当前位置：文档之家 › 铁碳合金的平衡结晶过程及其成分PPT课件( 37页)

铁碳合金的平衡结晶过程及其成分PPT课件( 37页)

  • 格式：ppt
  • 大小：1.86 MB
  • 文档页数：37

下载文档原格式

  / 37

合集下载

铁碳合金相图PPT课件

铁碳合金相图PPT课件
含碳量增加到0.77%时，珠光体为100%，即共析钢组织。
• 珠光体中的铁素体，称作共析铁素体，渗碳体称作共析渗碳体。室温时，铁 碳计合算金出的亚相共结析构钢只中有铁铁素素体体与和 渗渗 碳碳 体体 的。 含可 量以 ，利 称用 作杠 相杆 的定 相律对在含量F+F：e3C的两相区中
• QF（总）=（6.69－②）/（6.69－0.0218）×100% • QFe3C = 1－ QF（总）
37第四节铁碳合金相图的应用及其局限铁碳合金相图的应用一选材方面的应用对于需要具有良好的塑性韧性的材料如厂房结构冷却塔则可选用铁素体组织多的低碳钢对于要求综合机械性能较高的材料即强硬度塑韧性都较好如轴齿轮则可选用组织是铁素体加珠光体的中碳钢对于需要硬度高耐磨性好的材料时如工具轴承则可选含碳量更高的其组织是珠光体加渗碳体的高碳钢0814
2019/7/31
13
三、典型合金结晶过程及室温组织
• 工程上使用的铁碳合金分为工业纯铁，碳钢和铸铁三大类，它们的区别在于含碳量 的不同。含碳量小于0.0218%的，称为工业纯铁；含碳量大于0.0218%而小于2.11% ， 称为碳铁；含碳量大于2.11% 而小于6.69% 的，称为铸铁。
在分析铁碳合金的平衡组织时，按照组织的不同，习惯将碳钢分为共析钢， 亚共析钢，过共析钢；将铸铁分为共晶白口铁，亚共晶白口铁和过共晶白口 铁共六种典型合金，如图2-3所示。
• 当温度降至2点时，合金全部结晶成奥氏体，温度降至2～3点之间时，合 金为单相奥氏体。
• 温度降至3点，即共析点S时，含碳量0.77%的奥氏体在727℃温度下发生共 析反应。从奥氏体中同时析出铁素体F和渗碳体Fe3C，两相所组成的共析 组织即珠光体P。
2019/7/31
15

铁碳合金的平衡 结晶过程及组织

铁碳合金的平衡 结晶过程及组织

47.8%
( WγE = 1-47.8% = 52.2% )
第四节 含碳量对铁碳合 金平衡组织和性能的影响
一、含碳量对平衡组织的影响
随C含量 ，铁碳合金组织变化：
α+Fe3C α+P P P+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’
P+Fe3CⅡ Ld’+Fe3CⅠ
C% ，Fe3C
Fe3C的形态及分布：随C
L'd
共晶白口铸铁的室温组织
亚共晶白口铁 2.11%<C%<4.3%
t1 t2
t3
L
L 初
L 共晶+Fe3C即Ld
共晶 转变
初Fe3CⅡ 共晶Fe3CⅡ
共+Fe3C即P 初+Fe3C即P
室温组织 ：
共析 转变
P +Fe3CⅡ+L'd(P+Fe3C+ Fe3CⅡ)
组织：P+ Fe3CⅡ +L’d （L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ）
共 和析 平钢 衡的 结冷 晶却 过曲 程线
组织：P 组织特征：Fe3C片状分布于F基体上，呈 贝壳状 性能：良好的综合力学性能（具有强度较高 和一定的塑、韧性）
共析钢的室温平衡组织 1000 ×
亚 和共 平析 衡钢 结的 晶冷 过却 程曲
线
亚共析钢 （0.0218% < Wc <0.77%）
L’d
Fe3CІ
过共晶白口铸铁室温组织
三、杠杆定律的应用
1、0.4%C钢
K
组织组成物：α+P
S 0.4 0.77 0.4
Wα
PS

铁碳合金的平衡结晶过程及其成分PPT(37张)

铁碳合金的平衡结晶过程及其成分PPT(37张)
C--Fe3C
C-Fe3C
Fe3C渗碳体CEMENTITE的晶体结构
渗碳体的性能：
b=30MPa； =0； =0； AK=0；
HB=800 硬而脆
Fe3C：铁与碳的一种具有复杂结构的 间隙化合物，通常称为渗碳体。
铁碳合金中的相
铁碳合金中的相
液相L：铁与碳的液溶体。
固相：C溶入Fe中的固溶体 、金属化 合物Fe3C。
0.0218%，室温时仅为0.0008%。
碳含量大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从F中析出
Fe3C。析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。
P忽Q略线。亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线。 Fe3CIII数量极少，往往予以
Fe-Fe3C相图中各点的温度、碳含量及含义
温度： 1495℃；成分： 0.17%C。
包晶反应
• LB+ H AJ • 即 L0.53+ 0.09A0.17 水平线HJB为包晶反应
线。
共晶点C和共晶线ECF
共晶点C和共晶线ECF
温度： 1148℃；成分：4.3%C。 共晶反应
LC AE+ Fe3C 即 L4.3 A2.11+ Fe3C
ES:线是碳在A（奥氏体）中的固溶线，通常叫做Acm线。 在 1148℃ 时 A 中 溶 碳 量 最 大 可 达 2.1l% ， 而 在 727℃ 时 仅 为
0.77% 碳含量大于0.77%的铁碳合金自1l43℃冷至727℃的过程中，将
从A中析出Fe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体（ Fe3CII ） PQ: 是 碳 在 F （ 铁 素 体 ） 中 的 固 溶 线 。 在 727℃ 时 F 中 溶 碳 量 最 大 可 达

第8章 相平衡与相图原理(Fe-C合金平衡结晶过程)-1精品PPT课件

第8章 相平衡与相图原理(Fe-C合金平衡结晶过程)-1精品PPT课件
碳量)
室温下相的相对重量 百分比为：
Q6 Q Fe3C Q L
C 0.0 0 0 8 1 0 0% 6.6 9 0.0 0 0 8
Qa
6L QL
100%
Q Fe3C
S’
室温下组织组成物的相对重量百分比为：
Q P Q Q S 6 ' 0 C .7 7 0 . 0 0 .0 0 0 0 0 8 8 1 0 0 % ,Q a Q 6 S S ' ' 1 0 0 % Q P
ldgafe三典型合金的平衡结晶过程三典型合金的平衡结晶过程钢00218211c高温组织为单相g亚共析钢00218077c共析钢077c过共析钢077211c白口铸铁211669c铸造性能好亚共晶白口铸铁21143c共晶白口铸铁43c过共晶白口铸铁43669c工业纯铁的结晶过程合金液体在12点间转变为d34工业纯铁的结晶过程随温度下降fe量不断增加合金的室温下组织为表示
2.11
4.3
6.69
组织组
100
铁素体
成物相
对量% 0
三次渗碳体
相组成 100 物相对 量% 0
珠光体
a
二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
⒉ 含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的硬度连续增
加、强度先升高后降低，塑性、韧性连续下降。 0.77%C时，组织为100%
P, 钢的性能即P的性能。
共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为:
Qg
6 .6 9 4 .3 1 0 0 % 6 .6 9 2 .1 1
5 2 .2 % ，
Q F e3C
4 7 .8 %
C点以下, g 成分沿ES线变化，共晶g 将析出Fe3CⅡ。

铁碳合金-PPT课件

铁碳合金-PPT课件
工程材料导论
第2章 铁碳合金
2.1 金属及合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图及其应用 2.3 常用的金属材料及选用
铁碳合金是最重要的工程材料，钢 和铸铁是制造机器设备的主要金属 材料，在工业生产中占主导地位。 与其它材料相比，其资源广泛、冶 炼方便、价格低廉、性能优越。 金属材料铁碳合金是以铁、碳为主 要组元组成的合金。
教学要求：了解金属的晶体结构
、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭 及合金的相结构。
本章重点
金属及合金的晶体结构和结晶特点。 铁碳合金的基本组织 二元合金状态图分析
作业：
P30: 2.2; 2.7
11/12/2019
铁碳合金
2 .1 金属及合金的晶体结构
•要了解钢和铸铁的本质，首先必须了解纯铁的晶体结构。金属的内部 结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。金属在固态下通 常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点，是 零件设计时合理选材的根本依据。
11/12/2019
两种反应
2 、共析反应
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的 温度下同时结晶出两种成分和 结构均不相同的固相的反应。
1148 ℃
A2.11%c
一定成分的固相在一定的 温度下同时析出两种成分和 结构均不相同的新的固相的 反应。
727 ℃
F0.02%c+Fe3C6.69%c
L 4.3%c
结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。
纯金属的理想（非理想）状态冷却曲线，合金的结晶冷却曲线 金属的结晶过程 晶核长大方式：树枝状方式；晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。细化晶粒
的方法？ 金属（铁）的同素异构转变：1538℃ －1394℃ －912℃ －室温 合金：由两种或两种以上的元素通过熔炼后所获得的新的物质仍然具有金属特性。

金属材料与热处理第4章铁碳合金课件.ppt

金属材料与热处理第4章铁碳合金课件.ppt

4.2 二元合金相图
4.2.1 二元合金相图的表示方法 4.2.2 二元合金匀晶相图分析 4.2.3 二元合金共晶相图分析
4.2.1 二元合金相图的表示方法
合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温 度和成分之间的关系，简称相图或状态图。
它是了解合金中各种组织的形成与变化规律的有效工 具，是合金在极缓慢冷却、接近平衡条件下测绘的，又 称平衡图。
a)间隙固溶体 b)置换固溶体 溶质原子对晶格畸变影响示意图
4.1.3 金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质 称为金属化合物。
金属化合物可用化学分子式来表示。金属化合物的晶格类 型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构，其性能具有 “三高一稳定”的特点，即高熔点、高硬度、高脆性和良好 的化学稳定性。
相：合金中化学成分、结构相同的组成部分称为相，相与 相之间具有明显的界限。
合金的组织是指合金中不同相之间相互组合而成的综合 体 。各相的数量、形状、大小及分布方式的不同形成了 合金组织。
4.1.2 固溶体
固溶体：一种组元的原子溶入另一组元的
晶格中所形成的均匀固相，称为固溶体。溶入
的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶
1点以上
1～2点
2～3点
共析钢结晶示意图
3点以下
珠光体显微组织
2. 亚共析钢的结晶过程分析
亚共析钢（含碳量0.0218%＜C＜0.77%）的冷却过程如 图4-15结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕。在2点到3点之 间，奥氏体组织不发生转变；冷却到与GS线相交的3点时， 从奥氏体中开始析出铁素体。当温度降至与PSK线相交的 4点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77%，此时奥氏体发 生共析转变，转变为珠光体。亚共析钢室温组织由珠光体 P和铁素体F组成。

典型铁碳合金的结晶过程

典型铁碳合金的结晶过程
典型的铁碳合金的结晶过程包括以下几个步骤：
1. 熔化：将合适比例的铁和碳原料进行熔化，通常在高温高压的条件下进行。

熔化后的合金为液态状态。

2. 过冷：将熔融的铁碳合金缓慢冷却，使其温度降至接近其冰点以下。

在过冷过程中，合金会逐渐失去热量，形成过冷液体。

3. 形核：过冷液体中的某些原子开始聚集形成细小的结晶核。

这个过程叫做形核，形成的结晶核通常呈固态。

4. 长大：在形核的基础上，其它的原子会逐渐沉积到结晶核上，导致结晶核与周围液体逐渐分离。

随着时间的推移，结晶核也会逐渐生长。

5. 赋形：当结晶核生长到一定程度时，会与周围的结晶核相互连结，形成完整的晶粒。

晶粒的形状和尺寸取决于铁碳合金的成分和冷却条件。

以上过程中，形核和长大是结晶过程的关键步骤。

形核速率和长大速率受到多种因素的影响，如温度、合金成分、冷却速率等。

通过控制这些因素，可以调控铁碳合金的晶粒尺寸和分布，从而改变合金的力学性能和微观组织特征。

第四章 铁碳合金的平衡组织


高温莱氏体
低温莱氏体
共晶白口铁金相
6．亚共晶白口铸铁，2.11%<C%<4.3% 相组成物：F，Fe3C 组织组成物：P，Le’，Fe3CII
亚共晶白口铁金相
7．过共晶白口铸铁 相组成物：F， Fe3C 组织组成物：Le’，Fe3C
过共晶白口铁金相
二、Fe-C合金的成分-组织-性能关系
[思考题 思考题] 思考题
• 1. 什么叫冷脆、热脆？引起这些现象的原 因是什么？如何防止？ 2. 现有四块形状尺寸完全相同的平衡状态 的铁碳合金，其含碳量分别为0.2%、 0.40%、1.2%、3.5%， • 根据学过的理论，有哪些方法可以区分它 们？
“铁碳合金” 练习题 参考答案 铁碳合金” 参考答案1 铁碳合金
4．2 Fe-C合金平衡结晶过程
• • • • • • (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 1.工业纯铁 2.共析钢 3.亚共析钢 4.过共析钢 5.共晶白口铁 6.亚共晶白口铸铁 7.过共晶白口铸铁 (二)Fe-C合金的成分-组织-性能关系
1．工业纯铁（C%≤0.0218%）
• L--->L+A--->A-->A+F--->F+Fe3CIII • 相组成物：F+Fe3C C%>0.0008% • F C%<0.0008% • 组织组成物：F和 Fe3CIII
45钢金相
4．过共析钢
• L--->L+A--->A-->A+Fe3CII-->A+P+Fe3CII-->P+Fe3CII • 相组成物：F， Fe3C • 组织组成物：P， Fe3CII
T12钢金相

工程材料-铁碳合金的结晶[可修改版ppt]

工程材料-铁碳合金 的结晶
铁碳合金相图是研究平衡条件下铁碳合金的成分、温 度和组成相之间的关系及其变化规律的图形。
H
L＋δ

B
δ 1400
J
N
1200 γ＋δ
温
度 1000
γ
/ ℃ 800 G γ＋α
600 P
S
400 Q α 200
L＋γ E
C γ＋Fe3C
α＋Fe3C
D
L＋Fe3C
F
K
Fe
1
2
Fe - Fe3C 相图分析
T°A
包晶相图 B
H
J
N
L+A
共晶相图
L
D
E
G
A
共析相图
A+
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F P+Fe3CⅡ
A+Ld+Fe3CⅡ
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
➢ 性能组织： σb≈750MPa HBS=180 δ≈20%～25% ak=30～40J/cm 2 综合性能
莱氏体（ Ld、 Ld ,Le、 Le ）
高温莱氏体：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%） 低温莱氏体：Ｐ与 Fe3C 所形成的机械混合物 ➢ 性能组织：为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
最大溶解度：0.09%（1495℃）
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

铁碳合金的分类
铁碳合金的分类
总类 分类名称 c(%)
室温平衡组织
铁
工业纯铁
<0.0218 F or F+Fe3CⅢ
钢 亚共析钢 0.0218~0. 先共析F+P
共析钢
77
P
过共析钢
0.77
先共析Fe3CⅡ+P
0.77~2.11
铸铁
亚共晶铸铁 共晶铸铁 过共晶铸铁
2.11~4.30 4.30 4.30~6.69
液相L、 相、 γ相、 相、 Fe3C相
• 三个重要的点：
共晶EUTECTIC点C
共析EUTECTOID点S
包晶PERITECTIC点J
• 铁碳合金相图中重要的线：
液相线ABCD，固相线AHJECF
水平线HJB
水平线ECF
水平线PSK
GS线、ES线、PQ线
包晶点J和包晶线HJB
包晶点J和包晶线HJB
Fe3C 珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。在显
微镜下珠光体的形态呈层片状。在放大
倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗
碳体片(窄条〉与铁素体片(宽条)。
水平线PSK为共析反应线。
PSK线亦称A1线。
GS、ES、PQ线的含义
GS、ES、PQ线的含义
GS:相图中的GS线是合金冷却时自A（奥氏体）中开始 析出F（铁素体）的临界温度线，通常称A3线。
共晶反应中渗碳体的成分 -Fe与-Fe的同素异形转变点 碳在-Fe中的最大溶解度 包晶点 共析反应中渗碳体的成分
M 769 0
相的磁性转变点
N 1394 0
-Fe与-Fe的同素异形转变点
O 769 ~0.5 相的磁性转变点
P 727 0.021 碳在-Fe中的最大溶解度
Q 室温 8
碳在-Fe中的溶解度
S 727 0.000 共析点
8
0.77
Fe-Fe3C相图中特性线及含义
特性线
说明
ABCD AHJECF HN
JN GP
GOS
液相线
固相线
相与（ +）相区分界线也是碳在 -Fe中的溶解度曲线
（ +）相区与相区分界线
相区与（ +）相区的分界线，也 表示高于A1温度时碳在-Fe中的溶 解度
C--Fe3C
C-Fe3C
Fe3C渗碳体CEMENTITE的晶体结构
渗碳体的性能：
b=30MPa； =0； =0； AK=0；
HB=800 硬而脆
Fe3C：铁与碳的一种具有复杂结构的 间隙化合物，通常称为渗碳体。
铁碳合金中的相
铁碳合金中的相
液相L：铁与碳的液溶体。
固相：C溶入Fe中的固溶体 、金属化 合物Fe3C。
相
γ 相
相：
Fe3C相：是一种具有复杂结构的间隙化合 物。
• 性能硬而脆。 • 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、
粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有重大影 响。 • 在一定条件下，能分解。
铁碳金相图分析
铁碳合金相图分析
• 铁碳合金的组元：
Fe、 Fe3C （C） • 铁碳合金中的相
L4.3 Ld
莱氏体中的渗碳体称共晶渗碳体。 莱氏体的形态：块状或粒状奥氏体分布在渗碳体基体上。 莱氏体的性能：硬而脆。
水平线ECF为共晶反应线。
共析点S和共析线PSK
共析点S和共析线PSK
温度： 727℃；成分：0.77%。
共析反应：
AS FP+ Fe3C 即 A0.77 F 0.0218 +
铁碳合金目录
铁碳合金系相图 铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳合金的成分-组织-性能关系
铁碳合金中的组元
铁碳合金中的组元
钢与铁的区别 Fe-C与Fe-Fe3C相图的区 别
纯铁
纯铁
•铁是过渡族元素; •熔点：1538℃; •密度：7.87 g /cm3; •有三种同素异构转变
•-Fe •-Fe •-Fe •性能特点
温度： 1495℃；成分： 0.17%C。
包晶反应
• LB+ H AJ • 即 L0.53+ 0.09A0.17 水平线HJB为包晶反应
线。
共晶点C和共晶线ECF
共晶点C和共晶线ECF
温度： 1148℃；成分：4.3%C。 共晶反应
LC AE+ Fe3C 即 L4.3 A2.11+ Fe3C
Fe-Fe3C相图中各点的温度、碳含量及含义
特 温度 性℃ 点
碳含量 说明 %
A 1534 0
纯铁熔点
B 1495 0.53 包晶反应时液态合金的碳浓度
C 1148 4.30 共晶点
D 1227 6.69 渗碳体熔点
E 1148 2.11 碳在-Fe中的最大溶解度
F 1148 6.69 G 912 0 H 1495 0.09 J 1495 0.17 K 727 6.69
ES:线是碳在A（奥氏体）中的固溶线，通常叫做Acm线。 在 1148℃ 时 A 中 溶 碳 量 最 大 可 达 2.1l% ， 而 在 727℃ 时 仅 为
0.77% 碳含量大于0.77%的铁碳合金自1l43℃冷至727℃的过程中，将
从A中析出Fe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体（ Fe3CII ） PQ: 是 碳 在 F （ 铁 素 体 ） 中 的 固 溶 线 。 在 727℃ 时 F 中 溶 碳 量 最 大 可 达
P+Fe3CⅡ+Ld Ld Fe3CⅠ+ Ld
典型铁碳合金的平衡结晶过程分析
典型铁碳合金的平衡结晶过程 分析
典型铁碳合金分类
工业纯铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
工业纯铁的结晶过程分析
工业纯铁的结晶过程分析
工业纯铁 (C<0.0218%)
（ +）相区与相区分界线，也表 示亚共析钢的上临界温度A3
ES
PQ
HJB ECF MO PSK 230 ℃线
分界线，也表示碳在-Fe铁中的溶解 度和过共析钢的上临界点Acm 分界线，也表示温度低于共析温度时 碳在-Fe中的溶解度 包晶反应平衡线 共晶反应平衡线 -Fe磁性转变线 共析反应平衡线，也表示下临界点A1 Fe3C的磁性转变线A0
0.0218%，室温时仅为0.0008%。
碳含量大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从F中析出
Fe3C。析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。
P忽Q略线。亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线。 Fe3CIII数量极少，往往予以
Fe-Fe3C相图中各点的温度、碳含量及含义