铁碳合金的结构和相图培训课程.ppt

工程材料 海洋科学与技术学院 贾 非 第2章 铁碳合金的结构和相图 * 主 要 内 容 3C合金相图分析 铁碳合金相图中的基本相 3C合金相图 铁碳合金的结晶过程及组织 共析钢 亚共析钢 过共析钢 铁碳合金性能与成分、组织的关系 合金性能与相图的关系 3C合金相图的应用 * 铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢。 含碳量为 2.11 6.69%的称铸铁。 铁碳合金 铁和碳可形成一系列稳定化合物： 3C、 2C、 ，它们都可以作为纯组元看待。 含碳量大于3C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 3C相图。 铁碳合金相图 铁碳合金相图中的基本相 碳在δ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0.008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 铁素体 ⒈ 组元：、 3C ⒉ 相 ⑴ 铁素体： 碳在?中的固溶体称铁素体, 用F 或? 表示。 铁碳合金相图分析 ⑵ 奥氏体: 碳在? 中的固溶体称奥氏体。用A或 ? 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。 组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在? 区进行。 碳钢室温组织中无奥氏体。 奥氏体 铁碳合金相图中的基本相 ⑶ 渗碳体：即3C, 含碳6.69%, 用3C或表示。 3C硬度高、强度低(?b?35), 脆性大, 塑性几乎为零 3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：3C→3(石墨), 该反应对铸铁有重要意义。 由于碳在?中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以3C或石墨的形式存在。 铸铁中的石墨 钢中的渗碳体 铁碳合金相图中的基本相 ⒈ 相图中特征点的温度和含碳量 ? ? ? ? ? L J N G ? ? +Fe3C ? +Fe3C L+Fe3C L+? ? + ? 铁碳合金相图 ⒉ 特征线 ⑴ 液相线—， 固相线— ⑵ 三条水平线： ：包晶线δH? ?J ：共晶线? ?3C 共晶产物是? 与3C的机械混合物，称作莱氏体, 用表示。为蜂窝状, 以3C为基，性能硬而脆。 莱氏体 铁碳合金相图 ：共析线 ?S ? 3C 共析转变的产物是 ? 与3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。 L+δ L+ ? L+ Fe3C δ+ ? ? + Fe3C ? + ? F+ Fe3C 珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。 线又称A1线 。 珠光体 铁碳合金相图 ⑶ 其它相线 —? ? ? 固溶体转变线, 又称A3 线。 —δ? ? 固溶体转变线， —碳在? 中的固溶线。又称 m线。 —碳在?中的固溶线。 铁碳合金相图 ⑶ 三个三相区：即 (?+?)、(?+ 3C)、(?+?+ 3C)三条水平线 ⒊ 相区 ⑴ 五个单相区： L、?、?、?、3C ⑵ 七个两相区: ?、?、3C、? +?、?3C、?+? 、?3C ? 铁碳合金相图 ⑵ 钢(0.0218~2.11)高温组织为单相? ① 亚共析钢 (0.0218~0.77) ② 共析钢 (0.77) ③ 过共析钢 (0.77~2.11) 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。 亚共析钢 共析钢 过共析钢 共晶白口铁 过共晶白口铁 亚共晶白口铁 工业纯铁 典型铁碳合金的结晶过程及组织 ⑶ 白口铸铁 (2.11~6.69) 铸造性能好, 硬而脆 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3) ② 共晶白口铸铁(4.3) ③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69) 典型铁碳合金的结晶过程及组织 ㈠工业纯铁的结晶过程 合金液体在1-2点 间转变为?， 3-4点间?→?， 5-6点间?→?。 到7点，从?中析 出3C。 N S J B H ? L+? ?+? ?+? ? 典型铁碳合金的结晶过程及组织 随温度下降，3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为 3CⅢ。 室温下3CⅢ最大量为: 从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用3CⅢ表示。 3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。 典型铁碳合金的结晶过程及组织 ㈡ 共析钢的结晶过程 合金液体在1-2点间转变为?。 到S点发生共析转变： ?S??3C, ? 全部转变为珠光体。 典型铁碳合金的结