工程材料第三章鐵碳相圖專題講解

工程材料第三章鐵碳相圖專題講解第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日討論題1畫出鐵碳相圖，標(biāo)明C、S、P、E、F點(diǎn)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及ECF、PSK線的溫度，標(biāo)明各相區(qū)。畫出純鐵的冷卻曲線，并說明它的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。說明鐵碳合金中各相的本質(zhì)，指出α-Fe與α相，γ-Fe與γ相的區(qū)別。寫出相圖中C、S兩點(diǎn)進(jìn)行相變的反應(yīng)式，指出各是什么反應(yīng)，說明其相變特點(diǎn)；說明ECF、PSK、ES、GS各線的意義。什么是相？什么是組織？什么是組織組成物？相和組織有什么關(guān)系？下面所列哪些是相？哪些是組織？哪些是組織組成物：F、P、Ld、A、F+P、Fe3CⅡ、Ld’+

Fe3CⅠ、Fe3C第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日(1)奧氏體A(γ)

碳溶于γ-Fe中形成的固溶體，面心

立方，強(qiáng)度低,塑性好。

(2)鐵素體F()碳溶于

－Fe中形成的固溶體，體心

立方，強(qiáng)度、硬度低,塑性、韌性好。

(3)滲碳體Fe3C(Cm)

金屬化合物。成分固定,為6.69%C。

性質(zhì)硬而脆。是鐵碳合金的強(qiáng)化相。3.2鐵碳相圖3.2.1鐵碳合金的基本相第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日滲碳體Fe3C(Cm)是鐵碳合金中最重要的強(qiáng)化相，它的數(shù)量、分布、形態(tài)等都對材料的機(jī)械性能有很大影響。根據(jù)生成條件不同可分為：Fe3CⅠ：直接從液體中結(jié)晶出來的，條、塊狀；Fe3CⅡ：從奧氏體中析出的，易聚集在晶界上；Fe3CⅢ：從鐵素體中析出的，粒狀，量少；共晶Fe3C：共晶反應(yīng)產(chǎn)物，作為基體；共析Fe3C：共析反應(yīng)產(chǎn)物，呈片狀；第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日

3.2.1鐵碳合金的基本組織（基本的機(jī)械混合物、基本相組成方式）萊氏體：共晶產(chǎn)物，1148℃進(jìn)行，

L→(γ+Cm)（Ld）

珠光體：共析產(chǎn)物，727℃進(jìn)行，

γ→(+Cm)（P）第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相圖分析(點(diǎn)、線、區(qū)，組成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奧+鐵鐵素體+滲碳體液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日鐵碳合金分類工業(yè)純鐵------------------<0.0218%C鑄鐵過共晶鑄鐵----4.3~6.69%C亞共晶鑄鐵-------2.11~4.3%C共晶鑄鐵----------4.3%C共析鋼-------------0.77%C過共析鋼----------0.77~2.11%C亞共析鋼----------0.0218~0.77%C鋼第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相圖分析（共晶部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)í?3-7Fe-Fe3Co??e?àí?SPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm

共晶:L(A+Fe3C) Ld第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相圖分析（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)Fe-Fe3CSPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm共析:A(F+Fe3C) PLdL’d第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相圖分析（各組成相的組織形態(tài)）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1Acm第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.2.3典型合金結(jié)晶過程

1.共析鋼的結(jié)晶過程(含碳0.77%珠光體)

珠光體：由鐵素體和滲碳體組成的片層狀共析體。其中鐵素體約占80%，滲碳體約占12%。í?3-7Fe-Fe3Co??e?àí?P0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA2-33ò???1ò?é?LA1-2L1231233第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.亞共析鋼的結(jié)晶過程

含碳量為0.02%～0.77%。鐵素體+珠光體組織。FP4ò???0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA2-3AF3-4A1-2LL12341234第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.過共析鋼的結(jié)晶過程

含碳在0.77%～2.1%之間的鐵碳合金。珠光體+滲碳體。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA3-41ò?é?LA1-2LA2-3LP4ò???Fe3CFe3C12341234第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmAA1-2L1ò?é?LPA第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmAA1-2L1ò?é?LPA第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmLLd’Ld12122’1’4.共晶白口鐵的結(jié)晶過程第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日5.亞共晶(白口)鑄鐵的結(jié)晶過程

含碳量為2.1%～4.3%之間的鐵碳合金。

室溫組織為P+Fe3CⅡ+Ld‘。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體A3A1AcmA2-3Ld3ò???Ld’PA1-2L1ò?é?L123123第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.3.1判斷合金的組織

根據(jù)相圖可以判斷在溫度緩慢變化條件下，任一成分的合金在某個溫度時的組織是由哪些相組成的，各相的化學(xué)成分以及各相所占的比例。3.3相圖的應(yīng)用第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日鐵碳合金室溫組織比例圖100%FFe3CFe3C￠òPLd’00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光體奧+鐵鐵+珠滲碳體II+珠光體奧氏體+

滲碳體II液體+奧氏體液體+滲碳體液體奧氏體+滲碳體II+萊氏體滲碳體+萊氏體滲碳體+低溫萊氏體珠光體+滲碳體II+低溫萊氏體萊氏體低溫萊氏體G(913℃)727℃1148℃C%鐵素體A(1538℃)SPECKFD奧氏體d液+d奧+d液體液+奧ABNJ奧氏體A3A1Acm第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.單相固溶體

固溶體的強(qiáng)度、硬度高于純金屬，固溶度越高，強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性一般隨固溶度增加而下降。

B%ABAsbHBsbHBB%AB3.3.2根據(jù)相圖分析機(jī)械性能溶劑晶格畸變亦使其電阻增大，所以，高電阻合金都是固溶體合金。單相固溶體在電解質(zhì)中不會象多相固溶體那樣構(gòu)成微電池，故單相固溶體合金的耐蝕性較高。第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日B%ABsbHBB%AB3．必須指出，雙相合金，特別是含共析體和共晶體的合金的機(jī)械性能，與其組織的細(xì)密程度有關(guān)。組織細(xì)密、強(qiáng)度、硬度升高。2.兩相混合物

當(dāng)合金為兩相混合物時(如P、P+F等)。合金的性能大致為兩相的體積加權(quán)平均值。

=1V1+2V2

HB=HB1V1+HB2V2第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.碳鋼的機(jī)械性能

400MPa800MPa1200MPaHB(100HB)(200HB)(300HB)00.40.81.2akdysbsbHB60%14J/cm2d,y40%12J/cm220%8J/cm2akC%鐵素體珠光體滲碳體第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.相圖與材料工藝性的關(guān)系

(1)鑄造工藝性

有較好的流動性，產(chǎn)生分散縮孔(縮松)的傾向小。

共晶或近共晶合金í?3-23×′ì?í?ó??y?ìD??ü1??μ集中縮孔分散縮孔縮孔傾向流動性3.3.3相圖與加工工藝之間的關(guān)系第二十三