第三章-铁碳合金相图

《工程材料与热加工基础》——程晓宇《工程材料与热加工基础》第三章铁碳合金相图机械工程系金工教研室《工程材料与热加工基础》——程晓宇第三章铁碳合金相图•纯铁的同素异晶转变•Fe–C相图的基础知识。•形成Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能。•Fe-Fe3C相图的建立与分析。•碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。•Fe-Fe3C相图的应用。《工程材料与热加工基础》——程晓宇第一节Fe-C相图的基础知识2.铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物。3.稳定的化合物可以作为一个独的组元。4.Fe–C二元相图。1.纯铁的同素异晶转变《工程材料与热加工基础》——程晓宇1.纯铁的的同素异晶转变1394°C912°C体心立方面心立方密排六方δ-Feγ-Feα-Fe《工程材料与热加工基础》——程晓宇纯铁的冷却曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Fe《工程材料与热加工基础》——程晓宇2.Fe-C相图Fe3CFe2CFeC温度FeC(6.69%C)《工程材料与热加工基础》——程晓宇第二节形成Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能一.组元*铁(ferrite)*渗碳体(Cementite)《工程材料与热加工基础》——程晓宇二.基本组织1.铁素体(F)碳溶于α–Fe中的间隙固溶体。《工程材料与热加工基础》——程晓宇2.奥氏体(A)碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。《工程材料与热加工基础》——程晓宇奥氏体组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇3.渗碳体(Fe3C)铁与碳形成的金属化合物。《工程材料与热加工基础》——程晓宇渗碳体组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇4.珠光体(P)铁素体和渗碳体组成的机械混合物。《工程材料与热加工基础》——程晓宇5.莱氏体(Ld)奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。《工程材料与热加工基础》——程晓宇第三节Fe-Fe3C相图的建立与分析一.Fe-Fe3C相图的建立共晶反应相图共析反应相图Fe-Fe3C相图FeT°Fe3CFe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FP0.77%CLd’K(P+Fe3C)P+Ld’+Fe3CⅡLd’+Fe3CⅠP+FP+Fe3CⅡ(F+Fe3C)A+Fe3CⅡL+Fe3CⅠ(A+Fe3C)《工程材料与热加工基础》——程晓宇Fe-Fe3C相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇二.Fe-Fe3C相图的分析•五个重要的成份点:P、S、E、C、K。•四条重要的线:EF、ES、GS、FK。•两个重要转变:共晶转变反应式、共析转变反应式。•二个重要温度:1148℃、727℃。《工程材料与热加工基础》——程晓宇1.包晶转变反应式:LB+HAJ1495℃3.共析转变反应式:AS(FP+Fe3C)P727℃2.共晶转变反应式:LC(AE+Fe3C)Le1148℃《工程材料与热加工基础》——程晓宇三.典型铁碳合金的结晶过程分析•工业纯铁(ingotiron)•共析钢(eutectoidsteel)•亚共析钢(hypoeutectoidsteel)•过共析钢(hypereutectoidsteel)•共晶白口铁(eutectoidwhiteiron)•亚共晶白口铁(hypoeutectoidwhiteiron)•过共晶白口铁(hypereutectoidwhiteiron)《工程材料与热加工基础》——程晓宇1.工业纯铁(Wc0.0218%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇2.共析钢(Wc=0.77%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇共析钢组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇3.亚共析钢(Wc=0.45%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇亚共析钢组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇4.过共析钢(Wc=1.2%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇过共析钢组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇5.共晶白口铁(Wc=4.3%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇共晶白口铁组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇6.亚共晶白口铁(Wc=3.0%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇亚共晶白口铁组织金相图《工程材料与热加工基础》——程晓宇7.过共晶白口铁(Wc=5.0%)《工程材料与热加工基础》——程晓宇过共晶白口铁组织金相图组织组成物:F;Fe3CF;P0.77-0.45F=100%=43%0.77-0.020.45-0.02P=100%=57%0.77-0.02相组成物:6.69-0.45F=100%=94%6.69-0.02P=1–WF=57%Fe3C=1-WF=6%0.020.450.776.69《工程材料与热加工基础》——程晓宇第四节碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响•碳的质量分数对平衡组织的影响。•碳的质量分数对力学性能的影响。•碳的质量分数对工艺性能的影响。《工程材料与热加工基础》——程晓宇一.碳的质量分数对平衡组织的影响二.碳的质量分数对力学性能的影响《工程材料与热加工基础》——程晓宇三.碳的质量分数对工艺性能的影响•对铸造性能的影响。•对锻造性能的影响。•对焊接性能的影响。•对切削加工性能的影响。《工程材料与热加工基础》——程晓宇第五节Fe-Fe3C相图的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用《工程材料与热加工基础》——程晓宇一.选择材料方面的应用1.分析零件的工作条件,根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律进行选择材料。2.根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律,确定选定材料的工作范围。《工程材料与热加工基础》——程晓宇二.制定热加工工艺方面的应用《工程材料与热加工基础》——程晓宇钢铁的冶炼高炉炼铁铸铁锭生产铸铁件炼钢生铁转炉平炉电炉生产钢件《工程材料与热加工基础》——程晓宇转炉炼钢平炉炼钢电弧炉炼钢《工程材料与热加工基础》——程晓宇1.炼铁的冶金反应特点:还原反应Fe2O3Fe3O4FeOFeCO气体高温《工程材料与热加工基础》——程晓宇2.炼钢的冶金反应特点:氧化反应炼钢生铁钢氧化反应《工程材料与热加工基础》——程晓宇2.沸腾钢(boilingsteel)钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀,冲击韧性差,常用于要求不高的零件。1.镇静钢(killedsteel)钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右,成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。3.半镇静钢(balancedsteel)半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。