铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)

第3章铁碳相图温度℃时间1538℃1394℃912℃-Feγ-Feα-Fe纯铁的同素异构转变铁的同素异构转变-Feγ-Feα-Fe1394℃912℃770℃无磁性有磁性回顾复习：恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的新固相。⇄+共析反应恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。L+⇄包晶反应恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的新固相。L⇄+共晶反应说明反应式图形特征反应名称常见三相等温水平线上的反应LL第1节铁碳合金相图铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C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Fe-Fe3C相图。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→1234561600150014001300120011001000900800700600温度℃ωc%FeFe3C6.6904.32.110.77ANGPSKECFDB(0.53)J(0.17)H1148727LδAFL+δδ+AL+AL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CQ0.0218Fe-Fe3C相图（要求默画）一.组元及基本相*铁(ferrite)*渗碳体(Cementite)Lδ-Feγ-Feα-Fe1394℃912℃1538℃1、纯铁2、渗碳体铁与碳形成的间隙化合物，含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示，熔点1227℃Fe3C硬度高、强度低(b35MPa),脆性大,塑性很低，伸长率接近于0.3、铁素体（F或α表示）碳溶于α–Fe中的间隙固溶体。金相显微镜下为多边形晶粒铁素体中碳的溶解度很小，室温时小于0.0008%，727℃时0.0218%性能接近于纯铁，强度、硬度低，塑性好4、奥氏体（A或γ表示）碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。金相显微镜下位规则多边形晶粒。奥氏体体中碳的溶解度较大，727℃时0.77%，1148℃时2.11%强度不高、塑性好，无磁性。钢材热加工都在区进行.碳钢室温组织中无奥氏体。5、高温铁素体（用δ表示）碳溶于δ-Fe中形成的间隙固溶体，只存在于1394-1538℃，1495℃时碳的溶解度最大，0.09%。6、液相二、相图分析1、特征点1234561600150014001300120011001000900800700600温度℃ωc%FeFe3C6.6904.32.110.77ANGPSKECFDB(0.53)J(0.17)H1148727LδAFL+δδ+AL+AL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CQ液相线ABCD固相线AHJECFD五个单相区，七个两相区两条重要水平线：ECF、PSK线共晶转变线ECF：LdLCAE+Fe3C1148℃奥氏体和渗碳体组成的机械混合物莱氏体,为蜂窝状,以Fe3C为基，性能硬而脆。塑性很差LAPASFP+Fe3C727℃共析转变线PSK：（A1线）珠光体是铁素体和渗碳体片层相间的组织，呈指纹状。较高强度和硬度，塑性较差AFHJB：包晶反应LB+δH⇄AJLAδAcmA3三条重要的相界线三、典型合金的平衡结晶过程工业纯铁亚共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共析钢共晶白口铸铁①③②④⑥⑤⑦㈠工业纯铁的结晶过程NSJBHL+++L→L+δ→δ→δ+A→A→A+F→F→F+Fe3CⅢ合金的室温下组织为F+Fe3CⅢ。从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。其含量相对较少，若不是对其作特别分析，可忽略不计室温下Fe3CⅢ最大量为:%3.0%1000008.069.60008.00218.0III3CFeQ㈡共析钢的结晶过程L→L+A→A→P(F+Fe3C)共析渗碳体1233’4AL+AF+Fe3C室温组织为P.•珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈指纹状。L→L+δ→L+A→A→F+A→F+P(F+Fe3C)F中析出Fe3CⅢ，量少,忽略不计.室温组织：F＋P㈢亚共析钢的结晶过程亚共析钢室温组织：F＋P，随C％增加，P含量增加。含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织室温下相的相对重量百分比：室温下组织组成物的相对重量百分比为：%3.93%7.6%10069.654.03FCFeQQ%6.41%100%4.58%10077.045.0PPQQQL→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ室温组织：P＋Fe3CⅡ(四)过共析钢的结晶过程过共析钢室温组织为P+Fe3CⅡ，二次渗碳体呈网状分布在晶界上。㈤共晶白口铁的结晶过程Ld蜂窝状Ld’难以分辨L→A+Fe3C→A+Fe3CⅡ+Fe3C→P+Fe3C共晶白口铁室温组织为Ld’(P+Fe3C),它保留了共晶转变产物的形态特征。㈥亚共晶白口铁的结晶过程L→L+A→A(初生)+Ld→A+Fe3CⅡ+Ld→P+Fe3CⅡ+Ld’•亚共晶白口铁室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。㈦过共晶白口铁的结晶过程L→L+Fe3CⅠ→Ld+Fe3CⅠ→Ld’+Fe3CⅠ，•过共晶白口铸铁室温组织为Fe3CⅠ+Ld’。亚共析钢F+P共析钢P过共析钢P+Fe3CⅡ亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁P+Fe3CⅡ+Ld’Ld’（P+Fe3C）Ld’+Fe3CⅠ组织中的渗碳体：一次渗碳体Fe3CⅠ：粗大片状共晶渗碳体Fe3C：基体二次渗碳体Fe3CⅡ：网状共析渗碳体Fe3CⅠ：层片状三次渗碳体Fe3CⅢ：薄片状1234561600150014001300120011001000900800700600温度℃ωc%FeFe3C6.6904.32.110.77ANGPSKECFDBJH1148727F+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld’Fe3CⅠ+Ld’A+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdFe3CⅠ+LdL+AALF+AFδL+δδ+AL+Fe3CF+Fe3CⅢPLd’Ld四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响⒈含碳量对室温平衡组织的影响含碳量增加，组织变化F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld’→Ld’→Fe3CⅠ+Ld’F在减少，Fe3C在增加F和Fe3C形态在发生变化Fe3CⅢ薄片状→共析Fe3C层片状→Fe3CⅡ网状→共晶Fe3C连续基体→Fe3CⅠ粗大片状相构成决定组织决定性能决定用途含碳量变化→相的相对量变化、形态和分布变化→组织变化→性能变化含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为组织组成物相对量/%相组成物相对量/%PFFFe3CFe3CⅠLd’10001000Fe3CⅡ钢白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁亚共析钢过共析钢工业纯铁共析钢共晶白口铸铁⒉含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，P量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。0.77%C时，组织为100%P,钢的性能即P的性能。＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续网状，强度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Le’,硬度高脆性大，难以切削加工。⒊含碳量对工艺性能的影响①切削性能:中碳钢合适②可锻性能:低碳钢好③焊接性能:低碳钢好④铸造性能:共晶合金好铸造焊缝组织模锻切削加工的基本形式车刨钻铣磨五、铁碳合金相图的应用1、在选材上的应用2.制定热加工工艺方面的应用浇注温度在液相线以上50-100始锻温度固相线以下100-200范围内局限性第4节金属的凝固组织•一、铸锭宏观组织•铸锭(件)的宏观组织通常由三个区组成:表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区。柱状晶区表面细晶区中心等轴晶区•1、表层细晶区：浇注时，由于冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形核作用，使表面形成一层很细的等轴晶粒区。2、柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热，使细晶区前沿液体的过冷度减小，晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长较快。沿垂直于模壁方向散热较快，故晶粒沿这一方向长大，形成柱状晶区。3、中心粗等轴晶区:由于结晶潜热的不断放出，散热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液体全部冷至实际结晶温度T1以下时，在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。⑴缩孔：缩孔是由于液态金属结晶时体积收缩且补缩不足造成的。可通过合理设计浇注工艺加冒口等来进行控制。铸锭出现缩孔应切除.孔隙分散的分布在枝晶间，则成为疏松。可通过压力铸造等方法消除二、铸锭中的缺陷铸造缺陷的类型较多，常见的有缩孔、气孔、疏松、偏析等，它们对性能是有害的.缩孔缩孔形成示意图疏松形成示意图⑵偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区；结晶出的固相与液相的密度相差较大，固相上浮或下沉，从而造成铸锭宏观上的成分不均匀，称宏观偏析。适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析。⑶气孔:气孔是指液态金属中溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭(件)中的气泡.铸锭的晶粒粗大，成分不均匀，存在缩孔、疏松及气孔等会降低材料的强度、塑性和韧性。作业：