当前位置：文档之家 › 第三章 铁碳合金状态图

第三章 铁碳合金状态图

  • 格式：ppt
  • 大小：8.66 MB
  • 文档页数：15

下载文档原格式

  / 15

合集下载

铁碳合金相图

铁碳合金相图

二 相图中点的含义
1A点 纯铁的熔点;温度 1538℃,Wc=0
2G点 纯铁的同素异晶转变点; 冷却到912℃时,发生 γF→α-Fe
3Q点 600℃时,碳在αFe中的 溶度,Wc=0 0057%
二 相图中点的含义
4D点 渗碳体熔点,温度 1227℃,Wc=6 69%
5C点 共晶点;温度1148℃，Wc=4 3% 成分为C的液相，冷却到此 温度时，发生共晶反应 Lc→A+Fe3C
一 铁碳合金的分类：
按含碳量的不同;铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛 钢和 白口铸铁; 其中，把 含碳量小雨0 0218% 的铁碳合金称为纯铁； 把含碳量大于 0.0218%而小于2.11% 的铁碳合金称为钢； 把含碳量大于2.11% 的铁碳合金称为铸铁。
纯铁 钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁组织为单相铁素体 (<0 0218% C)
一次渗碳体+ 低温莱氏体
性能特 强度 硬 C↑,强度 硬度逐 强度较高,硬度 硬度较高,塑性差,
点平衡 度低、 渐提高,有较好的 适中,具有一定 随着网状二次渗碳
状态 塑性好 塑性和韧性
的塑性和韧性 体增加,强度降低
硬度高;脆性大，几乎没有塑性
1 亚共析钢的组织的变化顺序：
亚共析钢的室温组 织由珠光体和铁素体 组成合金的组织按下 列顺序变化：
课堂练习：
1 共析钢冷却到S点时;会发生共析转变，从奥氏体中
同时析出
铁和素（体
）渗的碳混体 合物，称为（
） ; 珠光体
2、过共晶白口铸铁的室温组织是（一次渗碳体 ）加（ ）。低温莱氏体
3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4 3 ）%
一 填空题
1、常见的金属晶体类型有 晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种; 2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成 。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同;固溶体分为（ ）和 （ ）两种。 4、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（ ）和（ ）,属 于金属化合物的有（ ），属于混合物的有（ ）和莱氏体。 5、原子呈无序堆积状态的物体叫（ ）；原子呈有序、有规则排 列的物体叫（ ）。一般固态金属都属于（ ）。 6、常温下金属的塑性变形方式主要有（ ）和（ ）两种。 7、变形一般分为（ ）变形和（ ）变形两种，不能随载荷的去除 而消失的变形称为（ ）变形。 8、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（ ）及（ ）。

铁碳合金相图43820

铁碳合金相图43820

体Fe3CⅡ。
8
二、相图中的特性线
5）GS线 奥氏体冷却时开始向铁素 体转变的温度线，通常称 为A3线。
6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。 奥氏体冷却到共析线温度 （727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体（P），
wC＞0.0218%的铁碳合金
均会发生共析转变。 9
共晶和共析的概念：
共晶：指一定成分的液
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨0.0218% 的铁碳合金称为纯铁； 把含碳量大于 0.0218%而小于2.11% 的铁碳合金称为钢； 把含碳量大于2.11% 的铁碳合金称为铸铁。
17
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C)
4.3%C)
部分莱氏体组织)
③ 过共晶白口铸铁 (4.3 ～ 6.69%C)
18
铁碳合金的室温组织及分类：
合金类别 纯铁 亚共析钢
钢 共析钢
含碳量 <0.0218
(%)
0.0218~0.77
室温组织 F
F+P
0.0218~2.11 0.77 P
过共析钢
0.77~2.11 P+Fe3CⅡ
亚共晶铸铁
白口铸铁 共晶铸铁
20
2.共析钢的组织的变化顺序： 共析钢在室温时的组 织是珠光体，合金的 组织按下列顺序ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化：
• 目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的 铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大 于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。
3
二、相图中点的含义
1）A点 纯铁的熔点，温度 1538℃,Wc=0

铁碳合金状态图课件

铁碳合金状态图课件
根据铁碳合金中各元素的分布情况，在 图上绘制相应的曲线。
根据铁碳合金在不同温度下的状态，绘 制等温线。
根据铁碳合金在不同温度和成分下的状 态，在图上标记相应的区域，并注明相 应的名称。
04
铁碳合金状态图的应用
在铸造工业中的应用
铸造工艺设计
铁碳合金状态图是铸造工艺设计的重 要依据，通过分析合金的凝固温度范 围和液相线温度，可以确定合适的浇 注温度和时间。
确定比例尺
根据实际需要选择合适的比例 尺，以便在图纸上准确表示铁 碳合金的实际 状态，在图上绘制等温线。
绘制元素分布曲线
根据铁碳合金中各元素的分布 情况，在图上绘制相应的曲线。
绘制实例和演示
选择合适的比例尺，绘制坐标轴。
对绘制好的铁碳合金状态图进行演示和 讲解，以便更好地理解和掌握铁碳合金 的状态变化规律。
1 2 3
铁碳合金状态图的实验研究
当前，研究者通过实验手段深入探究铁碳合金的 相变规律和组织性能，为实际生产提供理论支持。
铁碳合金状态图的计算模拟研究
随着计算材料学的进步，研究者利用计算机模拟 手段预测和模拟铁碳合金的状态和性能，为新材 料的开发提供有力支持。
铁碳合金状态图的应用研究
在实际生产中，钢铁企业根据铁碳合金状态图选 择合适的材料和工艺，提高产品质量和降低成本。
适的锻造温度和变形量。
锻件质量控制
通过铁碳合金状态图，可以预测锻 件在不同温度和变形条件下的组织 和性能变化，从而控制锻件的质量。
锻造设备选择
根据铁碳合金状态图，可以确定不 同锻造条件下材料的变形行为和所 需设备吨位，从而选择合适的锻造 设备。
在焊接工业中的应用
焊接材料选择
铁碳合金状态图可以指导焊接材 料的选择，根据母材的成分和状

1-3铁碳合金状态图

1-3铁碳合金状态图
K
A+Fe3CⅡ
S 4 3 4
F
3
2
3
F+P
Q C％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L
0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
1538℃
A D
Y A+Y
E C
Y +Fe3CⅠ
F
1148℃ 912℃ G
A
Fe3C
A3
F+A
727℃ P S
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ Ld’ +Fe3CⅠ
A3
F+A
727℃ P
3 3
Acm
A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ L’ +Fe3CⅠ
K
A+Fe3CⅡ
S 4 3 4
F
3
2
3
F+P
Q C％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L
0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
铁碳合金状态图的作用
铁碳合金状态图主要是用来分析铁碳合 金的成分 温度、组织 成分、温度 组织三者之间的关系。 当含碳量增加时，铁素体的比例减少， 珠光体比例增大，故而碳钢的机械强度 和硬度增大，塑性和韧性降低；当含碳 量超过0.9%时，碳钢中C的含量增多， 硬度增加，强度、塑性、韧性均下降。 当温度一定时，控制了碳钢的含碳量 就控制了碳钢的组织和性能；碳钢的机 械性能又决定了碳钢的用途。

Fe-c

Fe-c

Fe—C 2. Fe C合金中的基本相
Fe—Fe3C相图中，Fe—C Fe3C相图中 在Fe Fe3C相图中，Fe C合金在不同条件 成分，温度) 可有五 个基本相： (成分，温度)下，可有五（六）个基本相： L Fe3C相、（石墨 石墨G 相、δ相、γ相、α相、Fe3C相、（石墨G）。 液相( （1）液相(L) Fe与 在高温下形成的液体溶液。 ABCD线 Fe与C在高温下形成的液体溶液。(Aห้องสมุดไป่ตู้CD线 以上) 以上) 高温铁素体（ （2）δ相[高温铁素体（high temperature ferrite） ferrite）]
（2）Fe—Fe3C相图的线 2 Fe Fe3C Fe3C相图的线 。
A.三条水平线 A.三条水平线
① HJB-- 包晶转变线 ： HJB-1459℃ （1459℃） L0.53+δ0.09 γ0.17 （LB+δH γ J）
转变产物为奥氏体 (austenit) 强度低， 强度低，塑性好
A.三条水平线 A.三条水平线
纯铁的同素异构转变
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
概念
铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。 奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间 隙固溶体。 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物 （F+Fe3c 含碳0.8%） 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳 4.3%）
Fe—C Fe C合金中的基本相
奥氏体（austenite） （3） 奥氏体（austenite） 奥氏体( A)是 Fe形成的间 奥氏体 ( γ 或 A) 是 C 溶解于 γ—Fe 形成的间 Fe 隙固溶体称为奥氏体（austenite）。 隙固溶体称为奥氏体（austenite） 奥氏体

第三章铁碳合金相图详解版

第三章铁碳合金相图详解版

第 二 节 铁碳合金状态图
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
一、Fe - Fe3C 相图的建立
4. 铁碳合金分类
（1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
（2） 碳钢 共析钢 0.77% C 过共析钢 >0.77% C 亚共晶白口铸铁<4.3% C
（3） 白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3% C 过共晶白口铸铁 >4.3% C
三、典型铁碳合金的结晶过程
1 1)共析钢的结晶过程
1 3)过共析钢的结晶过程
T12钢组织
室温组织：P+Fe3CⅡ
1
补充：工业纯铁的结晶过程
4）共晶白口铁结晶过程
室温组织为： Ld‘ （ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
5）亚共晶白口铁的结晶过程 室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
1
6）过共晶白口铁的结
晶过程
室温组织为：Fe3CⅠ +Ld‘ Ld‘（ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
一 、含碳量对碳钢室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
钢铁 分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁 亚共析钢 过共析钢
白口 铸 铁
共晶白口铸铁

铁碳合金状态图(精)

铁碳合金状态图(精)



过共析钢： （0.77%＜C＜2.11%）
② ③ ① 合金III： P Fe3C A Fe3C 室温 ④
LL AΒιβλιοθήκη A共晶白口铸铁： （C=4.3%） L L 'd Ld ② 合金IV： ① 室温
铁碳合金状态图
铸钢件生产技术课程
铁碳合金状态图
用来表示在平衡状态下，不同含碳量的铁碳合金 在不同温度下所处的状态，晶体结构和显微组织 特征的图称为铁碳合金状态图（又叫铁碳平衡
图）。 利用合金状态图可以全面了解不同成分的铁碳合 金在不同温度下处于什么状态，组织结构等，它 是制定熔铸、锻造、热处理工艺的重要依据，也 是分析合金组织研究相变规律的工具。
2. 铁碳合金分类
钢 含C量0.0218～
2.11% 共析钢 含C量0.77% S点 P 亚共析钢0.0218≤0.77% S点以左 F+P 过共析钢0.77≥2.11% S点以右 Fe3c+P 3.2.2.2 白口铸铁 2.116.69% 共晶白口铸铁 4.3% 亚共晶白口铸铁 2.114.3% 过共晶白口铸铁 4.36.69%
3.铁碳合金相图的用途
1. 作为选用钢材料的依据：
如制造要求塑性、韧性好，而强度不太高
的构件，则应选用含碳量较低的钢；要求 强度、塑性和韧性等综合性较好的构件， 则选用含碳量适中的钢，各种工具要求硬 度高及耐性好，则应选用含碳量较高的钢。
2.定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据
在铸造方面：


3. 典型铁碳合金的结晶过程
共析钢：（C=0.77%） L P L A A ③ 合金I： ① ② 室温 亚共析钢：（0.0218%＜C＜0.77%） A F L A A L ④ ② ③ 合金II： ① F P 室温

铁碳合金相图60218

铁碳合金相图60218

铁碳合金 (按成分可
⑵钢(高温组织为单相 A，易于
变形)
分为三类)
① 亚共析钢 (0.0218 ～ 0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢 (0.77 ～ 2.11%C)
(3)白口铸铁(在液态下结晶时，全部
或部分液相会发生共晶变，获得全部或
① 亚共晶白口铸铁 (2.11 ～ 4.3%C) ② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨 0.0218%的铁碳合 金称为纯铁；把含碳 量大于0.0218%而 小于2.11%的铁碳合 金称为钢；把含碳量 大于2.11%的铁碳合 金称为铸铁。 17
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C)
围内，温度不宜太高，以免钢材严重氧
化或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终
锻（或终轧）温度，一般亚共析钢控制
在稍高于GS线，过共析钢控制在稍高
于PSK线。温度不能太低，以免钢材因
塑性变差，导致产生裂纹。
30
4、在热处理方面的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用
Fe－Fe3C相图是制订热处 理工艺的依据。应用Fe－ Fe3C相图可以正确选择各种 碳钢的退火、正火、淬火等 热处理的加热温度范围。由 于含碳量的不同，各种碳钢 热处理的加热温度和组织转 变也各不相同，都可从状态 图中求得。
2、过共晶白口铸铁的室温组织是（一次渗碳）体加 （ 低温莱）氏体。
3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4.3）%
33
一、 填空题
1、常见的金属晶体类型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种。
2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成。

03 铁碳合金相图

03 铁碳合金相图

二、铁碳合金的基本相
1.铁素体 ( F或α )
碳溶于α–Fe中的间隙 固溶体，呈体心立方晶格 ， 它的晶格间隙小，因而溶解 碳的能力较低。在727℃时 溶碳量最大，可达0.0218％。 随着温度的降低，它的溶碳 能力继续降低，在室温约为 0.0008％。 铁素体的组织为多边形 晶粒，性能与纯铁相似,即 铁素体的强度、硬度不高， 但塑性、韧性良好。
S ⇄FP+ Fe3C
• ⑶ 其它相线
3、铁碳合金状态图中的相区
（1）五个单相区 ABCD线以上的液相区（L）；AHNA线围着的δ固溶体相 区（δ）；NJESGN线围着的奥氏体相区（A）；GPQG 线围着的铁素体相区（F）；DFKL线垂线代表的渗碳体 相区（Fe3C）。 （2）七个双相区 ABＨA线围着的L+δ相区；JBCEJ线围着的L+A相区； DCFD线围着的L+Fe3CⅠ相区；HJNH线围着的δ+A相区； EFKSE线围着的A+Fe3C相区；GSPG线围着的A+F相区； QPSKLQ线围着的F+Fe3C相区。 （3）三个三相共存区 HJB线为L 、δ、A三相区；ECF线为L、A、Fe3C三相区； PSK线为A、F、Fe3C三相区。
Fe
Fe3C
Fe2C
FeC
C%(at%) →
C
铁碳合金相图是
研究铁碳合金最 基本的工具，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.
2.5.2 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本相的结构与性能
一、组元
* 铁 (Fe)
机械性能特点是强度、硬度低，塑性 好 * 渗碳体 (Fe3C ) 机械性能特点硬而脆

铁碳合金状态图

铁碳合金状态图

② 亚共析钢
③ 过共析钢
3）白口铸铁
2.11％ < WC ≤ 6.69％
按室温组织不同，又可分为以下三种： ① 共晶白口铸铁 WC = 4.3％ 室温组织：低温莱氏体 ② 亚共晶白口铸铁 2.11％ < WC < 4.3％ 室温组织：低温莱氏体 + 珠光体 + 二次渗碳体 ③过共晶白口铸铁 4.3％ < WC ≤ 6.69％ 室温组织：低温莱氏体 + 一次渗碳体。
渗碳体是强化相，其形状有条状、网状、
片状、粒状等，它的形状、大小和分布对 钢的性能起重要作用。
四、珠光体

珠光体（P）

定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物
（平均含碳量：0.77%）

性能组织：介于F 和 Fe3C之间具有良好的综合力学性能
层片状
颗粒状
五、莱氏体

莱氏体（Ld）

定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物
727
共晶相图
共析相图
0.0218
0.77
2.11
4.3
Fe — Fe3C状态图
第一节 铁碳合金的基本相
一、铁素体

铁素体（F 或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体

晶格结构：体心立方晶格


最大溶解度：0.0218%（727℃）
性能组织：强度低、硬度低而塑性好。
二、奥氏体
奥氏体（A

2、制定铸、锻、热处理工艺的重要依据
1）铸造方面： 浇注温度一般在液相线以上50～100°C 铸造生产中，共晶成分附近的铸铁应用最多在此范围的钢， 其结晶温度范围小，铸造性能好
2）锻造方面： 锻造时，将其温度加热到A体区域， 能获得良好的塑性，易于锻造成形 白口铸铁中有大量硬而脆的渗碳体， 故不能锻造

03 铁碳合金状态图

03 铁碳合金状态图
1、铁碳合金状态图中的各特性点的意义 2、铁碳合金状态图中各特性线的意义 3、铁碳合金状态图中的相区
1、特性点：由字母标出的具有特定意义的点
2、特性线





ACD——液相线； AECF——固相线 其中：ACE区——L＋A； CDF区——A＋Fe3CI C点：共晶点 共晶反应：LC←－→Ld（AE+Fe3C） ECF——共晶线；wC=（2.11～6.69）%的铁碳合金，缓冷至 1148°C（ECF共晶线）都发生共晶转变。 共晶：在一定条件下（温度、成分），由液体合金中同时结晶出 两种不同晶体的转变。 GS——A冷却析出F开始线, 通常称为 A3线。 ES——C在A中溶解度曲线/ 冷却时A析出Fe3C开始线, 又称 Acm线。 PSK——共析线，又称A1线。wC>0.021 8% 的铁碳合金，缓冷至 727°C（PSK共析线）都发生共析转变。 S点：共析点 共析反应：AS←－→P（FP+ Fe3C） PQ——C在F中的溶解度曲线。
2）钢（ωc=0.0218%~2.11%）


3）白口铸铁（ωc=2.11%~6.99%）



四、典型的铁碳合金平衡结晶过程及组织
1) 共析钢的结晶过程分析
2结晶过程
4) 共晶白口铸铁的结晶过程
5) 亚共晶白口铸铁的结晶过程
6) 过共晶白口铸铁的结晶过程
1）图中的点、线和区域


三个基本相：L是Pb与Sn两组元形成的均匀的液相， α是Sn溶于Pb的固溶体，β是Pb溶于Sn的固溶体 三个单相区和三个两相区：即L+α、L+β、α+β相区。 在三个两相区之间有一根水平线MEN，是L+α+β三相 并存区 。

第3章 铁碳合金相图

第3章 铁碳合金相图

珠光体（P）
Pearlite
HBS＝170～230 （纯铁HBS＝50～80）
工程材料及热加工
莱氏体 奥氏体（珠光体）与渗碳体的机械混合物
含碳量:4.3% 共晶反应式:
L 4 .3 % C (A+Fe3C)
1148 C
性能：硬度高，塑性、韧性差
莱氏体(L)
Ledeburite
工程材料及热加工
珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。
工程材料及热加工

合金液体在 1-2点间转变 为。到S点 发生共析转 变：
S⇄P+Fe3C, 全部转变
为珠光体。
工程材料及热加工
4)过共析钢结晶动态示意图 液相
奥氏体
析 出
奥氏体+二次渗碳体
共析 转变
珠光体+二次渗碳体
从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体, 用Fe3CⅡ表示
组成物标注区别 主要在+ Fe3C和

+Fe3C两个相区. + Fe3C相区中有
四个组织组成物
区， +Fe3C 相区
+ Fe3C
+ Fe3C
中有七个组织组
成物区。
工程材料及热加工

A
H
L+
温N A+ 度
A
J
B
L
D
L+A
E S
P A+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
C A+ Fe3C
工程材料及热加工
第三章 铁碳合金相图
第一节 铁碳合金的组元及基本相 第二节 Fe-Fe3C相图 第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响

3-3 铁碳合金相图

3-3 铁碳合金相图

铁 碳 合 金 状 态 图
5） ECF水平线（1148C）为共晶线： 与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在 该线温度下将发生共晶转变：L4.3 A2.11 + Fe3C。 转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为 莱氏体，用符号“Ld”表示。莱氏体的组织特点 为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。
3、过共析钢的结晶过程 过共析钢在3点以前与共析钢类似； 当缓冷到3点温度时，奥氏体的溶碳量随着温度的 下降而逐渐降低，并沿着奥氏体晶界析出二次渗 碳体；随着温度继续下降，二次渗碳体不断析出 ，而剩余奥氏体的碳含量沿ES线逐渐减少； 温度降到4点(727℃)时；剩余奥氏体恒温下发生 共析转变而形成珠光体； 共析转变结束后，合金组织为珠光体加二次渗碳 体，直至室温。 所有过共析钢的室温平衡组织都是珠光体+网状二 次滲碳体。 但随着含碳量的增加，组织中珠光体的数量减少 ，网状二次 滲碳体的数量增加，并变得更粗大。
L（4.3％C） Ld（A＋Fe3C）
铁 碳 合 金 状 态 图
2、主要特性线 2） ） ACD AECF 线 31 ） GS 线线 液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成 固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成 奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通 的线，铁碳合金在此线以上处于液相。 的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体 常称为 A3线。 AC线下结晶出奥氏体；CD线下结晶出渗碳体。 状态。
w
2、亚共析钢（以 c=0.45％为例） 过W c=0.45％的亚共析钢作合金线，与相图 分别交于1、2、3、4点温度。 亚共析钢在3点以前的结晶过程与共析钢类似； 当缓冷到3点时，从均匀的奥氏体中开始析出铁素 体； 温度继续下降，奥氏体量逐渐减少，铁素体 量逐渐增加，就会将多余的碳原子转移到尚未转 变的奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量沿 GS线逐渐增加。 当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体含碳 量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件， 转变为珠光体。原铁素体不变保留了在基体中。 4点以下不再发生组织变化。故亚共析钢的室 温组织为铁素体＋珠光体。

第三节 铁碳合金状态图分析和应用

第三节 铁碳合金状态图分析和应用

金属工艺学电子教案（7）【课题编号】7-3.3【课题名称】铁碳合金状态图分析（二），铁碳合金状态图的应用。

[教材版本】郁兆昌主编．中等职业教育国家规划教材—金属工艺学（工程技术类）．第2版．北京：高等教育出版社，2006【教学目标与要求】一、知识目标较熟悉碳钢的结晶过程及组织，铁碳合金状态图的应用。

二、能力目标会分析碳钢的结晶过程及组织，会应用状态图制定热加工工艺和选用钢铁材料。

三、素质目标了解碳钢的结晶过程及组织，会应用状态图制定热加工工艺和选用钢铁材料。

四、教学要求对铁碳合金状态图有一般的认识，具有初步的分析和应用能力。

【教学重点】典型成分钢的结晶过程及组织。

【难点分析】典型成分铁碳合金的结晶过程及组织。

【分析学生】1、具有学习本次课的知识基础。

2、具有学习本次课的能力基础。

3、分析碳钢的结晶过程及组织，学会应用铁碳合金状态图是本章的学习重点、难点和最终目的，也是往后学习碳钢、钢的热处理、低合金钢和合金钢、铸铁以及铸造、锻压、焊接等内容的基础。

【教学设计思路】教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。

【教学资源】1．郁兆昌，潘展，高楷模研编制作．金属工艺学网络课程．北京：高等教育出版社，20052．郁兆昌主编．金属工艺学教学参考书（附助学光盘）．北京：高等教育出版社，2005 【教学安排】2学时（90分钟）教学步骤：讲授与演示交叉进行、讲授中穿插练习与设问，穿插讨论，最后进行归纳。

【教学过程】一、复习旧课（15分钟）1．简述铁碳合金的室温组织及性能、共析反应。

2．讲评作业批改情况；3．提问：题3-6；3-1。

二、导入新课分析铁碳合金的结晶过程及组织、学会应用铁碳合金状态图是铁碳合金状态图的核心内容。

三、新课教学（70分钟）1．典型铁碳合金的结晶过程及组织（40分钟）教师讲授共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及组织。

演示网络课程上述内容。

学生课堂练习：题分析Wc=0.45%、Wc=0.77%、Wc=1.0%铁碳合金结晶过程。

第三章-铁碳合金相图【详解版】

第三章-铁碳合金相图【详解版】

⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
• ⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
2021/1/18
4. 铁碳合金分类
• （1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
• 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Ld’,合金太脆.
1
2021/1/18
• 三、 含碳量对工艺性能的影响
2021/1/18
2)亚共析钢的 结晶过程
L→L+A →A→A+F先共析 AS(0.77% C) →P 室温组织为：P+F
2021/1/18
20钢组织
40钢组织
2021/1/18
• 亚共析钢室温下的组织 为F+P。
• 在0.0218~0.77%C 范围 内珠光体的量随含碳量 增加而增加。
60钢组织
2021/1/18
bcc
fcc
bcc
二、铁碳合金中的基本相
铁碳合金中的组元：Fe、C
L相：液态下无限互溶、成分均匀
Fe和C
固溶体相：C溶于Fe中形成 F、A等
金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C
  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、奥氏体（A） 奥氏体（ 奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体， 中所形成的间隙固溶体， 奥氏体是碳溶于 中所形成的间隙固溶体 面心立方晶格。 面心立方晶格。 其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。 其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。 其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。 其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。
（6）PSK水平线 共析线又称A1线 PSK水平线 共析线又称A （7）GP线 奥氏体析出 GP线 铁素体的终了线； 铁素体的终了线；也是铁 素体转变为奥氏体的开始 线 PQ线 （8）PQ线 碳在铁素体 中的溶解度曲线
3．Fe-Fe3C状态图中的相区 Fe单相区 （1）ACD线以上区域 ACD线以上区域 液相区 AESG区 （2）AESG区 奥氏体 区（A ） GPQ区 （3）GPQ区 铁素体区 （F ） DFK线 （4）DFK线 渗碳体线 （Fe3C）
（9）PSK线以下区域 PSK线以下区域
铁素体和渗碳体区（ 铁素体和渗碳体区（F+Fe3C）
第二节
铁碳合金状态图分析
一、简化的Fe-Fe3C状态图特征 简化的Fe-Fe3C状态图特征 Fe 图中温度为纵坐标， 图中温度为纵坐标，碳的质量分数为横坐 其左端点是纯铁(Wc 0)； (Wc＝ 标，其左端点是纯铁(Wc＝0)；右端点是 Fe3C(Wc=6.69%)。 Fe3C(Wc=6.69%)。 横坐标上的任何一 点,均代表了一种成分 均代表了一种成分 的铁碳合金。 的铁碳合金。图中的 任何一点， 任何一点，表明了某 一成分的铁碳合金在 一定温度下所具有的 状态或组织。 状态或组织。
1．Fe-Fe3C状态图的特性点 Fe（1）A点 纯铁的熔点 （2）G点 纯铁的同 素异晶转变点 600℃时 （3）Q点 600℃时 碳在α-＝0.0057％ Wc＝0.0057％ （4）D点 渗碳体 熔点
（5）C点 共晶点
Lc Ld(AE+Fe3C)
三、渗碳体（Fe3C） 渗碳体（ 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物， 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含 量是6.69％，具有复杂的晶体结构 6.69％，具有复杂的晶体结构。 量是6.69％，具有复杂的晶体结构。 其硬度很高，塑性和韧性很差， 、 其硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于 脆性很大。 零，脆性很大。 四、珠光体（P） 珠光体（ 珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混 合物。 合物。 铁素体与渗碳体片层状交替排列， 铁素体与渗碳体片层状交替排列，平均碳含量 为0.77％。 ％。 性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高， 性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高， 硬度适中，有一定的塑性。 硬度适中，有一定的塑性。
五、莱氏体（高温莱实体ld，变态莱氏体ld'） 莱氏体（高温莱实体l 变态莱氏体l 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合 平均碳含量4.3 4.3％。 物,平均碳含量4.3％。 存在于1148 727℃的莱氏体称为高温莱氏体 1148～ 存在于1148～727℃的莱氏体称为高温莱氏体 (Ld);存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体 存在于727℃ (Ld);存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体 ld‘），它是由渗碳体基体与珠光体组成。 ），它是由渗碳体基体与珠光体组成 （ld‘），它是由渗碳体基体与珠光体组成。 莱氏体的力学性能与渗 碳体相近硬度很高、 碳体相近硬度很高、塑性 很差。 很差。
（6）E点 碳在γ碳在γ Fe中的最大溶解度 Fe中的最大溶解度 （7）S点 共析点
Ac P(Fp+Fe3C)
碳在α （8）P点 碳在αFe中的最大溶解度 Fe中的最大溶解度
2．Fe-Fe3C状态图的特性线 FeACD线 （1）ACD线 液相线 AECF线 （2）AECF线 固相线 ECF水平线 （3）ECF水平线 共晶线 ES线 又称A （4）ES线 又称ACm线 是碳在奥氏体中的 溶解度曲线。 溶解度曲线。 GS线 又称A （5）GS线 又称A3 线 由奥氏体中析出铁 素体的开视线； 素体的开视线；也是铁 素体转变为奥氏体的终 了线。 了线。
第三章 铁碳合金状态图
第一节 铁碳合金的基本组织
铁碳合金状态图是表示在平衡状态下， 铁碳合金状态图是表示在平衡状态下，不同 成分的铁碳合金， 成分的铁碳合金，在不同温度时所具有的状态或 组织的一种图形。 组织的一种图形。
一、铁素体（F） 铁素体（ 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体， 中所形成的间隙固溶体， 铁素体是碳溶于 中所形成的间隙固溶体 体心立方晶格。 体心立方晶格。 其性能是强度、硬度很低，塑性、韧性好。 其性能是强度、硬度很低，塑性、韧性好。 显微组织是明亮的多边形晶粒。 显微组织是明亮的多边形晶粒。
两相区： 两相区： （5）ACE区 ACE区 液相和奥氏体区（L+A) 液相和奥氏体区（L+A) CDF区 （6）CDF区 液相和渗碳体区（ 液相和渗碳体区（L+Fe3CⅠ） EFKS区 （7）EFKS区 奥氏体和渗碳体区（ 奥氏体和渗碳体区（A+Fe3C） GSP线 （8）GSP线 奥氏体和铁素体区（A+F） 奥氏体和铁素体区（A+F）