工程材料-過(guò)控-2-鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖ppt課件

1、工程資料海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 賈 非Dalian University of Technology第2章 鐵碳合金的構(gòu)造和相圖*. 主 要 內(nèi) 容Fe-Fe3C合金相圖分析 鐵碳合金相圖中的根本相 Fe-Fe3C合金相圖 鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織 共析鋼 亞共析鋼 過(guò)共析鋼鐵碳合金性能與成分、組織的關(guān)系 合金性能與相圖的關(guān)系 Fe-Fe3C合金相圖的運(yùn)用*.鐵碳合金碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)運(yùn)用最廣的合金。含碳量為0.0218% 2.11%的稱(chēng)鋼。含碳量為 2.11% 6.69%的稱(chēng)鑄鐵。 鐵碳合金.鐵和碳可構(gòu)成一系列穩(wěn)定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它們都可以作為純組元對(duì)待。含碳量大于Fe

2、3C成分6.69%時(shí)，合金太脆，已無(wú)適用價(jià)值。實(shí)踐所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖。 鐵碳合金相圖.鐵碳合金相圖中的根本相碳在-Fe中的固溶體稱(chēng) -鐵素體，用 表示。 都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳才干很低,在727時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵類(lèi)似。鐵素體 組元：Fe、 Fe3C 相 鐵素體：碳在-Fe中的固溶體稱(chēng)鐵素體, 用F 或 表示。 鐵碳合金相圖分析. 奧氏體:碳在 -Fe中的固溶體稱(chēng)奧氏體。用A或 表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳才干比鐵素體大，1148時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)那么多面體晶粒，晶界較直

3、。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在 區(qū)進(jìn)展。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體 鐵碳合金相圖中的根本相. 滲碳體：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(b35MPa), 脆性大, 塑性幾乎為零Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨), 該反響對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因此常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的方式存在。 鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體 鐵碳合金相圖中的根本相. 相圖中特征點(diǎn)的溫度和含碳量LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 鐵碳合金相圖. 特征線(xiàn) 液相線(xiàn)ABCD， 固相線(xiàn)AHJ

4、ECFD 三條程度線(xiàn)：HJB：包晶線(xiàn)LB+H J ECF：共晶線(xiàn)LC E+Fe3C共晶產(chǎn)物是 與Fe3C的機(jī)械混合物，稱(chēng)作萊氏體, 用Le表示。為蜂窩狀, 以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體 鐵碳合金相圖.PSK：共析線(xiàn) S FP+ Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 與Fe3C的機(jī)械混合物，稱(chēng)作珠光體，用P表示。L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。 PSK線(xiàn)又稱(chēng)A1線(xiàn) 。珠光體 鐵碳合金相圖. 其它相線(xiàn)GS,GP 固溶體轉(zhuǎn)變線(xiàn), GS又稱(chēng)A3 線(xiàn)。HN,JN 固溶體轉(zhuǎn)變線(xiàn)，ES碳在 -Fe中的固溶線(xiàn)。又稱(chēng)Ac m線(xiàn)。PQ碳

5、在-Fe中的固溶線(xiàn)。 鐵碳合金相圖. 三個(gè)三相區(qū)：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三條程度線(xiàn) 相區(qū) 五個(gè)單相區(qū)： L、Fe3C 七個(gè)兩相區(qū): L+、L+、L+Fe3C、 +、+Fe3C、+ 、+Fe3C 鐵碳合金相圖. 鋼(0.02182.11%C)高溫組織為單相 亞共析鋼 (0.02180.77%C) 共析鋼 (0.77%C) 過(guò)共析鋼 (0.772.11%C)鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類(lèi)： 工業(yè)純鐵(0.0218% C) 組織為單相鐵素體。亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼共晶白口鐵過(guò)共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織. 白口鑄鐵 (

6、2.116.69%C) 鑄造性能好, 硬而脆 亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共晶白口鑄鐵(4.3%C) 過(guò)共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C) 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.工業(yè)純鐵的結(jié)晶過(guò)程 合金液體在1-2點(diǎn) 間轉(zhuǎn)變?yōu)椋?-4點(diǎn)間，5-6點(diǎn)間。到7點(diǎn)，從中析 出Fe3C。NSJBHL+ 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織. 隨溫度下降，F(xiàn)e3C量不斷添加，合金的室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下Fe3C最大量為: 從鐵素體中析出的滲碳體稱(chēng)三次滲碳體，用Fe3C表示。 Fe3C以不延續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織. 共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)椤５?/p>

7、S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變： SP+Fe3C, 全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.珠光體在光鏡下呈指紋狀.變終了時(shí)，珠光體中相的相對(duì)分量百分比為：珠光體中的滲碳體稱(chēng)共析滲碳體。S點(diǎn)以下，共析 中析出Fe3C，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P.珠光體Q 共析鋼的結(jié)晶過(guò)程.室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)分量百分比是多少？Q43219 共析鋼的結(jié)晶過(guò)程. 亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程0.090.53%C亞共析鋼冷卻時(shí)發(fā)生包晶反響.以0.45%C的鋼為例合金在4點(diǎn)以前經(jīng)過(guò)勻晶包晶勻晶反響全部轉(zhuǎn)變?yōu)?。?點(diǎn)，由 中析出 。到5點(diǎn), 成分沿GS線(xiàn)變到S點(diǎn)， 發(fā)生共析反響轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降， 中析出

8、Fe3C，由于與共析Fe3C結(jié)合, 且量少, 忽略不計(jì). 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量:C%=P面積%0.77% (忽略 中含碳量，P面積%=QP)共析溫度下相的相對(duì)分量為： 組織組成物的相對(duì)分量為： S 亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程.室溫下相的相對(duì)分量百分比為：室溫下組織組成物的相對(duì)分量百分比為：S 亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程.亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量添加而添加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織 亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程. 過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 合金在12點(diǎn)轉(zhuǎn)

9、變?yōu)?, 到3點(diǎn), 開(kāi)場(chǎng)析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱(chēng)二次滲碳體, 用Fe3C表示, 其沿晶界呈網(wǎng)狀分布.溫度下降, Fe3C量添加。到4點(diǎn)， 成分沿ES線(xiàn)變化到S點(diǎn)，余下的 轉(zhuǎn)變?yōu)镻。在共析溫度下Fe3C的相對(duì)量？ 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.過(guò)共析鋼室溫組織為P+ Fe3C 。Fe3C量隨含碳量而添加, 含碳量為2.11%時(shí), Fe3C量最大：含1.4%C鋼的組織 過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程.室溫下兩相的相對(duì)分量百分比：室溫下兩組織組成物的相對(duì)分量百分比： 亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程. 共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程 合金冷卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶反響全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體(Le),萊氏體是共晶 與共晶Fe3C的機(jī)械

10、混合物, 呈蜂窩狀.Fe3C 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.共晶轉(zhuǎn)變終了時(shí)，兩相的相對(duì)分量百分比為:C點(diǎn)以下, 成分沿ES線(xiàn)變化，共晶 將析出Fe3C。 Fe3C與共晶Fe3C 結(jié)合，不易分辨。12Fe3C 共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程.溫度降到2點(diǎn), 成分到達(dá)0.77%, 此時(shí), 相的相對(duì)分量: 在2點(diǎn), 共晶 發(fā)生共析反響，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由P與 Fe3C組成的共晶體稱(chēng)低溫萊氏體, 用Le表示. 2 點(diǎn)以下，共晶體中P 的變化同共析鋼。S 共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程.共晶白口鐵室溫組織為L(zhǎng)e (P+ Fe3C), 它保管了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形狀特征。室溫下兩相的相對(duì)分量百分比為： 共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程.

11、亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程合金在12點(diǎn)間析出 。到2點(diǎn)，液相成分變到C點(diǎn),并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。23點(diǎn)間從中析出Fe3C，一次的Fe3C被共晶 烘托出來(lái)。到3點(diǎn)， 轉(zhuǎn)變?yōu)镻。 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3C+Le。室溫下組織組成物相對(duì)分量百分比為 ：ECFD1234N室溫下相的相對(duì)分量百分比? 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程. 過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程12點(diǎn)間從液相中析出Fe3C, 這種滲碳體稱(chēng)一次滲碳體，用 Fe3C表示，呈粗條片狀。到2點(diǎn)，余下的液相成分變到C點(diǎn)并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。 典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織.組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)別主要在+ Fe3C和+Fe3C兩個(gè)相區(qū). +

12、 Fe3C相區(qū)中有四個(gè)組織組成物區(qū)，+Fe3C相區(qū)中有七個(gè)組織組成物區(qū)。 組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注 + Fe3C + Fe3C 典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程.FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ FALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%溫度.合金性能與相圖的關(guān)系含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為： 鋼鐵素體亞共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白 口 鑄 鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼 鐵分 類(lèi)組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體 鐵碳合金性能與成分、組織的關(guān)系.含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量添加， P 量添加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100% P, 。0.9%C，F(xiàn)e3C為晶界延續(xù)網(wǎng)狀，升。2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le,合金太脆. 典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程.鋼鐵選材的成分根據(jù) 要求塑性和韌性較好 型鋼和容器：普通選用低碳鋼含碳量為0.1%0.25% 要求塑性和強(qiáng)度較好: 軸類(lèi)零件：普