工程材料第三章铁碳相图专题讲解

讨论题11.画出铁碳相图，标明C、S、P、E、F点的碳的质量分数及ECF、PSK线的温度，标明各相区。2.画出纯铁的冷却曲线，并说明它的同素异构转变。3.说明铁碳合金中各相的本质，指出α-Fe与α相，γ-Fe与γ相的区别。4.写出相图中C、S两点进行相变的反应式，指出各是什么反应，说明其相变特点；说明ECF、PSK、ES、GS各线的意义。5.什么是相？什么是组织？什么是组织组成物？相和组织有什么关系？下面所列哪些是相？哪些是组织？哪些是组织组成物：F、P、Ld、A、F+P、Fe3CⅡ、Ld’+Fe3CⅠ、Fe3C(1)奥氏体A(γ)碳溶于γ-Fe中形成的固溶体，面心立方，强度低,塑性好。(2)铁素体F()碳溶于－Fe中形成的固溶体，体心立方，强度、硬度低,塑性、韧性好。(3)渗碳体Fe3C(Cm)金属化合物。成分固定,为6.69%C。性质硬而脆。是铁碳合金的强化相。3.2铁碳相图3.2.1铁碳合金的基本相渗碳体Fe3C(Cm)是铁碳合金中最重要的强化相，它的数量、分布、形态等都对材料的机械性能有很大影响。根据生成条件不同可分为：•Fe3CⅠ：直接从液体中结晶出来的，条、块状；•Fe3CⅡ：从奥氏体中析出的，易聚集在晶界上；•Fe3CⅢ：从铁素体中析出的，粒状，量少；•共晶Fe3C：共晶反应产物，作为基体；•共析Fe3C：共析反应产物，呈片状；3.2.1铁碳合金的基本组织（基本的机械混合物、基本相组成方式）•莱氏体：共晶产物，1148℃进行，L→(γ+Cm)（Ld）•珠光体：共析产物，727℃进行，γ→(+Cm)（P）3.2.2Fe-Fe3C相图分析(点、线、区，组成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁素体+渗碳体液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm铁碳合金分类工业纯铁------------------0.0218%C铸铁过共晶铸铁----4.3~6.69%C亚共晶铸铁-------2.11~4.3%C共晶铸铁----------4.3%C共析钢-------------0.77%C过共析钢----------0.77~2.11%C亚共析钢----------0.0218~0.77%C钢3.2.2Fe-Fe3C相图分析（共晶部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)ͼ3-7Fe-Fe3CºÏ½ðÏàͼSPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm共晶:L(A+Fe3C)Ld3.2.2Fe-Fe3C相图分析（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)Fe-Fe3CSPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm共析:A(F+Fe3C)PLdL’d3.2.2Fe-Fe3C相图分析（各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1Acm3.2.3典型合金结晶过程1.共析钢的结晶过程(含碳0.77%珠光体)珠光体：由铁素体和渗碳体组成的片层状共析体。其中铁素体约占80%，渗碳体约占12%。ͼ3-7Fe-Fe3CºÏ½ðÏàͼP0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-33ÒÔÏÂ1ÒÔÉÏLA1-2L12312332.亚共析钢的结晶过程含碳量为0.02%～0.77%。铁素体+珠光体组织。FP4ÒÔÏÂ0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-3AF3-4A1-2LL123412343.过共析钢的结晶过程含碳在0.77%～2.1%之间的铁碳合金。珠光体+渗碳体。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA3-41ÒÔÉÏLA1-2LA2-3LP4ÒÔÏÂFe3CFe3C123412340.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1ÒÔÉÏLPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1ÒÔÉÏLPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmLLd’Ld12122’1’4.共晶白口铁的结晶过程5.亚共晶(白口)铸铁的结晶过程含碳量为2.1%～4.3%之间的铁碳合金。室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld‘。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-3Ld3ÒÔÏÂLd’PA1-2L1ÒÔÉÏL1231233.3.1判断合金的组织根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。3.3相图的应用铁碳合金室温组织比例图100%FFe3CFe3C¢òPLd’00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm1.单相固溶体固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。B%ABAsbHBsbHBB%AB3.3.2根据相图分析机械性能溶剂晶格畸变亦使其电阻增大，所以，高电阻合金都是固溶体合金。单相固溶体在电解质中不会象多相固溶体那样构成微电池，故单相固溶体合金的耐蚀性较高。B%ABsbHBB%AB3．必须指出，双相合金，特别是含共析体和共晶体的合金的机械性能，与其组织的细密程度有关。组织细密、强度、硬度升高。2.两相混合物当合金为两相混合物时(如P、P+F等)。合金的性能大致为两相的体积加权平均值。s=s1V1+s2V2HB=HB1V1+HB2V23.碳钢的机械性能400MPa800MPa1200MPa(100HB)(200HB)(300HB)00.40.81.2akdysbsbHB60%14J/cm2d,y40%12J/cm220%8J/cm2akC%铁素体珠光体渗碳体1.相图与材料工艺性的关系(1)铸造工艺性有较好的流动性，产生分散缩孔(缩松)的倾向小。共晶或近共晶合金ͼ3-23״̬ͼÓëÖýÔìÐÔÄܹØϵ集中缩孔分散缩孔缩孔倾向流动性3.3.3相图与加工工艺之间的关系(2)锻压工艺性锻压要求材料有较好的塑性和较小的变形抗力(强度)。奥氏体区好2.制定工艺参数相图是制定热加工及热处理工艺参数的重要依据。补充题（是非题）⒈过冷是结晶的必要条件，它能保证结晶过程自发进行。⒉金属结晶时，增大过冷度可以细化晶粒。⒊金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。⒋金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。⒌材料的E值越大，其塑性越差。⒍材料硬度越低，其切削加工性能就越好⒎测量淬火钢及某些表面硬化件的硬度时，一般应用HRC。⒏铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金。⒐过共晶合金发生共晶反应的液相成分与共晶合金成分是一致的。⒑珠光体是单相组织。思考题⒈从原子结合的观点来看，金属、陶瓷、高分子材料有何主要区别？在性能上有何表现？⒉在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施。⒊在冷拔钢丝生产过程中，常要穿插几次中间退火工序才能拉到最终所需尺寸。如不中间退火，一直拉拔到最终尺寸，钢丝表面常出现裂纹甚至中途拉断。这是为什么？试述中间退火的原理及其应用。⒋