铁碳合金图及其解析

3.5铁碳合金相图需要掌握的知识点•Fe-Fe3C相图中重要的点、线和相区。•Fe-Fe3C相图中的重要转变及产物。•应用Fe-Fe3C相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。分析室温下得到的相和组织组成物。•碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。一、铁碳合金组织（一）、Fe-Fe3C相图的组元1．Fe组元性能特点—强度低、硬度低、韧性、塑性好2．Fe3C性能特点—熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。抗拉强度σb=180～230MPa延伸率δ=30％～50％断面收缩率ψ=70％～80％ak=1.6×10～2×10J/㎡66硬度50HB～80HB抗拉强度σb=30MPa硬度800HBδ=0ψ=0ak=0(二)、纯铁的的同素异构转变1394°C912°C体心立方面心立方体心立方δ-Feγ-Feα-Fe固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象——同素异构转变纯铁的冷却曲线1394℃1538℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Fe（三）、Fe-Fe3C相图中的相和组织1．液相L2．α相铁素体F（C固溶到α-Fe中的间隙式固溶体）强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）铁素体显微组织3．γ相、A奥氏体（C固溶到γ-Fe中的间隙式固溶体）强度低，易塑性变形4．Fe3C－金属化合物性能特点—熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。5．珠光体P（铁素体和渗碳体的共析混合物）抗拉强度σb=770MPa延伸率δ=20％～35％断面收缩率ψ=40％～60％ak=3×10～4×10J/㎡55A0.77F0.0218+Fe3C或A0.77P0.77727℃727℃硬度180HB6．莱氏体高温莱氏体Le（奥氏体和渗碳体的共晶混合物）L4.31148℃Le4.3低温莱氏体Le′硬而脆，塑性、韧性几乎为零。二、铁碳相图分析相图：表示在平衡状态下，合金系的相与温度、成分之间关系的图形。（又称状态图，平衡图）相图的建立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)1相图中的主要点（14个）（1）组元的熔点：A(0,1538)铁的熔点D(6.69,1227)Fe3C的熔点（2）同素异构转变点G（0，912）g－Fea-Fe（3）碳在铁中最大溶解度点P（0.0218，727）碳在a-Fe中的最大溶解度E（2.11，1148）碳在g-Fe中的最大溶解度Q（0.0008，RT）室温下碳在a-Fe中的溶解度(4)三相共存点S（共析点）（gs＋aP＋Fe3C）C（共晶点）（gE＋LC＋Fe3C）2相图中的线液相线(ＡＣＤ):其上体系为液相，(结晶时液相的成分变化线)固相线（ＡＥＣＦ）：其下为固相，(结晶时固相的成分变化线)表示恒温转变的线：ECF线(共晶转变)，PSK线(共析转变)3相图中的相区单相区（4个）L、F、A、（Fe3C）两相区（5个）L+Fe3C，L+A,A+FA+Fe3C,F+Fe3C固溶度线：ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线（温度，溶解度）；（0.77%--2.11%）PQ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线（温度，溶解度）(0.0008%—0.0218%)同素异构转变线：NH和NJ，GS和GP4Fe-Fe3C相图中的转变强调！根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。LCAE+Fe3C1148莱氏体Ld莱氏体Ld：A与Fe3C的机械混合物成分：4.3%C性能：硬而脆形态：点状、短条状A分布于Fe3C基体上1共晶转变2共析转变ASFP+Fe3C727珠光体P珠光体P：F与Fe3C的机械混合物成分：0.77%C性能：适中，介于F和Fe3C之间形态：层片状，粒状Ld降温到727℃时，A→P，因此：Ld(A+Fe3C)→L’d(P+Fe3C)低温莱氏体L’d：P和Fe3C的机械混合物（变态莱氏体）三．铁碳合金的平衡结晶过程Fe-C合金分类工业纯铁——C%≤0.0218%钢——0.0218%＜C%≤2.11%亚共析钢＜0.77%共析钢＝0.77%过共析钢＞0.77%白口铸铁——2.11%＜C%＜6.69%亚共晶白口铁＜4.3%共晶白口铁＝4.3%过共晶白口铁＞4.3%类型亚共析钢共析钢过共析钢钢号204560T8T10T12碳质量分数／％0.200.450.600.801.001.20几种常见碳钢(1)工业纯铁(C%≤0.0218%)结晶过程室温组织F+Fe3CⅢ(微量)500×(2)共析钢(C%=0.77%)结晶过程室温组织:层片状P(F+共析Fe3C)500×珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间。(3)亚共析钢(C%=0.4%)结晶过程室温组织:F+P，500×(4)过共析钢(C%=1.2%)结晶过程室温组织:P+Fe3CII400×(5)共晶白口铁(C%=4.3%)结晶过程室温组织:（低温）莱氏体Le′（P+Fe3CII+共晶Fe3C）,500×莱氏体Le′的性能：硬而脆(６)亚共晶白口铁(C%=3%)结晶过程室温组织:Le′+P+Fe3CII200×(６)过共晶白口铁(C%=3%)结晶过程室温组织:Le′+Fe3CI500×标注了组织组成物的相图四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。（一）.碳的质量分数对平衡组织的影响FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+Le’Le’Le’+Fe3CIIFe3C含碳量——相对量C%↑→F%↓，Fe3C%↑（二）.碳的质量分数对力学性能的影响HB：取决于相及相对量C%↑→HB↑强度：C%↑→σ↑0.9%↑→σ↓塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓五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。一.选择材料方面的应用1、在铸造工艺方面的应用2、在热锻、热轧工艺方面的应用3、在热处理工艺方面的应用二.制定热加工工艺方面的应用铁碳合金相图练习题一、名词解释相图铁素体奥氏体珠光体渗碳体二、间答题1、合金结晶有哪些类型？各自的结晶特征？2、按铁碳相图，铁碳合金如何分类？其中三种钢室温组织是什么？3、含碳量为0.4％、0.77％、1.2％、三种钢在700℃770℃、900℃时分别各为何组织？4、随着钢中含碳量增加，其机械性能如何变化？其原因？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转炉炼钢平炉炼钢电弧炉炼钢作业：3.93.10