活動二 鐵碳合金

活動二鐵碳合金相圖1.鐵碳合金的組元和相2.鐵碳合金相圖分析3.典型鐵碳合金結晶過程及其組織

5.鐵碳相圖的應用及局限鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關系的理論基礎，是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)。4.含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響一、金屬的晶體結構

1.晶體概念

晶體結構的基本概念和類型

晶體

固態(tài)物質

非晶體組成晶體的原子或離子、分子呈規(guī)則、周期性重復排列的固體；例如：水晶、天然水晶石

組成非晶體的原子或離子、分子呈無規(guī)則排列的固體。例如：松香、石蠟和玻璃｛一、金屬的晶體結構

1.晶體概念

晶體結構的基本概念和類型一、金屬的晶體結構

1.晶體概念

晶體結構的基本概念和類型

(1)晶格（點陣）為了便于研究晶體中原子排列的情況，通常用一個小鋼球代替一個原子，并把不停振動的原子當作在它平衡位置上靜止不動，這樣金屬晶體結構就可用許多小鋼球互相緊密接觸的堆砌模型來表示（剛球模型）。一、金屬的晶體結構1.晶體概念

(2)晶胞晶胞是晶格中能代表原子排列的最小幾何單元體，它是一個簡單的多面體結構。..\VIDEO\晶胞.AVI第一章工程材料類型及金屬的晶體結構

1.2晶體概念

1.2.2晶體結構的基本概念和類型

5.常見的金屬晶格類型

工業(yè)上使用的金屬雖然有幾十種，但除少數(shù)金屬具有復雜的晶體結構外，大多數(shù)金屬均具有比較簡單的晶體結構。最常見的晶體結構只有三種，即

體心立方（bcc）面心立方(fcc)

密排六方(hcp)

前兩種屬于立方晶系，后一種屬于六方晶系。一、金屬的晶體結構

常見的金屬晶格類型（一）體心立方結構

(b)(c)圖1－2體心立方晶胞（a）鋼球模型（b）質點模型（c）晶胞原子數(shù)一、金屬的晶體結構

（二）面心立方結構面心立方晶胞除了晶胞的8個角上各有一個原子外，在每個立方體面的中心還有一個原子，故稱面心立方結構。一、金屬的晶體結構

（三）密排六方結構

(Mg、Zn、-Co)二、鐵碳合金的組元和相1、組元：Fe、Fe3C2、相⑴鐵素體：碳在α-Fe中的固溶體稱鐵素體，用F

或

表示。碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，在727℃時最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體⑵奧氏體:碳在-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時最大為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，鋼材熱加工都在區(qū)進行。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體⑶滲碳體：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。

Fe3C硬度高、脆性大，塑性幾乎為零。

Fe3C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨），該反應對鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

三、鐵碳合金相圖的分析1、特征點?????LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

2、特征線⑴液相線—ABCD，固相線—AHJECFD⑵三條水平線：

HJB：包晶線LB+δH?

J

ECF：共晶線LC?

E+Fe3C

共晶產(chǎn)物是

與Fe3C的機械混合物，稱作萊氏體，用Le表示。為蜂窩狀，以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體

PSK：共析線

A

S

?FP+Fe3C

共析轉變的產(chǎn)物是

與Fe3C的機械混合物，稱作珠光體，用P表示。其組織特點是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相之間。PSK線又稱A1線。珠光體L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C（3）其它相線GS-----奧氏體與鐵素體的相互轉變線，GS又稱A3

線GP-----奧氏體轉變?yōu)殍F素體的終了線ES—碳在奧氏體中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在α-Fe中的溶解度曲線。3、相區(qū)⑴五個單相區(qū)：L、、、、Fe3C⑵七個兩相區(qū)：L+

、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C⑶三個三相區(qū)：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三條水平線

四、典型合金的平衡結晶過程鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：⑴工業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單相鐵素體。⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相，易于變形，①亞共析鋼(0.0218~0.77%C)②共析鋼(0.77%C)③過共析鋼(0.77~2.11%C)五、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1、含碳量對室溫平衡組織的影響根據(jù)杠桿定律的計算結果，可求出含碳量與緩冷后的相及組織組成物之間的定量關系：隨含碳量增加，組織中Fe3C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在

基體內(P中Fe3C)變?yōu)榉植荚贏晶界上(Fe3CⅡ)，最后形成萊氏體時，F(xiàn)e3C已作為基體出現(xiàn)。

2、含碳量對力學性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時，組織為100%P，含碳量對力學性能的影響

鋼的性能即P的性能。＞0.9%C,Fe3CⅡ為

晶界連續(xù)網(wǎng)狀,強度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C,組織中有以Fe3C為基的Le’，合金太脆。3、含碳量對工藝性能的影響⑴切削性能：中碳鋼比較合適。⑵可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。⑶鑄造性能：共晶成分附近的合金鑄造性能好。⑷焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。⑸熱處理性能：第六章介紹。焊縫組織鑄造六、鐵碳合金平衡相圖的應用（1）1、選材的依據(jù)2、選擇鑄造合金成分和澆注溫度的依據(jù)3、確定鋼的鍛造溫度的依據(jù)4、研究焊縫區(qū)及近縫區(qū)組織和性能變化的理論依據(jù)5、確定各種熱處理工藝的依據(jù)：根據(jù)對工件材料性能要求的不同，各種不同熱處理方法的加熱溫度都是參考Fe-Fe3C相圖選定的。

六、鐵碳合金平衡相圖的應用（2）

1在選材上的應用低碳鋼：塑性、韌性好，用于沖壓件、焊接件、抗沖擊件。中碳鋼:綜合力學性能較好，用于軸、齒輪等。高碳鋼：強度、硬度、耐磨性好，用于各種工模具。白口鐵：性硬而脆，但鑄造性能好，用于不受沖擊的鑄件。

2在鑄造工藝上的應用根據(jù)Fe-Fe3C相圖的液相線可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點，從而確定合適的熔化、澆注溫度(液相線以上50~100℃)。還可以看到鋼的熔化與澆注溫度都要比鑄鐵高，如下圖所示。此外，靠近共晶成分的鐵碳合金不僅熔點低，而且凝固溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。這類合金適宜于鑄造，在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛的應用。六、鐵碳合金平衡相圖的應用（3）

Fe-Fe3C相圖與鑄、鍛工藝的