《機(jī)械制造基礎(chǔ)》第2版 課件 第2章 鐵碳合金

Chapter鐵碳合金2第2章鐵碳合金案例導(dǎo)入圖2-1工業(yè)純鐵圖2-220鋼圖2-3T12鋼初步分析

不同的材料，其內(nèi)部的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，其組織形態(tài)也不同。由于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、析出條件及分布狀況均有所不同，因而呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差別也會影響力學(xué)性能，在＜1%時(shí)，隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性和韌性降低；在＞1%時(shí)，隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的硬度增加，強(qiáng)度、塑性、韌性都降低。

第2章鐵碳合金材料是零件承載能力的基礎(chǔ)。在材料的選用中，更多的時(shí)候要根據(jù)材料的內(nèi)部組織去判定材料的力學(xué)性能。

鐵碳合金的基本組織

鋼鐵材料是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的金屬材料，其中碳鋼和鑄鐵都是鐵和碳的合金。在鐵碳合金中，鐵與碳可以形成固溶體，也可以形成化合物，還可以形成混合物。在鐵碳合金中有以下幾種基本相及組織。第2章鐵碳合金鐵素體---碳溶解于體心立方晶格α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體（用F表示）。放大倍數(shù)500×鐵素體晶界圖2-4鐵素體的模型

圖2-5鐵素體的顯微組織

第2章鐵碳合金鐵碳合金的基本組織

第2章鐵碳合金鐵碳合金的基本組織

第2章鐵碳合金鐵碳合金的基本組織

滲碳體---由鐵與碳形成的具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的金屬化合物稱為滲碳體，用符號Fe3C表示。奧氏體

--奧氏體是碳在-，呈面心立方晶格，用符號A或表示。圖2-7奧氏體的模型圖2-8奧氏體的顯微組織圖2-9片狀珠光體的顯微組織

第2章鐵碳合金鐵碳合金的基本組織

珠光體

---珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號P表示。萊氏體

--萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號Ld表示，由Wc=4.3%的液態(tài)鐵碳合金在凝固過程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成。

圖2-10低溫萊氏體的顯微組織第2章鐵碳合金鐵碳合金相圖

圖2-8Fe－Fe3C合金相圖

第2章鐵碳合金

鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖主要點(diǎn)、線、區(qū)的分析

表2-1Fe-Fe3C相圖中的特性點(diǎn)符號溫度/℃(%)含義A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.30共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)①E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69共晶滲碳體的成分點(diǎn)G9120α-Fe→γ-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A33)K7276.69共析滲碳體的成分點(diǎn)P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)Q(室溫)(0.0008)碳在α-Fe中的溶解度

第2章鐵碳合金

鐵碳合金相圖特性線的分析相圖中ACD為液相線，AECF為固相線。圖中有兩條水平線分別表示兩個(gè)等溫線。

⑴兩條相線液相線與固相線

①ACD線液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點(diǎn)所組成的線，在此線以上處于液相。②AECF線固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點(diǎn)所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)。⑵兩條水平線共晶轉(zhuǎn)變線與共析轉(zhuǎn)變線

①共晶轉(zhuǎn)變線ECF水平線（1148）為共晶轉(zhuǎn)變線。

②共析轉(zhuǎn)變線PSK水平線（727）為共析轉(zhuǎn)變線或。

⑶三條重要的特征線

①ES線碳在奧氏體中的固溶線，通常稱為Acm線。②GS線冷卻時(shí)由奧氏體析出向鐵素體的開始線，通常稱為A3線。③PQ線碳在鐵素體中的固溶線。第2章鐵碳合金

鐵碳合金相圖

第2章鐵碳合金鐵碳合金相圖鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系

⑴碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鐵碳合金平衡組織間的關(guān)系

鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。⑵碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與力學(xué)性能間的關(guān)系

①強(qiáng)度當(dāng)Wc＜0.9％時(shí)，隨著Wc增加，不斷提高；當(dāng)Wc＞0.9％時(shí)，由于滲碳體在晶界呈網(wǎng)狀分布，使鋼的強(qiáng)度下降。②硬度隨Wc的增加而提高。③塑性隨Wc的增加而迅速降低。④沖擊韌性隨Wc的增加而迅速降低。

第2章鐵碳合金鐵碳合金相圖第2章鐵碳合金

典型合金結(jié)晶過程分析1.共析鋼的結(jié)晶過程（Wc=0.77%）

2.亞共析鋼的結(jié)晶過程（0.0218%＜Wc＜0.77%）

合金在1點(diǎn)以上為液體，當(dāng)緩冷至稍低于1點(diǎn)溫度時(shí)，開始從液體中結(jié)晶出奧氏體，其數(shù)量隨溫度的下降而增多。溫度降到2點(diǎn)時(shí)，液體全部結(jié)晶為奧氏體。2～S點(diǎn)之間，合金是單一奧氏體相。繼續(xù)緩冷至S點(diǎn)時(shí)，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成珠光體。727℃以下，P基本上不發(fā)生變化。第2章鐵碳合金典型合金結(jié)晶過程分析圖2-9典型合金結(jié)晶過程示意圖

第2章鐵碳合金典型合金結(jié)晶過程分析第2章鐵碳合金典型合金結(jié)晶過程分析第2章鐵碳合金典型合金結(jié)晶過程分析3.過共析鋼的結(jié)晶過程（0.77%＜Wc＜2.11%）合金在1點(diǎn)以上為液體，當(dāng)緩冷至稍低于1點(diǎn)后，開始從液體中結(jié)晶出奧氏體，直至2點(diǎn)結(jié)晶終了。在2～3點(diǎn)之間是含碳時(shí)為合金Ⅲ奧氏組織。緩冷至3點(diǎn)時(shí)，奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到飽和而析出滲碳體（即二次滲碳體）。二次滲碳體沿奧氏體晶界析出而成網(wǎng)狀分布。隨著溫度不斷降低，由奧氏體中析出的二次滲碳體愈來愈多且碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷減少，并沿著ES線逐漸降低。3～4點(diǎn)之間的組織為奧氏體＋二次滲碳體。降至4點(diǎn)（727℃）時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到了共析成分（Wc＝0.77％），于是這部分奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。第2章鐵碳合金

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織與性能的影響隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，合金的室溫組織中不僅滲碳體的數(shù)量增加，其形態(tài)、分布也有變化。因此，合金的力學(xué)性能也相應(yīng)發(fā)生變化。圖2-10鐵碳合金的成分、組織、性能變化規(guī)律第2章鐵碳合金

鐵碳合金圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.在選材方面的應(yīng)用

2.在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用

4.在熱處理生產(chǎn)上的應(yīng)用

【知識梳理與總結(jié)】1.鐵碳合金的基本組織

通過對五個(gè)基本組織“鐵素體、滲碳體、奧氏體、珠光體、萊氏體”的介紹，引入鐵碳合金的相，了解基本組織的分類和形成過程。其中注意對比各個(gè)基本組織的力學(xué)性能、組織的成分、以及在實(shí)際工業(yè)材料中的應(yīng)用范圍。2.鐵碳合金相圖

鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的工具，是研究碳鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。—C相圖是由一些基本相圖組成的,我們可以將—C相圖分成上下兩個(gè)部分來分析?！局R梳理與總結(jié)】【知識梳理與總結(jié)】

⑴上半部分--共晶轉(zhuǎn)變

在1148、Wc=4.3%的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變:Lc(AE+C),轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為萊氏體,用符號Ld表示。存在于1148～727之間的萊氏體稱為高溫萊氏體,用符號Ld表示,組織由奧氏體和滲碳體組成；存在于727以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體,用符號表示，組織由滲碳體和珠光體組成。

⑵下半部分--共析轉(zhuǎn)變

在727、Wc=0.77%的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變:AS(F+C),轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為珠光體。共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變的區(qū)別是轉(zhuǎn)變物是固體而不是液體。通過一系列鐵碳合金相圖中，特征線、特征點(diǎn)、相區(qū)的介紹，認(rèn)識材料在不同溫度下、不同的成分下、不同的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，組織的不同、力學(xué)性能的區(qū)別。

【知識梳理與總結(jié)】【知識梳理與總結(jié)】典型合金結(jié)晶過程