鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析課件

第四節(jié)鐵碳合金相圖1、鐵碳合金的基本相與性能2、鐵碳合金相圖與結(jié)晶過程3、含碳量對鐵碳合金組織性能的影響4、鐵碳合金相圖的應(yīng)用鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的金屬材料。含碳量為0.0218%~2.11%的稱鋼。含碳量為2.11%~6.69%的稱鑄鐵。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、

Fe2C、FeC，它們都可以作為相圖的組元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時，合金太脆，已無實用價值。實際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ),是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù).鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析一、鐵碳合金的基本相和性能碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。

都是體心立方間隙固溶體。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⑴鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體稱鐵素體,用F

或

表示。

鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析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A

區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析

構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一—固態(tài)相變。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：1394℃912℃-Fe?-Fe?-Fe物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⑶滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強度低(

b35MPa),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(yīng)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。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析三個基本相：鐵素體、奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金平衡組織中只有兩個相，就是鐵素體和滲碳體。五種組織組成物：是構(gòu)成顯微組織的獨立部分，可以是單相，也可以是兩相或者多相混合物。鐵素體奧氏體滲碳體珠光體萊氏體珠光體：共析反應(yīng)的產(chǎn)物，是F與Fe3C片層相間的兩相混合物萊氏體：共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，高溫萊氏體是A與Fe3C兩相混合物,室溫萊氏體是珠光體與Fe3C的兩相混合物鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析二、鐵碳合金相圖的分析相圖的簡化鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⒈特征點?????L+Fe3C?鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⒉特征線⑴液相線—ACD，固相線—AECF⑵兩條水平線：ECF：共晶線LC?

E+Fe3C共晶產(chǎn)物是A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。萊氏體鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析PSK：共析線

S?FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是F與Fe3C的機械混合物，稱作珠光體，用P表示。珠光體L+Fe3C珠光體的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。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⑶

其它相線GS—A?F

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱A3

線。ES—碳在

-Fe中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在

-Fe中的固溶線。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⑶兩個三相區(qū)：即ECF(L+A+Fe3C)、PSK(A+F+Fe3C)兩條水平線⒊相區(qū)⑴單相區(qū)：

L、A、F、Fe3C

⑵兩相區(qū):L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、A+F、F+Fe3C鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相A

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)鐵碳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。三、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⑶白口鑄鐵

(2.11~6.69%C)

鑄造性能好,硬而脆①亞共晶白口鑄鐵

(2.11~4.3%C)②

共晶白口鑄鐵(4.3%C)③

過共晶白口鑄鐵

(4.3~6.69%C)鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析(一)共析鋼的結(jié)晶過程

合金液體在1-2點間轉(zhuǎn)變?yōu)锳。到S點發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

AS?FP+Fe3C,

A全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析1點以上：L1～2點：L

A2～3點：A3～3'點：AP3'點以下：P鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析珠光體在光鏡下呈指紋狀.轉(zhuǎn)變結(jié)束時，珠光體中相的相對重量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點以下，共析F中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P。珠光體鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析室溫下，珠光體中兩相的相對重量百分比是多少？Q43219鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析共析鋼的結(jié)晶過程鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析

(二)亞共析鋼的結(jié)晶過程以0.40%C的鋼為例合金在3點以前通過勻晶—包晶—勻晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。到4點，由A中析出F。到5點,A成分沿GS線變到S點，A發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降，F(xiàn)

中析出Fe3CⅢ，由于與共析Fe3C結(jié)合,且量少,忽略不計.

+Fe3CⅢGSPABJH鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析1點以上：L1～2點：L

A2～3點：A3～4：AF鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析4～4'：AP4'點以下：P+F共析溫度下相的相對重量為：

組織組成物的相對重量為：

鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析溫度繼續(xù)下降，

中析出Fe3CⅢ，由于與共析Fe3C結(jié)合,且量少,忽略不計.室溫下相的相對重量百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析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F中含碳量，P面積%=QP)鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218~0.77%C

范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析亞共析鋼的結(jié)晶過程鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析(三)過共析鋼的結(jié)晶過程

合金在1~2點轉(zhuǎn)變?yōu)锳

,到3點,開始析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈網(wǎng)狀分布.溫度下降,Fe3CⅡ量增加。到4點，

A

成分沿ES線變化到S點，余下的A

轉(zhuǎn)變?yōu)镻。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析1點以上：L1～2點：L

A2～3點：A3～4：AFe3CⅡ4～4'：AP4'點以下：

P+Fe3CⅡ室溫組織：P+Fe3CⅡ400×鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析室溫下兩相的相對重量百分比：過共析鋼室溫組織為P+Fe3CⅡ。兩組織組成物的相對重量百分比：12345S’鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析Fe3CⅡ量隨含碳量而增加,含碳量為2.11%時,Fe3CⅡ量最大：12345S’鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析過共析鋼的結(jié)晶過程鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析總結(jié)：鋼的結(jié)晶過程1、共析鋼的結(jié)晶過程3、過共析鋼的結(jié)晶過程2、亞共析鋼的結(jié)晶過程L→L+A→A→P相組成物：F，F(xiàn)e3C

L→L+A→A→A+F→P+F相組成物：F，F(xiàn)e3CL→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII相組成物：F，F(xiàn)e3C鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析萊氏體(Ld)是共晶A與共晶Fe3C的機械混合物1點以上：L1～1'：L

Ld(四)共晶白口鐵的結(jié)晶過程

鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時，兩相的相對重量百分比為:鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析1'～2：LdC點以下,共晶A將析出Fe3CⅡ，A成分沿ES線變化。

Fe3CⅡ與共晶Fe3C

結(jié)合，不易分辨。溫度降到2點,A成分達(dá)到0.77%,此時,相的相對重量:鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析在2點,共晶A

發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由P與Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體,用Ld’表示.

2～2'：

LdLd’(AP)鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析2'點以下：

Ld’（P+Fe3CII

+

共晶

Fe3C

）室溫組織:

（低溫）萊氏體Ld′

500×Ld′的性能：硬而脆鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析室溫下兩相的相對重量百分比為：

鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析共晶白口鐵的結(jié)晶過程L→Lｄ(A+Fe3C共晶)→Lｄ(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→Lｄ’(P+Fe3C共晶+Fe3CII)相組成物：F，F(xiàn)e3C鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析(五)

亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程合金在1~2點間析出A。到2點，液相成分變到C點,并轉(zhuǎn)變?yōu)長e。2~3點間從A中析出Fe3CⅡ，一次A的Fe3CⅡ被共晶A

襯托出來。到3點，A轉(zhuǎn)變?yōu)镻。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3CⅡ+Le’。室溫下組織組成物相對重量百分比為：ECFD1234N室溫下相的相對重量百分比?鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析(六)過共晶白口鐵的結(jié)晶過程1~2點間從液相中析出Fe3C,這種滲碳體稱一次滲碳體，用Fe3CⅠ表示，呈粗條片狀。到2點，余下的液相成分變到C點并轉(zhuǎn)變?yōu)長e。DFK3Fe3C124鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析2點以下,Fe3CⅠ成分重量不再發(fā)生變化,Le變化同共晶合金,其室溫組織為Fe3CⅠ+Le’。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析總結(jié)：白口鑄鐵的結(jié)晶過程1、共晶白口鐵的結(jié)晶過程3、過共晶白口鐵的結(jié)晶過程2、亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程L→Lｄ(A+Fe3C共晶)→Lｄ(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→Lｄ’(P+Fe3C共晶+Fe3CII)相組成物：F，F(xiàn)e3CL→L+A→A+Lｄ(共晶A+Fe3C共晶)→A+Lｄ(A+Fe3C共晶+Fe3CII)+Fe3CII→P+Lｄ’(P+Fe3C共晶+Fe3CII)+Fe3CII相組成物：F，F(xiàn)e3CL→L+Fe3CI→Fe3CI+Lｄ(共晶A+Fe3C共晶)→Fe3CI+Lｄ(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→Fe3CI+Lｄ’(P+Fe3C共晶+Fe3CII)相組成物：F，F(xiàn)e3C鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析四、

含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響⒈含碳量對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

亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過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鋼鐵分類組織組成物相對量%相組成物相對量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII

+Lｄ’→Lｄ’→Lｄ’+Fe3CI鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析⒉含碳量對力學(xué)性能的影響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,由于硬度高的Fe3C增多,硬度低的F減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大,由全部為F的硬度約80HB增大到全部為Fe3C時的約800HB。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析強度是一個對組織形態(tài)很敏感的性能。隨碳含量的增加,亞共析鋼中P增多而F減少。P的強度比較高,其大小與細(xì)密程度有關(guān)。組織越細(xì)密,則強度值越高。F的強度較低。所以亞共析鋼的強度隨碳含量的增大而增大。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析但當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過共析成分之后,由于強度很低的Fe3CII沿晶界出現(xiàn),合金強度的增高變慢,到約0.9%C時,Fe3CII沿晶界形成完整的網(wǎng),強度迅速降低,隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加,強度不斷下降,到2.11%C后,合金中出現(xiàn)Le時,強度已降到很低的值。再增加碳含量時,由于合金基體都為脆性很高的Fe3C,強度變化不大且值很低,趨于Fe3C的強度(約20MPa～30MPa)。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析塑性

鐵碳合金中Fe3C是極脆的相,沒有塑性。合金的塑性變形全部由F提供。所以隨碳含量的增大,F量不斷減少時,合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時,塑性就降到近于零值了。

鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析亞共析鋼的硬度、強度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下的估算：

硬度≈80×w（F）+180×w（P）

(HB)

或硬度≈80×w（F）+800×w（Fe3C）

(HB)

強度(σb)≈230×w（F）+770×w（P）

(MPa)

延伸率(δ)≈50×w（F）+20×w（P）

(%)

式中的數(shù)字相應(yīng)為F、P或Fe3C的大概硬度、強度和延伸率;w（F）、w（P）、w（Fe3C）相應(yīng)表示組織中F、P或Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析五、鐵碳相圖的應(yīng)用(1)鋼鐵選材1、需要韌性、塑性好的（起重機構(gòu)架、輸電鐵塔）可選用含碳小于0.25%的碳鋼2、需要強度、韌性都較好（重要的地腳螺栓、軸、齒輪等）可選用含碳0.3%~0.5%的鋼；各類彈簧、板簧需要含碳0.5%~0.75%的鋼；3、需要耐磨的（工具、模具、軸承類）可選用含碳0.8%~1.3%的鋼。鐵碳相圖對共析鋼,亞共析鋼和過共析鋼的詳細(xì)分析(2)在鑄造工藝方面的應(yīng)用1、根據(jù)相圖可確定合金的澆注溫度。從圖中看出，鑄鐵的澆注溫度比鋼低，所以鑄鐵的鑄造性能大大優(yōu)