讀懂鐵碳合金相

10、圖讀懂鐵碳合金相圖 學習目標學習目標知識目標：會識讀鐵碳合金相圖，理解特征點與知識目標：會識讀鐵碳合金相圖，理解特征點與特征線的含義。特征線的含義。能力目標：能熟練運用鐵碳合金相圖于生產(chǎn)實際。能力目標：能熟練運用鐵碳合金相圖于生產(chǎn)實際。學習內容學習內容1. 1. 鐵碳合金的相圖鐵碳合金的相圖2. 2. 簡化的鐵碳合金相圖分析簡化的鐵碳合金相圖分析1. 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖鐵碳合金的相圖是在鐵碳合金的相圖是在緩慢加熱或緩慢冷卻的緩慢加熱或緩慢冷卻的情況下，不同成分的鐵情況下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形，是通溫度變化的圖形，是通過實驗測出來的。鐵和過實驗

11、測出來的。鐵和碳是組成合金的組元，碳是組成合金的組元，對于含碳量大于對于含碳量大于6.696.69的合金脆性大，沒有的合金脆性大，沒有使用價值。目前使用的使用價值。目前使用的是含碳量為是含碳量為0 06.696.69的簡化圖，即的簡化圖，即FeFeFeFe3 3C C相圖。相圖。Fe和和CL相：液態(tài)下無限互溶、成分均勻相：液態(tài)下無限互溶、成分均勻固溶體相：固溶體相：C溶于溶于Fe中形成中形成 F、A等等金屬化合物相：金屬化合物相：Fe與與C化合形成化合形成Fe3C鐵碳合金中的組元：鐵碳合金中的組元：Fe、C鐵碳合金中的相：液相鐵碳合金中的相：液相L、 、和和 固溶體、固溶體、 Fe3C金屬化合

12、物金屬化合物在鐵碳合金中碳既可溶入在鐵碳合金中碳既可溶入 Fe Fe、-Fe -Fe ，也可以溶入，也可以溶入-Fe Fe ，形成不同的固溶體。，形成不同的固溶體。2. 2. 簡化鐵碳合金相圖分析簡化鐵碳合金相圖分析FeFeFeFe3 3C C相圖相圖為二元合金的相圖，為二元合金的相圖，橫坐標為成分，縱橫坐標為成分，縱坐標為溫度。特征坐標為溫度。特征線將相圖分成八個線將相圖分成八個區(qū)。每個區(qū)中的點區(qū)。每個區(qū)中的點都表明一定成分合都表明一定成分合金在一定溫度下所金在一定溫度下所處的相或組織狀態(tài)，處的相或組織狀態(tài)，這個點稱為像點，這個點稱為像點，即即狀態(tài)點狀態(tài)點。2. 2. 簡化鐵碳合金相圖分析簡

13、化鐵碳合金相圖分析（1 1）相圖中的兩個）相圖中的兩個恒溫轉變恒溫轉變共晶共晶轉變和共析轉變轉變和共析轉變1 1）共晶轉變共晶轉變：一定：一定成分的一個成分的一個液相液相在在一定溫度下同時生一定溫度下同時生成成兩個固相兩個固相，圖中圖中的共晶轉變是在的共晶轉變是在11481148時，時，L L4.34.3c c A A2.112.11C CFeFe3 3C C6.696.69C C2. 2. 簡化鐵碳合金相圖分析簡化鐵碳合金相圖分析2 2）共析轉變共析轉變：一：一定成分的一個定成分的一個固固相相在一定溫度下在一定溫度下同時生成同時生成兩個固兩個固相相，圖中發(fā)生的，圖中發(fā)生的共析轉變是在共析轉變

14、是在727727A A0.770.77C C F F0.02180.0218c c FeFe3 3C C6.696.69C C（2 2）相圖相圖中的中的特征特征點點（3 3）相圖相圖中的中的特征特征線線（3 3）相圖相圖中的中的特征特征線線4. 4. 鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類白口鑄鐵白口鑄鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵Wc0.0218%組織：鐵素體和少量三次滲碳體組織：鐵素體和少量三次滲碳體鋼鋼亞共析鋼（亞共析鋼（0.0218Wc0.77%） 共析鋼（共析鋼（Wc0.77%）過共析鋼（過共析鋼（ 0.77%Wc2.11)組織：組織：F+P組織：組織：P+FeFe3 3C C組織：組織：P亞共晶白口鑄鐵

15、亞共晶白口鑄鐵 (2.11% Wc4.34.3) 組織：組織：PFeFe3 3C CLd共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 (Wc4.3%) 組織：組織： Ld過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.3% Wc6.69） 組織：組織： Ld +FeFe3 3C C0.02180.0218%WcWc2.112.112.11%2.11%WcWc6.696.69 學習目標學習目標知識目標：掌握典型鐵碳合金結晶過程及其組織知識目標：掌握典型鐵碳合金結晶過程及其組織。能力目標：能把鐵碳合金結晶過程應用于生產(chǎn)實踐能力目標：能把鐵碳合金結晶過程應用于生產(chǎn)實踐。學習內容學習內容1. 1. 共析鋼（共析鋼（WcWc0.77%

16、 0.77% 號合金）的結晶過程分析號合金）的結晶過程分析2. 2. 亞共析鋼（亞共析鋼（WcWc0.45%0.45%，號合金）的結晶過程分析號合金）的結晶過程分析3. 3. 過共析鋼（過共析鋼（WcWc1.2%1.2%，號合金）的結晶過程分析號合金）的結晶過程分析4. 4. 共晶白口鐵（共晶白口鐵（WcWc4.34.3，號合金）結晶過程分析號合金）結晶過程分析5. 5. 亞共晶白口鑄鐵（亞共晶白口鑄鐵（WcWc3.03.0，號合金）的結晶過程分析號合金）的結晶過程分析6 6過共晶白口鑄鐵（過共晶白口鑄鐵（WcWc5.05.0，號合金）的結晶過程分析號合金）的結晶過程分析任務三任務三 熟悉鐵碳

17、合金結晶過程及其組織熟悉鐵碳合金結晶過程及其組織I I號合金（號合金（0.770.77C C）從液態(tài)冷卻至室溫，冷卻過程中的相變）從液態(tài)冷卻至室溫，冷卻過程中的相變過程及組織變化：過程及組織變化：L LL LA A A+FA A A+FFeFe3 3C FC FFeFe3 3C C。1. 1. 共析鋼共析鋼（WcWc0.77%0.77%，號合金）的冷卻過程分析號合金）的冷卻過程分析白條（較寬白條（較寬）為鐵素體為鐵素體，黑色條，黑色條狀為滲碳體，狀為滲碳體，片層相互平行的區(qū)片層相互平行的區(qū)域稱為一個珠光體團域稱為一個珠光體團。2. 2. 亞共析鋼亞共析鋼（WcWc0.45%0.45%，號合金）

18、的冷卻過程分析號合金）的冷卻過程分析黑色是珠光體，白色黑色是珠光體，白色塊狀組織是鐵素體，由塊狀組織是鐵素體，由于放大倍數(shù)太低，珠光于放大倍數(shù)太低，珠光體中鐵素體和滲碳體的體中鐵素體和滲碳體的片層未能區(qū)分開片層未能區(qū)分開。3. 3. 過共析鋼過共析鋼（WcWc1.2%1.2%，號合金）的冷卻過程分析號合金）的冷卻過程分析黑色是珠光體黑色是珠光體，白色白色網(wǎng)狀組織是二次網(wǎng)狀組織是二次滲碳體滲碳體。4.4.共晶白口鐵共晶白口鐵（4.34.3C C）冷卻過程分析）冷卻過程分析 號合金即共晶白口鑄鐵號合金即共晶白口鑄鐵（ WcWc4.34.3）結晶中的相變過程）結晶中的相變過程 概括為概括為5.5.亞

19、共晶白口鐵亞共晶白口鐵（3.03.0C C）的冷卻過程分析）的冷卻過程分析 號合金（號合金（3 3o oc c）的相變過程）的相變過程 概括為概括為6. 6. 過共晶白口鐵過共晶白口鐵（5.05.0c c）的冷卻過程分析）的冷卻過程分析 號合金冷卻過程的相轉變過程號合金冷卻過程的相轉變過程 概括為概括為任務四任務四 掌握鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用掌握鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用 學習目標學習目標知識目標：掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能知識目標：掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能的影響的影響。能力目標：能把鐵碳合金相圖應用于實際生產(chǎn)中能力目標：能把鐵碳合金相圖應用于實際生產(chǎn)中。學習內容

20、學習內容1 1掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能的影響掌握鐵碳合金含碳量對平衡組織及性能的影響2. 2. 了解鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用了解鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響鐵碳相圖鐵碳相圖顯示顯示：不同含碳量的鐵碳合金，具有不同的室溫組織，不同含碳量的鐵碳合金，具有不同的室溫組織，但任何成分的鐵碳合金在室溫下的組織均由鐵素體和滲碳體兩但任何成分的鐵碳合金在室溫下的組織均由鐵素體和滲碳體兩相組成。只是隨含碳量的增加，鐵素體量相對減少相組成。只是隨含碳量的增加，鐵素體量相對減少，而而滲碳體滲碳體量相對增多，滲碳體的形狀和分布也發(fā)生變化量

21、相對增多，滲碳體的形狀和分布也發(fā)生變化，從從而形成不同而形成不同的組織的組織。室溫時，隨含碳量的增加，鐵碳合金的組織變化如下室溫時，隨含碳量的增加，鐵碳合金的組織變化如下： 含碳量對力學性能的影響含碳量對力學性能的影響（1 1）含碳量增加，硬度增）含碳量增加，硬度增加加（2 2）含碳量增加，塑性韌）含碳量增加，塑性韌性降低性降低（3 3）含碳量增加，強度）含碳量增加，強度先增后降（先增后降（0.9%0.9%最高）最高）鐵素體鐵素體(F)(F)：軟而韌：軟而韌滲碳體滲碳體(Fe(Fe3 3C):C):硬而脆硬而脆 2. 2. 了解鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用了解鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應用

22、切削性能切削性能: : 中碳鋼中碳鋼最合適最合適 碳合金相圖能表明材料的組織與成分、溫度之間的關系，它碳合金相圖能表明材料的組織與成分、溫度之間的關系，它在選材、鑄造、鍛造、焊接和熱處理等方面都得到廣泛的應用在選材、鑄造、鍛造、焊接和熱處理等方面都得到廣泛的應用 鑄造性能（鑄造性能（ 共晶合金好共晶合金好 ） 根據(jù)根據(jù)FeFeFeFe3 3C C相圖確定澆注溫度在液相線以上相圖確定澆注溫度在液相線以上5050100100較好。較好。共晶成分的合金熔點最低，結晶溫度范圍最小，流動性好、縮孔共晶成分的合金熔點最低，結晶溫度范圍最小，流動性好、縮孔少、偏析小，鑄造性能最好常用鑄鋼的含碳量規(guī)定在少、偏

23、析小，鑄造性能最好常用鑄鋼的含碳量規(guī)定在WcWc0.150.150.60.6范圍范圍之間，之間，結晶溫度范圍較小結晶溫度范圍較小，鑄造性能較好。，鑄造性能較好。 可鍛性能可鍛性能（低碳鋼好）（低碳鋼好）碳鋼在室溫時是由鐵素體和滲碳體組成的復相組織，塑性較碳鋼在室溫時是由鐵素體和滲碳體組成的復相組織，塑性較差，變形困難，將其加熱到單相奧氏體狀態(tài)時，可獲得良好的差，變形困難，將其加熱到單相奧氏體狀態(tài)時，可獲得良好的塑性，易于鍛造成形。含碳量越低鍛造性能越好塑性，易于鍛造成形。含碳量越低鍛造性能越好， 鍛件應優(yōu)先鍛件應優(yōu)先選用選用低碳鋼低碳鋼或中碳鋼或中碳鋼。白口鑄鐵無論是低溫還是高溫，組織有白口鑄鐵無論是低溫還是高溫，組織有大量硬而脆的滲碳體，不能鍛造大量硬而脆的滲碳體，不能鍛造。 焊接性能焊接性能（低