第三章_铁碳相图

第三章铁碳合金相图纯铁的同素异构转变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。纯铁的冷却曲线1394℃1538℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Fe第一节铁碳合金的组元与基本相1394°C912°C体心立方面心立方体心立方δ-Feγ-Feα-Fe一、纯铁的同素异构转变特点：•是形核与长大的过程（重结晶）•将导致体积变化（产生内应力）•通过热处理改变其组织、结构→性能二、铁碳合金的基本相基本相定义力学性能溶碳量铁素体F碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低,塑性,韧性高最大为0.0218%奥氏体A碳在γ-Fe中的间隙固溶体强度,硬度较低,塑性,韧性较高最大为2.11%渗碳体Fe3CFe与C的金属化合物硬而脆6.69%奥氏体组织金相图渗碳体组织金相图FeT°Fe3C第二节Fe-Fe3C相图一、Fe-Fe3C相图分析Fe-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)1.铁碳合金相图中主要特性点的含义特性点的符号温度/℃含碳量wc%含义ACDEGPSQ1538114812271148912727727室温04.306.692.1100.02180.770.0008纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度α-Feγ-Fe同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度2.相图中主要线的含义ACD线—液相线是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线—固相线合金冷却到该线时全部液态结晶为固态。ECF水平线—共晶线含碳量为2.11%～6.69%的铁碳合金冷却到此线时，会发生共晶反应。PSK水平线—共析线（A1线）含碳量为0.0218%～6.69%的铁碳合金，在结晶过程中遇到该线会发生共析反应。GS线—（A3线）是冷却时奥氏体中析出铁素体的开始线。ES线—称Acm线是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线3.两种反应：1148℃(1)共晶反应一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即莱氏体Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)莱氏体（Ld）：奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。性能---硬度高，塑性差。(2)共析反应一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。A2.11%c727℃F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c珠光体（P）：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。性能---力学性能介于两者之间。铁碳合金含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。共晶白口铸铁：含碳量为4.3%;亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%—4.3%之间；过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁碳钢白口铸铁含碳量为0.02%—2.11%的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。共析钢：含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间；3.铁碳合金的分类1.碳钢的结晶过程分析1）共析钢（T8钢）1点以上L1～2L＋A2～3A3点A→P3点以下P二、典型铁碳合金的结晶过程及组织共析钢组织金相图1点以上L1～2L＋A2～3A3～4A+F4~4’A→P4’点以下P+F2）亚共析钢(45钢）亚共析钢组织金相图AAAAAAFAF1点以上L1~2L+A2~3A3~4A+Fe3CII4点A→P4点以下P+Fe3CII3）过共析钢（T10)过共析钢组织金相图(1)共晶生铁结晶过程分析(wc=4.3%)2.白口铸铁的结晶过程分析共晶白口铁组织金相图(2)亚共晶生铁结晶过程分析(2.11%wc4.3%)亚共晶白口铁组织金相图(3)过共晶生铁结晶过程分析(4.3%wc6.69%)过共晶白口铁组织金相图第四节含碳量与铁碳合金组织及性能的关系•铁碳合金含碳量对平衡组织的影响•铁碳合金含碳量对力学性能的影响•铁碳相图的应用一、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响二、铁碳合金含碳量对力学性能的影响低碳钢有良好的塑性、韧性；中碳钢既有较好韧性、塑性，又有较好的强度、硬度，即具有良好的综合力学性能；高碳钢具有高的硬度。为了保证钢具有足够的强度和一定的塑性、韧性，工业上所用碳钢的含碳量一般都不超过1.3％。三、铁碳相图的应用1、选用材料：由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。2、判断切削加性能：低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。3、制定热加工工艺：在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。4、应用于热处理生产：由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。1.试用Fe－Fe3C相图解释下列现象:（1）进行热轧或锻造时，通常将钢材加热至10000C～12500C；（2）钢铆钉一般用低碳钢（Wc＜0.25％）制作；（3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳［由60钢（Wc=0.60％）、65钢（Wc=0.65％）、70钢（Wc=0.70％）等制成〕；（4）在1100℃时，Wc=0.4％的铁碳合金可进行锻造，而Wc=4.0％的铁碳合金不能锻造；（5）钳工锯削T8钢（Wc=0.8％）、T10钢（Wc=1.0％）、T12钢（Wc=1.2％）等钢料比锯削10钢（Wc=0.10％）、20钢（Wc=0.20％）等钢料费力，锯条易磨钝2.将碳质量分数分别为0.45%，0.77%，1.20%的碳钢试样A、B、C进行力学性能试验和金相显微组织观察，试回答下列问题：（1）它们的室温平衡组织分别是：A________,B___________,C_____________。（2）_____________试样的组织中有渗碳体网存在。（3）_____________试样铁素体量最多。（4）_____________试样渗碳体量最多。（5）___________试样的塑性最好。_____________试样的塑性最差。（6）____________试样的强度最好,_____________试样的硬度最高。选择题:1.珠光体是下述（）反应的产物。A.共晶反应B.匀晶反应C.共析反应2．铁碳合金的基本组织中属于基本相的有（）。A.珠光体B莱氏体C铁素体D奥氏体E.渗碳３3.共析钢室温下的平衡组织为（）。A.珠光体B.奥氏体C.渗碳体4.亚共析钢室温下的平衡组织都是由（）组成。A.先析铁素体和珠光体B.铁素体和奥氏体C.渗碳体和铁素体5.过共析钢室温下的平衡组织为（）。A.二次渗碳体和珠光体B.莱氏体和奥氏体C.铁素体和珠光体6.奥氏体中碳的质量分数为（）。A.0.77%B.2.11%C.≤2.11%7.F-Fe3C相图中的ES线是（）。A.共析线B.碳在a-Fe中的溶解曲线C.碳在r-Fe中的溶解曲线8.简化后的铁碳合金状态图由一个（）状态图和一个（）状态图组成。A.匀晶B.包晶C.共晶D.共析作业三1.默画简化的Fe－Fe3C相图，说明相图中各特性点、线的含义，并填写各区域组织。2.含碳量分别为0.20％，0.45％，0.80％，1.3％的碳钢，自液态缓冷至室温后，所得组织有何区别？并定性地比较这四种钢的σb和HRC。含碳量0.20％0.45％0.80％1.3％室温组织σbHRC3.用中碳钢板弯制成图示的U形试样，在未弯至预定的形状前，已在钢板的外沿出现裂纹。试问这是由于材料的哪种机械性能不足造成的？为避免钢板外沿开裂，应改用低碳钢还是高碳钢？为什么？