当前位置：文档之家 › 工程材料第六章(铁碳相图)

工程材料第六章(铁碳相图)

  • 格式：ppt
  • 大小：1.96 MB
  • 文档页数：41

下载文档原格式

  / 41

合集下载

铁碳合金相图分析

铁碳合金相图分析

1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温

铁碳合金相图

铁碳合金相图

含碳量越高，钢的强度、
硬度越高，而塑性、韧性 越低，这在钢经过热处理 后表现尤为明显。
四、Fe－Fe3C相图的应用
在焊接工艺上的应用
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律，为钢铁材 料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船舶、各种建筑结构等，都需要强度 较高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％） 的钢材；各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选用 碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求硬 度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯 铁的强度低，不宜用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工件， 如冷轧辊、球磨机的铁球等。
二、选择题 1、奥氏体是具有（ ）晶格的铁。 A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状 2、合金发生固溶强化的主要原因（ ）。 A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化 C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化 3、铁碳合金相图上的共析线是（ ）。 A、ACD B、ECF C、PSK 4、组成合金的最基本的独立物质称为（ ）。 A、相 B、组元 C、组织 5、单晶体的滑移变形是在（ ）的作用下发生的。 A、切应力 B、拉应力 C、压力
第三章
铁碳合金
学习目标：
一、铁碳合金相图的组成
二、Fe－Fe3C相图中特性点的含义
三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内
的组织。
三、单相区、二相区和三相区分析
一、铁碳合金相图的组成
铁碳合金相图——表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，

工程材料基础-6. 相图

工程材料基础-6. 相图

相律应用的不同情况
相律：f=C-P+1 对二元系，C=2,则f=3-P，可知:
P=3, f=0，平衡相最多为3； P=3，f=0, 温度、相成分一定； P=2，f=1, 温度或相的成分可变，但只有 一个独立变量； P=1，f=2，温度和相成分均可独立改变。
6.2.2 杠杆定理
杠杆定理是分析相图的重要工 具，可用来确定两相平衡时的两平 衡相成分和相对量,也可确定最后形 成的组织中两相的相对量以及组织 的相对量。
6.5.1 相图分析
1.相区有液相L、α 相和β 相三个 单相区，两单相区之间为相应 的两相区。 2.相界线有液相线adb固相线aceb， 固溶线cf、eg和包晶反应水平 线ced。与水平线对应成分的合 金，冷却时在水平线温度 （1186℃）发生包晶反应： 图6-23 Pt-Ag合金相图 3.根据相律,三相反应自由度为零， 温度恒定，三相成分一定。
图6-22 Cu4％-Al合金 中的离异共晶组织
3. 非平衡共晶
成份点位于共晶转变线两端点之外， 且又靠近端点的合金，在平衡结晶时无共 晶转变发生，但在非平衡结晶条件下，也 能发生共晶转变得到少量共晶体，称这种 共晶组织为非平衡共晶。
6.5 二元包晶相图
二组元在液态无限溶解，固态下有 限溶解，发生包晶反应的相图称为二元 包晶相图。包晶反应是一个液相与一个 固相相互作用，生成一个新的固相的过 程 。 Cu-Sn,Cu-Zn,Ag-Sn,Pt-Ag, CdHg,Sn-Sb 等二元合金系都具有此类相图。 下面以Pt-Ag合金相图为例进行分析。
图6-19 共晶系合金的不平衡凝固
图6-20 Al-Si合金系的伪共晶区
四种伪共晶区
图6-21 四种伪共晶区
2. 离异共晶

第六章 铁碳合金状态相图的分析及平衡组织观察

第六章 铁碳合金状态相图的分析及平衡组织观察

第六章铁碳合金状态相图分析及组织观察一、概述铁碳合金状态图是研究铁碳合金的组织与性能关系的重要工具。

了解和掌握铁碳合金状态图对于制定钢铁材料的各种工艺有很重要的指导意义。

下面分别讨论纯Fe；共析钢；亚共析钢；过共析钢；共晶白口铁；亚共晶白口铁；过共晶白口铁等几个典型合金的结晶过程，以深入了解铁碳合金相合肥组织的形成规律及其组织特征。

1、含0.01％C合金的结晶过程及组织特征含碳0.01％的合金为工业纯铁，其结晶过程如下（参照图1中的合金①）。

液态金属在1～2点温度区间按匀晶转变结晶出单相δ固溶体。

δ固溶体冷却导3点时，开始发生固溶体的同素异构转变Aδ→。

由于δ相晶界上的能量转高，因此，奥氏体的晶核优先在δ相的晶界上形成，然后长大。

这一转变在4点结束，合金全部转变为单相奥氏体。

奥氏体冷却到5～6之间又发生同素异构转变γα→，转变为铁素体。

铁素体也同样是在奥氏体晶界上优先形核，然后长大。

铁素体冷到7点时，碳在铁素体中的溶解度达到饱和。

冷到7点以下，将从铁素体中析出过剩的渗碳体。

这种渗碳体一般沿铁素体晶界析出，称为三次渗碳体。

因此，工业纯铁室温下的组织为铁素体和三次渗碳体所组成。

铁碳平衡状态图2、共析合金的结晶过程及组织特征当温度在1点以上时，合金全部为液态。

当合金降温至1点，并稍微过冷，开始从液体中析出奥氏体。

继续降温从液体汇总析出奥氏体，液相的浓度沿BC 线变化，奥氏体的浓度沿JE 线变化。

两相相对重量的比值可由杠杆定律求出： QLaOQA Ob ＝奥氏体初次晶在液态金属中自由长大，一般呈树枝状。

降温至2点结晶终了，变成了单相的奥氏体组织。

在2－3点温度区间，为单相奥氏体，相的浓度等于合金的成分，没有成分和组织的变化。

在3点共析成分的奥氏体发生共析转变，形成的转变产物为珠光体。

平衡条件下所得的珠光体组织是一层铁素体和一层渗碳体交替排列的机械混合物。

用3％硝酸酒精溶液浸蚀后，窄的条纹为渗碳体，宽的白色条纹危房铁素体，这是因为浸蚀时，铁素体被均匀浸蚀，而渗碳体叫铁素体硬，不易被浸蚀，故凸出于铁素体之外。

金属材料与热处理6 铁碳相图

金属材料与热处理6 铁碳相图

90. 钢的热处理进行( ).( ).( ) 三阶段。 加热丶保温丶冷却 91. 加热时金属组织转变是在平衡相变点( )。 以上进行的 92. 冷却时金属组织转变是在平衡相变点( )。 以下进行的 93. 奥氏体晶核的形成与长大有四个过程( ).( ).( ).( )。 界面形核丶晶核 长大丶残留渗碳体溶解丶奥氏体均匀化 94. 奥氏体晶粒度大小将影响钢在热处理以后的( ) 和( )。 组织丶 性能 95. 奥氏体晶粒长大,一种是随加温度升高晶粒容易长大称( )。 粗晶 粒钢 96. 奥氏体晶粒长大, 一种是随加温度升高晶粒缓慢长大称( )。 细晶 粒钢97. 加热温度越高,保温时间越长, 奥氏体晶粒越( )。 大 98. 加热速度越快, 转变的温度区间越宽, 原子活动能力越強, 形核率越多, 有利获 得细小( )。 奥氏体晶粒 99. 同一种钢在相同的加热条件下获得奥氏体组织, 但以不同的冷却条件冷却后, 钢的力学性能有明显的( )。 差异 100. 钢径奥氏体化后, 快速冷却到相变点以下某一温度区间内等温保持时, 过冷 奥氏体所发生的相变称为( )。 等温转变
淬透性指淬透层的深度 淬硬性指能达到最高硬度
第五节 回火 回火是指工件淬硬后,再加热到Ac1点以下某一温度保持一定 时间，然后冷却到室温。
淮阴工学院机械工程系 《工程材料学》精品课程
淬火后的工件其内部组织发生变化而产生应力。 应力的作用会使工件尺寸发生变化丶开裂或变形。 所以淬火后的工件必须进行回火 回火分低丶中丶高三种
Fe-C 合金分类
铁碳平衡合金三种类型：工业纯铁、钢及白口铸铁 钢又可分成下列三种类型：
共析钢:Wc=0.77%（S点）； 亚共析钢:Wc=0.02%～0.8%（P～S点） 过共析钢:Wc=0.8%～2.06%（S～E点） 共晶白口铸铁（C点4.3%）； 亚共晶白口铸铁（2.11%～4.3%）； 过共晶白口铸铁（4.3～6.69%）

材料科学-第六章 铁碳合金相图和碳钢

材料科学-第六章 铁碳合金相图和碳钢
固相线（ＡＨＪＥＣＦ）：其下为固相，(结晶时固相的成分变 化线)
表示恒温转变的线： HJB线 (包晶转变)， ECF线(共晶转变)， PSK线(共析转变)
固溶度线： ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线 （温度，溶解度 ）；（0.77%--2.11%） PQ ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线 （温度 ，溶解度 ） (0.0008%—0.0218%) 同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP 3 相图中的相区 单相区（4个＋1个） L、a、g、d 、（Fe3C）

3）共析转变 gs 727º C aP Fe3C
0.77
0.0218
+
6.69
• 含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分 的新固相的转变。 • 产物： a相和Fe3C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光 体，用P表示。 • 合金范围： Wc: 0.0218 %—6.69%( 合金成分线与 PSK 线相 交) • S点:共析点，（0.77，727） (具有S点成分的Fe—C合金冷 却至7270C时，合金全部发生共析转变，生成珠光体。)
2 组织
单相组织 （1）铁素体(F) （2）奥氏体(A) （3）渗碳体(Fe3C) 两相组织 （4）珠光体(P) ：F ＋Fe3C；共析反应产物 （5）莱氏体(Ld)：A＋Fe3C；共晶反应产物 （6）变态莱氏体(Ld′)：P＋Fe3C
二、Fe―Fe3C相图分析 L+δ A 1495℃ B δ H N J T
GS（开始线）
GP（结束线）
（3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变。
g a
析出
Fe3CII （二次渗碳体）
析出 Fe3CIII （三次渗碳体）

铁碳合金相图

铁碳合金相图用以温度为纵坐标，以碳含量为横坐标的图解方法，表示在接近平衡或亚稳状态下，以铁碳为单元组成的合金，在不同温度下相与相之间关系的图称为铁碳平衡图，也称为铁碳相图。

它是研究铁碳合金的基础，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据，对了解我们厂内金属材料，尤其认识、理解锅炉管材有重要的意义，对后续想做好锅炉四管运行和维护也都是重要的基础。

一、基本概念1）我们日常接触的“铁、钢”等其实都是合金，含铁、碳、硫、硅等等，要认识了解所熟知的“铁、钢”就必须先认识他们中最基础的两种元素，纯铁和碳。

纯铁在1394℃以上以体心立方结构（δ-Fe）稳定存在，温度下降，在912～1394℃范围内发生同素异构转变，以面心立方晶格的γ-Fe稳定存在，在912℃以下又重新回复到体心立方晶格的α-Fe，说体心立方体、面心立方体都离不开另一个主角碳，就是碳在以铁元素构成的立方体中在其体心或者面心。

2）碳溶入α-Fe和γ-Fe中所形成的固溶体称为铁素体和奥氏体。

当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物相Fe3C，称为渗碳体。

3）碳原子溶入δ-Fe中所形成的固溶体称为高温铁素体。

它在1394℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。

4）铁碳合金相图的基本组成相是铁素体、奥氏体和渗碳体，这里引出这三个体，具体理解如下。

1、铁素体碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，称做铁素体，如图1所示。

由于体心立方晶格的α-Fe的晶格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以碳在铁素体中的溶解度很小。

在727℃时最大固溶度为0.0218%，而在室温时碳的固溶度几乎降为零。

因此，常温下铁素体的力学性能与纯铁相近，铁素体有优良的塑性和韧性，但强度，硬度较低，在铁碳合金中是软韧相，铁素体是912℃以下的平衡相，也称做常温相，其显微组织图如图2所示。

铁碳相图幻灯


Fe—C合金中的基本相 （4）铁素体（ferrite） 铁素体（α或 F）是 C 溶于α－Fe 形成的 间隙固溶体称为铁素体（ferrite）。 （5）渗碳体（cementite） 前面已讨论过 （6） 石墨（C） 在一些条件下，碳可以以游离态石墨 （graphite） (hcp)稳定相存在。所以石墨 在于Fe—C合金铸铁中也是一个基本相。
●可锻性：金属经受压力加工改变形状但不产生裂 纹的性能。
铁碳相图的应用
在生产中具有很大的实际意义，主要应用在钢铁材料的 选用和加工工艺的制订两个方面。 （1）在选材方面 （2）在铸造工艺方面 （3）在热锻热轧工艺方面 （4）在热处理工艺方面
锻压常识及相关知识
主要涉及的内容

铁碳合金相结构
iron-carbon diagram
Fe—C合金概述

钢 (Steels) 和铸铁 (Cast irons) 是现代机械制造工 业中应用最广的金属材料，虽然种类很多，成分不一， 其基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳 合金（alloys of the iron－carbon system）。 铁碳相图 (iron-carbon diagram) 描述了钢铁材料的 成分、温度与组织（相）之间的关系，是了解钢铁材料 的基础。
实例
Elliptical head Upper shell (Ⅰ、 Ⅱ) Conical shell Intermediate shell (lower) (Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) Tube sheet Primary head (channel head)
实例
Upper head Core shell Lower head
（2）钢

铁碳合金相图

一、铁碳合金中的基本相铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。

铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。

不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。

由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。

1,铁素体(ferrite)铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)表示,体心立方晶格;虽然BCC的间隙总体积较大,但单个间隙体积较小,所以它的溶碳量很小,最多只有0.0218%(727℃时),室温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高,并有铁磁性.铁碳合金中的基本相铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度低.δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS.铁碳合金中的基本相铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围.铁碳合金中的基本相2,奥氏体(Austenite )奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)表示,面心立方晶格;虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,所以它的溶碳量较大,最多有2.11%(1148℃时),727℃时为0.77%.铁碳合金中的基本相在一般情况下, 奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时,都应将其加热成奥氏体状态,所谓"趁热打铁"正是这个意思.σb=400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%.另外奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,可用于要求不受磁场的零件或部件.铁碳合金中的基本相奥氏体的组织与铁素体相似,但晶界较为平直,且常有孪晶存在.铁碳合金中的基本相3,渗碳体(Cementite)渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,用化学分子式"Fe3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔点为1227℃,质硬而脆,耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈白色,如果用4%苦味酸溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑色.铁碳合金中的基本相渗碳体是钢中的强化相,根据生成条件不同渗碳体有条状,网状,片状,粒状等形态,它们的大小,数量,分布对铁碳合金性能有很大影响.铁碳合金中的基本相总结:在铁碳合金中一共有三个相,即铁素体,奥氏体和渗碳体.但奥氏体一般仅存在于高温下,所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体.由于铁素体中的含碳量非常少,所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中.这一点是十分重要的.铁和碳可以形成一系列化合物,如Fe3C,Fe2C,FeC等,有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分,通常称其为 Fe-Fe3C相图, 此时相图的组元为Fe和Fe3C._由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下,因此成分轴从0~6.69%.所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图.二、铁碳合金相图分析Fe—Fe3C相图看起来比较复杂,但它仍然是由一些基本相图组成的,我们可以将Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析.1.上半部分-------共晶转变在1148℃,4.3%C的液相发生共晶转变:Lc (AE+Fe3C),转变的产物称为莱氏体,用符号Ld表示.存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体,用符号Ld表示,组织由奥氏体和渗碳体组成;存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体,用符号Ldˊ表示,组织由渗碳体和珠光体组成.低温莱氏体是由珠光体,Fe3CⅡ和共晶Fe3C组成的机械混合物.经4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察,其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3C基体上,Fe3CⅡ和共晶Fe3C交织在一起,一般无法分辨.2.下半部分-----共析转变在727℃,0.77%的奥氏体发生共析转变:AS (F+Fe3C),转变的产物称为珠光体.共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不非液体.3.相图中的一些特征点相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G(A3点),S(A1点),它们的含义一定要搞清楚.根据相图分析如下点：相图中重要的点(14个)：1.组元的熔点: A (0, 1538) 铁的熔点;D (6.69, 1227) Fe3C的熔点2.同素异构转变点:N(0, 1394)δ-Fe γ-Fe;G(0, 912)γ-Fe α-Fe相图3.碳在铁中最大溶解度点:P(0.0218,727),碳在α-Fe 中的最大溶解度E(2.11,1148),碳在γ-Fe 中的最大溶解度H (0.09,1495),碳在δ-Fe中的最大溶解度Q(0.0008,RT),室温下碳在α-Fe 中的溶解度三相共存点:S(共析点,0.77,727),(A+F +Fe3C)C(共晶点,4.3,1148),( A+L +Fe3C)J(包晶点,0.17,1495)( d+ A+L )其它点B(0.53,1495),发生包晶反应时液相的成分F(6.69,1148 ) , 渗碳体K (6.69,727 ) , 渗碳体4. 铁碳相图中的特性线相图中的一些线应该掌握的线有:ECF线,PSK线(A1线),GS线(A3线),ES线(ACM线)水平线ECF为共晶反应线.碳质量分数在2.11%～6.69%之间的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共晶反应.5.水平线PSK为共析反应线碳质量分数为0.0218%～6.69%的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共析反应.PSK线亦称A1线.GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线, 通常称A3线.ES线是碳在A中的固溶线, 通常叫做Acm线.由于在1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%, 而在727℃时仅为0.77%, 因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃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). Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线.PQ线是碳在F中固溶线.在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%, 室温时仅为0.0008%, 因此碳质量分数大于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).PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线.Fe3CIII数量极少,往往予以忽略.6.相图中的相区1.单相区(4个+1个): L,δ,A,F ,(+ Fe3C)2.两相区(7个):L + δ,L + Fe3C,L + A, δ+ A ,A + F ,A + Fe3C ,F + Fe3C.三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1．含碳量对铁碳合金平衡组织的影响按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时的组织组成物和相组成物间的定量关系2．含碳量对机械性能的影响渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低。

材料科学基础-铁碳相图


• 碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。
• 都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,
在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
• 铁素体的组织为多边形晶粒，性能特点：强度低、 硬度低、塑性好。
一、铁碳合金的组元及基本相
• ⑵ 奥氏体(Austenite):
• 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体，用A或 表示。
的成分、温度、
组织及性能之间 关系的理论基础, 是制定热加工、 热处理、冶炼和 铸造等工艺依据.
一、铁碳合金的组元及基本相
1. 基本组元： Fe、 Fe3C
2. 基本相：
良好塑韧性→钢中基体相
铁素体(α/F) ： C 在 BCC α-Fe中的间隙固溶体 奥氏体(γ/A) ： C 在 FCC γ-Fe中的间隙固溶体 渗碳体(Fe3C/Cm)：Fe与C形成的间隙化合物 高温铁素体(δ) C 在 BCC δ -Fe中的间隙固溶体 液相(L)
硬、脆→钢中强化相
一、铁碳合金的组元及基本相
纯铁的异构转变
1538℃ 1394℃ L → δ-Fe → γ-Fe bcc fcc 912℃ → α-Fe bcc
A N
G
纯铁的冷却曲线
一、铁碳合金的组元及基本相


⑴ 铁素体(Ferrite)：
碳在-Fe中的固溶体称铁
素体, 用F 或 表示。
铁素体
四、含碳量对铁碳合金的影响
• 3. 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，钢的强度、硬度 升高，塑性、韧性下降。

0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连 续网状，强度下降, 但硬 度仍上升。 ＞2.11%C，组织中有以 Fe3C为基的Le’,合金太脆.
  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)。

二、白口铁的结晶过程与显微组织
• 1、共晶白口铁L Ld(A+Fe3C) Ld(A + Fe3C
+Fe3C) L'd(P + Fe3C +Fe3C) • 2、亚共晶白口铁 L L+A A+ Ld A+ Fe3C
+Ld P + Fe3C +L 'd
• 3、过共晶白口铁L L+ Fe3C Fe3C +Ld
三、石墨化过程及影响因素
石墨化：碳以石墨形式析出的过程。
灰口铸铁中的石墨是通过液态铁水进行结晶时的石墨化 过程获得的，一般可分为三个阶段：
（1）第一阶段石墨化： • 按照Fe-C(G)相图，它包括从铸铁的液相中直接析出 的一次石墨(GI)，即冷却到液相线时析出的一次石墨 的过程(L→LCˊ+GI)，以及在1154℃共晶转变时形成 的共晶石墨(G共晶) 的过程，即LCˊ→AEˊ+G共晶。 • 按照Fe-Fe3C相图，它包括一次渗碳体(Fe3CI)和共晶 渗碳体(Fe3C共晶)在高温下分解而析出石墨的过程。
§ 6-6 铸铁
一、铸铁的分类
根据碳的存在形态铸铁可分为： 1、白口铸铁 • 碳全部以Fe3C形式存在，断口呈白色，硬而脆， 不能进行切削加工。工业上很少用于制造机器零件， 主要用于炼钢原料。 2、灰口铸铁 • 碳全部或大部分以单质状态的片状石墨形态存在， 断口呈深灰色 。 3、麻口铸铁
★根据石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为： • 灰铸铁，即铸铁中石墨呈片状存在。 • 球墨铸铁，即铸铁中石墨呈球状存在。 • 蠕墨铸铁，即铸铁中石墨呈蠕虫状存在，即 其石墨形态介于片状与球状之间。 • 可锻铸铁，即铸铁中石墨呈团絮状存在。 ★ 此外，依据铸铁的化学成分、结晶形态和组织 性能不同，可分为 常用铸铁 ( 普通铸铁 ) 和 合金 铸铁(特殊性能铸铁)两类。
二、 Fe3C：是晶格复杂的间隙化合物，强度很 低（40MPa)，塑性几乎为零，但硬度很高 (HB800)，所以Fe3C硬而脆。在钢和白口铁中以 片状、球状、网状、条状等形式存在。它的形状 和分布对钢性能影响很大，是铁碳合金的强化相。 三、铁碳合金中的相 1、液相L 2、 相-高温铁素体。 3、 相- 铁素体（用F或 表示） 4、 相-奥氏体（用A或 表示） 5、 Fe3C
第六章 铁碳合金
• 本章重点： Fe-Fe3C相图中典型合金的平衡结晶过程，特 别是钢的部分。 • 难点：共晶与共析转变，结晶过程中各相成分的变化规 律，平衡相及组织的相对量计算。 一、学习Fe-Fe3C相图的意义 二、对Fe-Fe3C相图的几点说明 § 6-1 铁碳合金的基本相 一、 Fe - Fe - Fe - Fe 。 C在- Fe中的间隙固溶体叫铁素体（F）， C在- Fe中 的溶解度极小，最大为0.0218%. C在- Fe中的固溶体叫奥氏体（A）,C在- Fe中的溶解度 较大，为2.11%~0.77%。 • F与A的强度、硬度都较低，而塑性和韧性好。
3、优质碳素工具钢
• 用“T”表示，后面的数字表示含C量的千分数。
• T7、T8强度硬度较高，塑性韧性好，常用于受冲击
较大的工具（冲头、凿子等）。T9、T10、T11用于
高硬度、中等韧性的工具（钻头、丝攻等）。T12、
T13用来制造高硬度、高耐磨性而韧性要求不高的工 具（量具、锉刀等）。见表3-7。 • “ZG35”表示35号铸钢。“Y20”表示20号易切削钢。 高级优质钢分别在牌号后加“A”。
ห้องสมุดไป่ตู้
三、石墨化过程及影响因素
（2）第二阶段石墨化 • 按照Fe-C(G)相图，过饱和状态的奥氏体， 随着温度的降低，在1154℃~738℃沿着 E’S’线冷却时析出的二次石墨(GII) 的过 程，即AE→AS+GII。 • 按照Fe-Fe3C相图，二次渗碳体(Fe3CII)分 解而析出石墨的过程。
三、石墨化过程及影响因素
二、铸铁的结晶
• 由于渗碳体在长时间加热的条件下可以分 解为铁（或铁素体）和石墨，即 Fe3C→3Fe+C(G)。这表明石墨是稳定相， 而渗碳体仅是介（亚）稳定相。也就是说， 成分相同的铁液在冷却时，冷却速度愈慢， 析出石墨的可能性愈大；冷却速度愈快， 析出渗碳体的可能性愈大。因此反映铁碳 合金的相图实际上应是两个，即亚稳定的 Fe-Fe3C相图和稳定的Fe-C(G)相图。
三、石墨化过程及影响因素
• 石墨化的影响因素主要有化学成分和冷却速度两个。
• 1）化学成分：碳和硅是促进石墨化元素。当铸铁中 含硅小于1%时，即使含碳很高，石墨也难以形成， 因为硅与铁的结合力强，削弱了铁与碳的结合，并 使共晶点左移。
• Q195、Q215主要用于薄板、焊接钢管、铁丝等。 • Q235主要用于中板、钢管、钢筋、小轴、螺栓。
• Q255、Q275主要用于连杆、键、轴等。
• 2、优质碳素结构钢
• 用两位数字表示含C量的万分数。分普通含锰量和
较高含锰量（0.7~1%)两种。 • 低C钢用于冲压件、焊接件和渗C件。中C钢用于综 合性能要求较高的轴类和齿轮类零件。高C钢用于弹 簧、钢丝、钢带等。见表3-6。
二、铸铁的结晶
1 ． Fe-Fe3C 和 Fe-C 双重相 图 在铁碳合金中，碳可以三 种形式存在： • 一种是以原子形式固溶于 铁素体（F）中； • 另一种是以金属间化合物 （Fe3C）的形式存在； • 还有一种是以游离态的单 质石墨（G）存在。
二、 铸铁的结晶 • 石墨的晶格类型为简单六方晶格，原子呈 层状排列，同一层的原子间距为0.142nm， 结合力较强；而层与层之间的面间距为 0.340nm，是依靠较弱的金属键结合，故 石墨具有不太明显的金属性能（如导电 性），而且由于层与层间的结合力较弱， 易滑动，故石墨的强度、塑性和韧性较低， 硬度仅为3~5HBS。
Fe3C +L ' d 因为白口铁在高温时都有脆性的共晶莱氏体，所 以不能进行锻压，而共晶成分合金的流动性好，适合 于铸造。
§ 6-4 碳与杂质对钢性能的影响
• 钢中除碳外，还有杂质元素硅、锰、硫、磷等。 • 1、碳的影响 • 钢在平衡状态下是有F和Fe3C两个相组成，F有良好的 塑性，而强度硬度低。 Fe3C硬而脆。 • 在亚共析钢中，随含碳量的增加，F量减少，P量增加， 钢的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低。 • 在过共析钢中， Fe3C除形成P体外，还以网状形式形 成Fe3C 分布在晶界上，随着含碳量的增加，数量增多， 网络越厚越完整， Fe3C 网割裂了P体晶粒之间的联系， 因此，在过共析钢中随着含碳量的增加，钢的强度降低， 在约0.9%C时达最大值。所以，工业上常用的碳钢含C量 一般不超过1.4%。
§ 6-2 Fe-Fe3C相图分析
2、重要的线
ACD：液相线。 AECF：固相线。 ES：碳在奥氏体中的溶解度曲线。以Acm表示。 凡含C量高于0.77%的铁碳合金自1148 C 冷 到727C时，均会从奥氏体中沿晶界析出网状 Fe3C。 PQ：碳在铁素体中的溶解度曲线。 凡含C量大于零的铁碳合金自727C 冷到室温 时均会从铁素体中析出 Fe3C I ，但是因含量很 少一般不予考虑。
• 一、分类
• 1、按用途分：结构钢、工具钢 • 2、按含碳量分：低C钢（0.25%)，中C钢（ 0.30~ 0.6 %)，高C钢（ 0.6%)。 • 3、按质量分：普通钢（P 0.045%，S 0.055%)， 优质钢（结构钢 P 0.04%，S 0.045%。工具钢P 0.035%，S 0.03%)，高级优质钢（ P 0.03%，S 0.02%）。
GS：从不同含碳量的奥氏体中析出铁素体的开
始线。以A3表示。
EFC：共晶线。共晶反应发生在含碳为 2.11~
6.69%的铁碳合金中。
PSK：共析线，以A1表示。共析反应发生在含 碳为 0.0218~ 6.69%的铁碳合金中。
§ 6-3 典型合金的结晶过程及组织
• 按含碳量和组织不同，铁碳合金分三类： • 1、工业纯铁（C< 0.0218%） • 2、钢（C 0.0218~ 2.11%）。根据室温组织不 同，又分三种：共析钢（C= 0.77%），亚共析 钢（C < 0.77%），过共析钢（C> 0.77%）。 • 3、白口铁（C2.11~ 6.69%）。根据室温组织 不同，又分三种：共晶白口铁（C=4.3%），亚 共析白口铁（C < 4.3%），过共析白口铁（C> 4.3%）。
一、重要点与线的分析 1、重要的点 A：纯铁的熔点，t=1538C，C=0 D：Fe3C的熔点，t=1227 C， C=6.69% G：纯铁同素异构转变点，- Fe- Fe t=912 C，C=0 E：C在- Fe中的最大溶解度点，t=1148 C ，C=2.11%， 也是钢与白口铁的成分分界点。 P： C在- Fe中最大溶解度点，t=727 C， C=0.0218%。 也是纯铁与钢的成分分界点。 C：共晶点，t=1148 C， C=4.3% S：共析点，t=727 C ，C=0.77%
（3）第三阶段石墨化 • 按照Fe-C(G)相图，在738℃共析转变时形成 的共析石墨(G共析) 的过程，即A S→F P+G共析。 • 按照Fe-Fe3C相图，共析渗碳体(Fe3C共析)分解 而析出石墨的过程。 由于石墨化过程是碳原子扩散的过程， 所以石墨化的温度愈低，原子扩散愈困难， 因而愈不易石墨化过程的进行。显然，由于 石墨化程度的不同，将获得不同基体的铸铁 组织。
使钢产生“热脆”性。 在钢中以其含量的多少作为评定钢材质量的标准。
2）硅锰的影响
硅锰都能溶入F体中，使钢的强度、硬度提高， 但由于在钢中的含量少，其影响不明显。Mn能 与S亲合力大，形成MnS，其熔点高（1620 Cº ），
常呈粒状分布在晶内，且具有一定的塑性，可降
低FeS的有害作用。