针织织物行业调查数据分析报告2016版

第四章铁碳合金与铁碳相图Chapter4Iron-carbonAlloysandIron-carbonPhaseDiagram主要内容：铁碳合金的基本相铁碳合金相图分析铁碳合金的平衡结晶过程及其组织含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响钢中的杂质元素及钢锭组织铁碳合金（Iron-carbonAlloy）以铁和碳为基本组元的合金。铁碳合金类别碳在铁碳合金中的存在形式①C溶入Fe的晶格间隙中形成间隙固溶体（铁素体、奥氏体）。②C与Fe作用形成化合物（Fe3C）。③C以游离态（石墨）存在。后两种是C在铁碳合金中的主要存在形式。通常情况下，C以Fe3C形式存在，铁碳合金的基本组成相就是Fe和Fe3C。本节讨论的铁碳相图是Fe-Fe3C相图。碳钢（CarbonSteel）（wC%＜2.11%）铸铁（CastIron）（wC%＞2.11%）铁碳合金第四章铁碳合金与铁碳相图第一节铁碳合金的基本相一、铁素体（Ferrite）定义：碳溶解在体心立方晶格的-Fe中形成的间隙固溶体。铁素体最大溶碳量（727C时）为0.0218%，室温溶碳量为0.008%。碳溶解在体心立方晶格的-Fe中形成的间隙固溶体，称为铁素体或高温铁素体。符号：或F。性能：与纯铁基本相同，强度和硬度低，塑性和韧性高。HB＝50～80，＝30～50%。第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.1铁碳合金的基本相二、奥氏体（Austenite）定义：碳溶解在面心立方晶格的-Fe中形成的间隙固溶体。奥氏体最大溶碳量（1148C时）为2.11%，727C时溶碳量为0.77%。符号：或A。性能：强度和硬度较低，塑性和韧性高。HB＝170～220，＝30～50%。相比铁素体，奥氏体可溶入更多的碳，强度和硬度更高。三、渗碳体（Cementite）定义：碳和铁相互作用形成的间隙化合物。符号：Cm或Fe3C。性能：熔点高，硬度高，脆性大，塑性几乎为零。HB＝800，0%。第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.1铁碳合金的基本相第二节铁碳合金相图分析一、Fe-Fe3C相图中的特性点符号温度/CwC/%说明A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成分（wC%）C11484.3共晶点D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度F11486.69渗碳体的成分G9120-Fe-Fe的转变温度（A3）H14950.09碳在－Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点K7276.69渗碳体的成分N13940-Fe-Fe的转变温度（A4）P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点（A1）Q室温0.0008室温时碳在-Fe中的溶解度第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.2铁碳合金相图分析LL+L+Fe3C+Fe3C+Fe3C+L++Fe3C(0.09)(0.53)(0.17)(0.77)(0.0218)(2.11)(4.3)1495C1148C727C1538C1227C1394C912CFe-Fe3C相图第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.2铁碳合金相图分析二、Fe-Fe3C相图中的特性线1.液、固相线液相线：ABCD；固相线：AHJECF2.三条水平线①HJB线：包晶线（1495C）包晶反应：②ECF线：共晶线（1148C）共晶反应：③PSK线：共析线（727C），又标记为A1线共析反应：莱氏体（Ledeburite），符号：Ld珠光体（Pearlite），符号：PL4.32.11＋Fe3C1148C0.770.0218＋Fe3C727CL0.53＋0.090.171495C第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.2铁碳合金相图分析3.三条固态转变线①GS线：冷却时奥氏体转变为铁素体的临界温度线，或加热时铁素体全部转变为奥氏体的终了温度线，又标记为A3线。②ES线：碳在奥氏体（）中的固溶度曲线，又标记为Acm线。③PQ线：碳在铁素体（）中的固溶度曲线。三、Fe-Fe3C相图中的相区5个单相区：L、、、、Fe3C；7个两相区：L＋、L＋、＋、L＋Fe3C、＋、＋Fe3C、＋Fe3C；3三相区：L＋＋、L＋＋Fe3C、＋＋Fe3C，即三条水平线。Fe3CⅢFe3CⅡ第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.2铁碳合金相图分析四、五种形态不同的渗碳体一次渗碳体（Fe3CⅠ）在1148C以上从液相中析出的渗碳体，呈粗大片条状。共晶渗碳体在1148C通过共晶反应生成的渗碳体，为连续的合金基体。二次渗碳体（Fe3CⅡ）在727C～1148C从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状。共析渗碳体在727C通过共析反应生成的渗碳体，呈层片状。三次渗碳体（Fe3CⅢ）在727C以下从铁素体中析出的渗碳体，呈细小片条状。特别说明：5种Fe3C除对铁碳合金性能有不同影响外，本质上并无不同，都是同一种相，只是显微组织形貌特征不同而已。第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.2铁碳合金相图分析①④⑤⑥⑦LL+L+Fe3C+Fe3C+Fe3C+L++Fe3C(0.09)(0.53)(0.17)(0.77)(0.0218)(2.11)(4.3)1495C1148C727C1538C1227C1394C912C第三节铁碳合金的平衡结晶过程及其组织⑥亚共晶白口铸铁（wC%＝2.11%～4.3%）⑦过共晶白口铸铁（wC%＝4.3%～6.69%）①工业纯铁（wC%＜0.0218%）②共析钢（wC%＝0.77%）③亚共析钢铁（wC%＝0.0218%～0.77%）④过共析钢（wC%＝0.77%～2.11%）⑤共晶白口铸铁（wC%＝4.3%）③②第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织一、合金①：工业纯铁（CommerciallyPureIron）（wC%＜0.0218%）①12工业纯铁结晶过程示意图34567第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织工业纯铁（wC0.0218%）的室温组织F＋Fe3CⅢFFe3CⅢ第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织二、合金②：共析钢（EutectoidSteel）（wC%＝0.77%）②1234共析钢结晶过程示意图342～3第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织共析钢（wC=0.77%）的室温组织PFFe3CP第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织FFe3CP共析钢（wC=0.77%）的室温组织P第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织三、合金③：亚共析钢（HypoeutectoidSteel）（wC%＝0.0218%～0.77%）③1234亚共析钢结晶过程示意图545663～4第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织亚共析钢（wC=0.0218%~0.77%）的室温组织F＋PFP第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织亚共析钢（wC=0.0218%~0.77%）的室温组织F＋PFP第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织亚共析钢的室温组织wC%＝0.2%的亚共析钢wC%＝0.4%的亚共析钢wC%＝0.6%的亚共析钢含碳量对亚共析钢室温组织的影响：第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织过共析钢结晶过程示意图四、合金④：过共析钢（HypereutectoidSteel）（wC%＝0.77%～2.11%）④12345452～33第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织过共析钢（wC=0.77~2.11%）的室温组织P＋Fe3CⅡFe3CⅡP第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织过共析钢（wC=0.77~2.11%）的室温组织P＋Fe3CⅡFe3CⅡP第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织五、合金⑤：共晶白口铸铁（EutecticWhiteCastIron）（wC%＝4.3）⑤123共晶白口铸铁结晶过程示意图1～22～3dL'd这里的Ld是由和Fe3C组成的机械混合物保留了高温下Ld的形态特征但已发生组织转变的机械混合物，由P和Fe3C组成，称为变态莱氏体或低温莱氏体，记为L'd第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织共晶白口铸铁（wC=4.3%）的室温组织LdFe3CPLd′第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织六、合金⑥：亚共晶白口铸铁（HypoeutecticWhiteCastIron）（wC%＝2.11%～4.3%）⑥1234过共晶白口铸铁结晶过程示意图第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织亚共晶白口铸铁（wC=2.11%~4.3%）的室温组织P＋Fe3CII＋LdFe3CⅡPLd′第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织七、合金⑦：过共晶白口铸铁（HypereutecticWhiteCastIron）（wC%＝2.11%～4.3%）⑦1234过共晶白口铸铁的结晶过程与亚共晶白口铸铁类似，只是先共晶相为一次渗碳体。第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织过共晶白口铸铁（wC=4.3%~6.69%）的室温组织Fe3CⅠ＋Ld第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织Fe3CⅠLd′铁碳合金平衡结晶后的室温组织：合金①（工业纯铁）结晶完成后的室温组织：＋Fe3CⅢ合金②（共析钢）结晶完成后的室温组织：P合金③（亚共析钢）结晶完成后的室温组织：＋P合金④（过共析钢）结晶完成后的室温组织：P＋Fe3CⅡ合金⑤（共晶白口铸铁）结晶完成后的室温组织：Ld合金⑥（亚共晶白口铸铁）结晶完成后的室温组织：P＋Fe3CII＋Ld合金⑦（过共晶白口铸铁）结晶完成后的室温组织：Fe3CⅠ＋Ld铁碳合金室温下的相组成物：、Fe3C铁碳合金室温下的组织组成物：、P、Ld、Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织按相组成物标注的Fe-Fe3C相图LL+L+Fe3C+Fe3C+Fe3C+L++Fe3C(0.09)(0.53)(0.17)(0.77)(0.0218)(2.11)(4.3)1495C1148C727C1538C1227C1394C912C第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织按组织组成物标注的Fe-Fe3C相图LL+L+Fe3C+L++Fe3C(0.09)(0.53)(0.17)(0.77)(0.0218)(2.11)(4.3)1495C1148C727C1538C1227C1394C912C＋Fe3CⅢ+P+Fe3CⅡP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld′Ld′+Fe3CⅡ+LdFe3CⅠ+LdFe3CⅠ+Ld′Ld第四章铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织第四节含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响1.含碳量对铁碳合金平衡组织的影响对相组成物的影响任何成分的铁碳合金，室温下的平衡组织均由和Fe3C两种相组成。随wC%升高，的相对量减少，Fe3C的相对量增多。对组织组成物的影响随wC%升高，F的相对量减少，Fe3CⅠ的相对量增多，其余组织的相对量在达到其特性成分点时达到最大值。第四章二元相图及应用－§4.4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响铁碳合金的含碳量与相及组织的关系第四章二元相图及应用－§4.4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响2.含碳量对铁碳合金力学性能的影响铁素体（F）：软韧相渗碳体（Fe3C）：硬脆相对