FeFe3C合金相圖專(zhuān)題培訓(xùn)課件

§3.1Fe-Fe3C合金相圖§3.3合金鋼概述§3.2碳鋼本章主要內(nèi)容§3.1Fe-Fe3C合金相圖一、鐵碳合金相圖二、鐵—碳合金中的組織及其性能六、鐵碳相圖的應(yīng)用五、含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系三、Fe-C合金的分類(lèi)四、組織組成物與含碳量關(guān)系一、鐵碳合金相圖1.鐵碳合金的組元2.鐵碳合金中的相

3.鐵碳合金相圖分析Fe2CFeCFe3C6.69%C所研究的Fe-Fe3C相圖的位置FeCC%T一、鐵碳合金相圖1.鐵碳合金的組元⑴Fe鐵是過(guò)渡族元素，熔點(diǎn)為1538℃，密度是7.87g/cm3。⑵Fe3C是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，通常稱(chēng)為滲碳體。含碳量6.69%，硬度很高，強(qiáng)度低，塑性韌性很差。理論熔化溫度1227℃。是介穩(wěn)定化合物，條件適當(dāng)時(shí)，會(huì)分解成單質(zhì)狀態(tài)的石墨C。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6.69%的鐵碳合金脆性很大，沒(méi)有使用價(jià)值,所以有使用意義并被深入研究的只有Fe-Fe3C這一部分。固態(tài)鐵隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱(chēng)為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。該特性是鋼鐵材料通過(guò)熱處理獲得多種組織結(jié)構(gòu)與性能的理論依據(jù)。δ－Feα－Feγ－Fe1394℃912℃bccfccbcc固態(tài)鐵的特性——同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

Wc（%）Feδ2.鐵碳合金中的相

⑴液相L

鐵與碳的液溶體。⑵δ相

是碳在δ—Fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶格，在1394℃以上存在，1495℃時(shí)溶碳量為0.09%。⑶α相

是碳在α—Fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶格。其中碳的固溶度室溫時(shí)約為0.0008%，600℃時(shí)為0.0057%，在727℃時(shí)為0.0218%。其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、塑性好⑷γ相

是碳在γ—Fe中的間隙固溶體，呈面心立方晶格。其中碳的固溶度在1148℃時(shí)為2.11%。其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變形⑸Fe3C相

是一個(gè)金屬化合物（又稱(chēng)滲碳體），根據(jù)其生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，對(duì)鐵碳合金的力學(xué)性能有很大影響。γαγ+Lδ+Lδ+γγ+Fe3Cα+Fe3CL+Fe3Cα+γFe3C6.69L3.鐵碳合金平衡狀態(tài)圖分析包晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變（1）鐵碳相圖中三種基本的轉(zhuǎn)變FeFe3CGNA在1495℃發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變1495℃LB+HγJ在1148℃發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變1148℃LCγE+Fe3C

在727℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)變

727℃γSP+Fe3CSKP727℃LBJH1495℃ECF1148℃D1227℃共析轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，一定成分的固相同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩種成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過(guò)程。共晶轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，一定成分的液相同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩種成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過(guò)程。γβα共析轉(zhuǎn)變：γ

→α+β轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：共析組織Lβα共晶轉(zhuǎn)變：L→α+β轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：共晶組織注意：共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變的區(qū)別以相組成物表示的Fe-Fe3C相圖（2）鐵碳相圖中主要的點(diǎn)、線(xiàn)、區(qū)

含義(P68圖4-3)(1)點(diǎn)(見(jiàn)P69)(2)線(xiàn)

液相線(xiàn)固相線(xiàn)三條水平線(xiàn)三條特征線(xiàn)(3)

區(qū)

4個(gè)單相區(qū)1條垂直線(xiàn)7個(gè)雙相區(qū)

L

L++

L+

L+Fe3C

+Fe3C

+Fe3C

+

以組織組成物表示的Fe-Fe3C相圖(P68圖4-3)以組織組成物和相組成物表示的Fe-Fe3C相圖L+

L+Fe3C

+Fe3C

+

+L

+

L+Fe3C

二、鐵—碳合金中的組織及其性能（P66）（一）奧氏體（A）（二）鐵素體（F）（三）珠光體（P）（四）萊氏體（L'd）（五）滲碳體（Fe3C?、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ）相：面心立方，C處在八面體間隙位置，用符號(hào)γ表示。組織：稱(chēng)為奧氏體，用符號(hào)A表示。含碳量：0~2.11%溫度范圍：727℃~1495℃力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度低；塑性好。鋼材加熱到奧氏體區(qū)后進(jìn)行鍛造和軋制。奧氏體不銹鋼（18－8型不銹鋼）PGQSECJNBDFK2.11727℃1495℃（一）奧氏體（A）——C溶于-Fe形成的固溶體相：體心立方，C處在八面體間隙位置，用符號(hào)表示。組織：稱(chēng)為鐵素體，用符號(hào)F表示。含碳量：0~0.0218%(727℃)0~0.0008%(室溫)溫度范圍：<912℃力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度低；塑性好。（二）鐵素體（F）——C溶于-Fe形成的固溶體工業(yè)純鐵——<0.02%C，冷軋?zhí)岣邚?qiáng)度，得到冷軋板。PGQSECJNBDFK912℃0.02180.0008工業(yè)純鐵室溫組織FF晶界相：+Fe3C兩種相組成組織：珠光體，用符號(hào)P表示含碳量：0.77%(稱(chēng)為共析鋼)溫度范圍：<727℃力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度較高；塑性較好。鋼絲繩（三）珠光體（P）——和Fe3C形成的機(jī)械混合物SP（P+Fe3C）727℃?0.77GPQSECJNBDFK+Fe3C共析鋼室溫組織珠光體（P）P相：+Fe3C兩種相。組織：萊氏體或室溫萊氏體，用符號(hào)L’d表示。含碳量：4.3%(稱(chēng)共晶白口鑄鐵)溫度范圍：<727℃（四）萊氏體（L’d）—P和Fe3C形成的機(jī)械混合物L(fēng)CLd（

E+Fe3C）1148℃?LdGPQSECJNBDFK+Fe3C1148℃727℃4.3L’d室溫組織:L’d(P+Fe3CⅡ+Fe3C）s+Fe3CⅡ

727℃+tP727℃-tL'd[(P+Fe3CⅡ)+Fe3C]共晶白口鑄鐵的室溫組織

L（五）滲碳體Fe3CⅠLFe3CⅡ

Fe3CⅢFe3C共析片狀Fe3C共晶基體

1.C%>4.3%LLFe3CⅠL+Fe3C即Ld

Fe3CⅡ

+Fe3C即P室溫組織:Fe3CⅠ+L'd即Fe3CⅠ+[(P+Fe3CⅡ)+Fe3C]t1t2t3有關(guān)三種滲碳體的結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)單分析共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變

2.2.11%<C%<4.3%t1t2t3LL初L共晶+Fe3C即Ld初Fe3CⅡ初+Fe3C即P共晶Fe3CⅡ室溫組織：P

+Fe3CⅡ+L'd共+Fe3C即P共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變3.0.77%<C<2.11%

t2t3t4t1LL

Fe3CⅡ+Fe3C即P室溫組織:P

+Fe3CⅡ共析轉(zhuǎn)變AF4.0.0008<C<0.0218%t1t2t3

Fe3CⅢ室溫組織:

F+

Fe3CⅢ三、鐵碳合金的分類(lèi)（P69）按其含碳量和在相圖上的位置可分為:亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵——Wc

<

0.02%——0.0218%<

Wc<0.77%

——Wc=0.77%——0.77%<

Wc

<

2.11%——2.11%<

Wc<

4.3%——Wc=4.3%——4.3%<

Wc<6.69%碳鋼白口鑄鐵工業(yè)純鐵鐵碳合金分類(lèi)亞共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵共析鋼共晶白口鐵（一）工業(yè)純鐵——Wc<

0.02%的鐵碳合金組織：F或F+Fe3CⅢ，F(xiàn)e3CⅢ通常沿晶界析出。工業(yè)純鐵室溫組織性能：σb

、HBS↓δ、Ak↑F晶界（二）亞共析鋼（0.0218%<

Wc<0.77%）組織：P＋F組織特征：隨WC%↑，①P%↑，F(xiàn)%↓；

②F形態(tài)由塊狀→斷續(xù)網(wǎng)狀。性能特點(diǎn)：隨WC%↑，P%↑，

σb

、HBS↑，δ、Ak↓15鋼FP45鋼FP65鋼FP鋼中含碳量%＝Vp×0.77%＋VF×0.0008%

在顯微分析中常以P與F的面積數(shù)量比來(lái)估計(jì)亞共析鋼的含碳量。即：C％＝50％P×0.8％C＝0.40％此鋼含碳量約為0.40％，即40鋼。磨制好的金相試樣，在顯微鏡下觀(guān)察其組織發(fā)現(xiàn)：組織中含有50％P和50％F，例如，一種未知鋼號(hào)的碳鋼(退火態(tài))，利用金相法估算此鋼的碳含量?？珊雎怨参鲣撌覝亟M織（三）共析鋼（WC=0.77%）組織：P性能：良好的綜合力學(xué)性能（具有強(qiáng)度較高和一定的塑、韌性）P組織特征：Fe3C片狀分布于F基體上，呈貝殼狀T12鋼退火組織（4%硝酸酒精浸蝕）（四）過(guò)共析鋼（0.77%<WC<2.11%）組織：P+Fe3CⅡ性能特點(diǎn)：硬度高，塑、韌性低組織特征：Fe3CⅡ呈網(wǎng)狀分布于層片狀P周?chē)鶳Fe3CⅡT12鋼退火組織（堿性苦味酸鈉水溶液浸蝕）Fe3CⅡ（黑網(wǎng)）P（五）亞共晶白口鑄鐵（2.11%<Wc<

4.3%）組織：P+Fe3CⅡ+L’d（L’d→P+Fe3CⅡ+Fe3C）性能：硬而脆。

L’dAFe3CⅡP共晶白口鑄鐵的室溫組織（六）共晶白口鑄鐵（Wc=4.3%）室溫組織：低溫萊氏體（L’d

→P+Fe3CⅡ+Fe3C）高溫組織：高溫萊氏體（Ld

→

A+Fe3C）性能：硬而脆

L'd過(guò)共晶白口鑄鐵室溫組織（七）過(guò)共晶白口鑄鐵（4.3%<Wc<6.69%）組織：L’d+Fe3C?（L’d→P+Fe3CⅡ+Fe3C）性能：硬而脆。L’dFe3C?四、組織組成物與含碳量關(guān)系（P77）工業(yè)純鐵Wc

<

0.02F+Fe3CⅢ亞共析鋼0.0218<

Wc<0.77F+P

共析鋼Wc=0.77P過(guò)共析鋼0.77<

Wc

<

2.11P+Fe3CⅡ亞共晶白口鑄鐵2.11<

Wc<

4.3P+Fe3CⅡ+L’d共晶白口鑄鐵Wc=4.3L’d

過(guò)共晶白口鑄鐵4.3<

Wc<6.69

Fe3CⅠ+L’d

類(lèi)別名稱(chēng)含碳量Wc（%）室溫平衡組織15鋼45鋼65鋼T12

Wc↑，則Fe3C↑，且其形態(tài)由點(diǎn)狀→層片狀→網(wǎng)狀→基體

→粗大板片狀，而F↓且其形態(tài)由大塊狀→斷續(xù)網(wǎng)狀→層片狀。L+

ALP+Fe3CⅡ+L'd

+AL+Fe3CⅠ

AF

+LF+AF+Fe3CⅢ

A+Fe3CⅡ

Fe3CⅠ+LdA+Fe3CⅡ+Ld

Fe3CⅠ+L'dP+Fe3CⅡ

F+P

Fe3C

隨著含碳量的變化，鐵碳合金的組織變化順序?yàn)椋篎F＋Fe3CⅢF＋PPP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ＋Ld'Ld'Ld'＋Fe3CⅠLd'P0100Fe3CⅡFe3CⅠ組織組成物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％F0100Fe3C相組成物相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％工業(yè)純鐵碳素鋼白口鑄鐵由圖可知：Wc≤1.0%時(shí)：隨鋼中Wc↑，則其HB、σb↑，δ、ΨAk↓；為保證工業(yè)用鋼應(yīng)具有足夠的σb和一定的δ、Ak，故其碳含量一般都不超過(guò)Wc1.3%~1.4%。HBAkδΨσb1.0五、含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系（P79）

因鋼中出現(xiàn)Fe3CⅡ網(wǎng)而導(dǎo)致鋼的σb↓，但HB↑當(dāng)Wc>1.0%時(shí)：σb↓而HB↑。為什么？1.硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，隨碳含量的增加，合金的硬度呈直線(xiàn)關(guān)系增大。2.強(qiáng)度對(duì)組織形態(tài)很敏感。隨碳含量的增加，亞共析鋼中P增多而F減少。P的強(qiáng)度比較高，所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳含量的增大而增大。到約wc=0.9％時(shí)，F(xiàn)e3CⅡ沿晶界形成完整的網(wǎng)，強(qiáng)度迅速降低。3.隨碳含量的增大，F(xiàn)量不斷減少，合金的塑性、韌性連續(xù)下降。工業(yè)上廣泛使用的鋼含碳量≤1.3％～1.4％。硬度≈80×F%+180×P%(HB)

對(duì)于應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料亞共析鋼，合金的硬度、強(qiáng)度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下估算：或硬度≈80×F%+800×Fe3C%(HB)

強(qiáng)度≈230×F%+770×P%(MPa)延伸率(δ)≈5