鐵碳合金相圖知識(shí)匯總

關(guān)于鐵碳合金相圖知識(shí)匯總第1頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三[重點(diǎn)掌握]1、鐵碳合金的基本組織和性能特點(diǎn)；2、根據(jù)鐵碳相圖，分析典型成份的結(jié)晶過程；3、成份、組織與性能之間的關(guān)系。

第2頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三鐵碳相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對于鋼鐵材料的應(yīng)用、熱加工及熱處理工藝的制定都具有重要的指導(dǎo)意義。

鐵和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等,有實(shí)用意義并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，F(xiàn)e-Fe3C相圖中的組元只有Fe和Fe3C。第3頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)鐵碳合金基本相一、鐵素體1．δ相高溫鐵素體：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。2．α相鐵素體（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。F強(qiáng)度、硬度低、塑性好（室溫：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奧氏體（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）強(qiáng)度低，易塑性變形三、滲碳體Fe3C相，由Fe與C組成一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物,滲碳體的熔點(diǎn)高，性能：硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。按不同生成條件形狀有：條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài),對鐵碳合金的機(jī)械性能有很大影響。第4頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)Fe-Fe3C相圖分析第5頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三一、相圖中的點(diǎn)、線、面：三條水平線和三個(gè)重要點(diǎn)（1）包晶轉(zhuǎn)變線HJB，J為包晶點(diǎn)。1495攝氏度，C%=0.09-0.53%L+δ→

A

第6頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（2）共晶轉(zhuǎn)變線ECF,C點(diǎn)為共晶點(diǎn)。在1148℃,C點(diǎn)成分的L發(fā)生共晶反應(yīng)：L→

A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶滲碳體）。共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的共晶混和物,稱萊氏體,以符號(hào)Le表示。第7頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（3）共析轉(zhuǎn)變線PSK，S點(diǎn)為共析點(diǎn)。在727℃,S點(diǎn)成分的A發(fā)生共析反應(yīng)：A→

F+Fe3C（0.0218%C）（6.69%C共析滲碳體）共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物,稱珠光體,以符號(hào)P表示。第8頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三珠光體的強(qiáng)度較高,塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間,其機(jī)械性能如下：抗拉強(qiáng)度極限σb

≈770MPa沖擊韌性ak≈3×105J/m2～4×105J/m2延伸率δ≈20%～35%硬度：180HB第9頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2．液固相線液相線ABCD固相線AECF第10頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三二、Fe-C合金平衡結(jié)晶過程7種典型Fe-C合金的平衡結(jié)晶過程：（看動(dòng)畫：Fe-C合金平衡結(jié)晶過程3種）1.工業(yè)純鐵2.共析鋼3.亞共析鋼4.過共析鋼5.共晶白口鐵6.亞共晶白口鑄鐵7.過共晶白口鑄鐵第11頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三1．工業(yè)純鐵（C%≤0.0218%）

鐵熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)為1538℃,相對密度是7.87g/cm3。純鐵從液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)后,繼續(xù)冷卻到1394℃及912℃時(shí),先后發(fā)生兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

第12頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三1．工業(yè)純鐵（C%≤0.0218%）L→

L+A→

A→

A+F→

F→

F+Fe3CIII相組成物：F+Fe3C(C%>0.0008%)或F（C%<0.0008%）相相對量：F%=Fe3C%=組織組成物：F和Fe3CIII第13頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三工業(yè)純鐵的機(jī)械性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。主要機(jī)械性能如下：抗拉強(qiáng)度極限σb

180MPa～230MPa抗拉屈服極限σ0.2100MPa～170MPa

延伸率δ30%～50%

斷面收縮率ψ70%～80%沖擊韌性ak

1.6×106J/m2～2×106J/m2

硬度50HB～80HB第14頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2．共析鋼

C%=0.77%

第15頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2．共析鋼

C%=0.77%

相組成物：F和Fe3C相相對量：F%=Fe3C%=組織組成物：P第16頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三3．亞共析鋼0.0218%＜C%＜0.77%

第17頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三L→

L+A→

A→

A+F→

A+P+F→

P+F

3．亞共析鋼0.0218%＜C%＜0.77%

第18頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：F%=Fe3C%=組織組成物：F、PP%=F%=3．亞共析鋼0.0218%＜C%＜0.77%

第19頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三4．過共析鋼

第20頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三L→

L+A→

A→

A+Fe3CII→

A+P+Fe3CII→

P+Fe3CII

4．過共析鋼

第21頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三相組成物：F%=Fe3C%=組織相對量：Fe3CII%=P%=4．過共析鋼

第22頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三5．共晶白口鐵（C%=4.3%）

L→L+Le→

Le(A+Fe3C共晶)→

Le(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→

Le’(P+Fe3CII+Fe3C)第23頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三6．亞共晶白口鑄鐵，2.11%＜C%＜4.3%

相組成物：F%=Fe3C%=組織組成物：P，Le’，F(xiàn)e3CII第24頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三7．過共晶白口鑄鐵

相組成物：F%=Fe3C%=組織組成物：Le’%=Lc%=

Fe3C%=第25頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三小結(jié)：標(biāo)注組織的鐵碳相圖

第26頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)、Fe-C合金的成分-組織-性能關(guān)系

含碳量——鐵碳合金在室溫下的組織都由F和Fe3C兩相組成,兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由杠桿定律確定。隨C%↑→F%↓，F(xiàn)e3C%↑第27頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三含碳量——性能HB：取決于相及相對量強(qiáng)度：C%↑→σ↑，而C%?0.9%↑→σ↓塑性、韌性：C%↑→塑性↓、韌性↓

第三節(jié)、Fe-C合金的成分-組織-性能關(guān)系

第28頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用

Fe-Fe3C相圖在生產(chǎn)中具有巨大的實(shí)際意義,主要應(yīng)用在鋼鐵材料的選用和加工工藝的制訂兩個(gè)方面。建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料,選用碳含量較低的鋼材。第29頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三相圖的應(yīng)用機(jī)械零件需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料,應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼。第30頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三工具要用硬度高和耐磨性好的材料,則選碳含量高的鋼鐘。相圖的應(yīng)用第31頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三相圖的應(yīng)用純鐵的強(qiáng)度低,不宜用做結(jié)構(gòu)材料,但由于其導(dǎo)磁率高,矯頑力低,可作軟磁材料使用,例如做電磁鐵的鐵芯等。

白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等。

第32頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三相圖的應(yīng)用——鑄造工藝方面的應(yīng)用

根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上50℃～100℃。純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好,它們的凝固溫度區(qū)間最小,因而流動(dòng)性好,分散縮孔少,可以獲得致密的鑄件,所以選在共晶成分附近。在鑄鋼生產(chǎn)中,碳含量規(guī)定在0.15-0.6%之間,因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)鋼的結(jié)晶溫度區(qū)間較小,鑄造性能較好。第33頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三相圖的應(yīng)用——熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用

鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度較低,塑性較好,因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)進(jìn)行。一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以下100℃～200℃范圍內(nèi)。一般始鍛溫度為1150℃～1250℃,終鍛溫度為750℃～850℃。第34頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加熱溫度都是依據(jù)Fe-Fe3C相圖確定的。因此有重要的意義。相圖的應(yīng)用——在熱處理工藝方面的應(yīng)用第35頁，講稿共37頁，20