第三章鐵碳合金和鐵碳相圖課堂課資

1、第三章第三章 鐵碳合金和鐵碳相圖鐵碳合金和鐵碳相圖第三章第三章 鐵碳合金和鐵碳相圖鐵碳合金和鐵碳相圖 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相 3.2 fe-fe3c相圖相圖 3.3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶 3.4 含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響 3.5 鋼中雜質(zhì)元素對組織性能的影響鋼中雜質(zhì)元素對組織性能的影響1章節(jié)內(nèi)容組 元： 純鐵純鐵、滲碳體滲碳體基 本 相： 高溫鐵素體（高溫鐵素體（）、 鐵素體鐵素體（）、）、 奧氏體奧氏體（）基本組織： 珠光體珠光體（p）、）、 萊氏體萊氏體（le/le）3.1 3.1 鐵碳合金中的組元和

2、基本相鐵碳合金中的組元和基本相2章節(jié)內(nèi)容 純鐵強(qiáng)度低，硬度低，塑性好，很少做結(jié)構(gòu)材料。 由于有高的磁導(dǎo)率，可作為電工材料用于各種鐵芯。3.1 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相純鐵特點純鐵特點同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在溫度（壓力）改變時發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象。3章節(jié)內(nèi)fe-fe-fe溫度溫度 時間時間/s室溫室溫3.1 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相4章節(jié)內(nèi)容f滲碳體(cm，fe3c) c與fe形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。f含碳量：6.67%f性能特點：硬度高，脆性大，塑性和韌性極低。返回返回滲碳體滲碳體3.1

3、 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相5章節(jié)內(nèi)容3.1 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相鐵素體鐵素體f鐵素體( ，f)：c在-fe中的間隙固溶體，體心立方晶格。f最高含碳量：0.0218%f性能特點：強(qiáng)度、硬度低，塑性好。6章節(jié)內(nèi)容3.1 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相奧氏體奧氏體 奧氏體(，a)：c在 -fe中的間隙固溶體。面心立方晶格。 最高含碳量：2.11% 性能特點：強(qiáng)度、硬度低，塑性好。7章節(jié)內(nèi)容鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物強(qiáng)度、硬度比鐵素體高，比滲碳體低，塑性也較強(qiáng)度、硬度比鐵素體

4、高，比滲碳體低，塑性也較好；好；綜合力學(xué)性能較好綜合力學(xué)性能較好.返回返回3.1 3.1 鐵碳合金中的組元和基本相鐵碳合金中的組元和基本相8章節(jié)內(nèi)容3.2 fe-fe3.2 fe-fe3 3c c相圖相圖9章節(jié)內(nèi)容j為包晶點為包晶點: 1495 時, b點成分的l與h點成分的 發(fā)生包晶反應(yīng), 生成j點成分的。 c點為共晶點點為共晶點 1148 時, c點成分的l發(fā)生共晶反應(yīng), 生成e點成分的和fe3c（萊氏體）。 s點為共析點點為共析點 727 時, s點成分的發(fā)生共析反應(yīng), 生成p點成分的和fe3c（p）。返回返回3.2 fe-fe3.2 fe-fe3 3c c相圖相圖10章節(jié)內(nèi)容共析反應(yīng)分

5、析共析反應(yīng)分析珠光體的組成：珠光體的組成：3.2 fe-fe3.2 fe-fe3 3c c相圖相圖11章節(jié)內(nèi)容珠光體形態(tài)珠光體形態(tài)鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，一般為層片狀。球化退，一般為層片狀。球化退火時獲得粒狀滲碳體分布在鐵素體基體上的組織?；饡r獲得粒狀滲碳體分布在鐵素體基體上的組織。強(qiáng)度、硬度比鐵素體高，比滲碳體低，塑性也較好。強(qiáng)度、硬度比鐵素體高，比滲碳體低，塑性也較好。cfec30218. 072777. 0 共析反應(yīng)：共析反應(yīng)：3.2 fe-fe3.2 fe-fe3 3c c相圖相圖12章節(jié)內(nèi)容3.2 fe-fe3.2 fe-fe3 3c c相圖相圖13章節(jié)

6、內(nèi)容3.2 fe-fe3.2 fe-fe3 3c c相圖相圖包晶反應(yīng)：l+共晶反應(yīng)：lle( fec3+ )共析反應(yīng)： p (fec3+ ) 返回返回14章節(jié)內(nèi)容3.2 fe-fe3c相圖過共析鋼過共析鋼共析鋼共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵碳素鋼碳素鋼白口鑄鐵白口鑄鐵亞共析鋼亞共析鋼工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵15章節(jié)內(nèi)容3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶0.0218%0.02182.11%2.116.68%0.77%4.3%16章節(jié)內(nèi)容過共析鋼過共析鋼共析鋼共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵碳素鋼碳素鋼

7、白口鑄鐵白口鑄鐵亞共析鋼亞共析鋼工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵17章節(jié)內(nèi)容18章節(jié)內(nèi)容冷卻過程中勻晶反應(yīng)：冷卻過程中勻晶反應(yīng)：l相相相相 相中沿晶界析出片狀fe3c返回返回3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶19章節(jié)內(nèi)容單相液體的冷卻勻晶反應(yīng)l相中析出相（奧氏體a）單相固溶體的冷卻相發(fā)生共析反應(yīng)生成珠光體p3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶20章節(jié)內(nèi)容注意事項注意事項共析反應(yīng)生成的珠光體在冷卻過程中，其中的鐵素體共析反應(yīng)生成的珠光體在冷卻過程中，其中的鐵素體產(chǎn)生三次析出，生成產(chǎn)生三次析出，生成fe3c，但與共析的，但與共析的fe3c連在一連在一起，難以分辨。起，難以分辨。共

8、析鋼的室溫平衡組織：共析鋼的室溫平衡組織：pp：鐵素體（：鐵素體（f）和滲碳體的兩相）和滲碳體的兩相混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？混合物，兩相的相對質(zhì)量是多少？3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶21章節(jié)內(nèi)容 杠桿定律杠桿定律計算二元相圖中計算二元相圖中 平衡狀態(tài)下平衡狀態(tài)下 兩平衡相的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。兩平衡相的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。杠桿的杠桿的支點支點是兩相合金的是兩相合金的成分點成分點，端點，端點分別是兩個相的分別是兩個相的成成分點分點。%5 .11%1000008. 069. 60008. 077. 03cfem%5 .88%1000008. 069. 677. 069. 6m 相

9、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)fe3c相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)fe3ca(0.0008)b(6.69)0.77c22章節(jié)內(nèi)容l相冷卻相冷卻l相相 相相l(xiāng)相相+ 相相 相，并且相，并且l相有剩余相有剩余剩余剩余l(xiāng)相相 相相單相的冷卻單相的冷卻相相 相，但相，但相有剩余相有剩余共析反應(yīng)：剩余共析反應(yīng)：剩余相相p（+fe3c），存在先析），存在先析相相3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶23章節(jié)內(nèi)容24章節(jié)內(nèi)容注意事項注意事項先析先析鐵素體（鐵素體（相）在隨后的冷卻過程中會析出相）在隨后的冷卻過程中會析出fefe3 3c c，但量很少可忽略但量很少可忽略亞共析鋼室溫平衡組織：先析鐵素體亞共析

10、鋼室溫平衡組織：先析鐵素體+ +珠光體珠光體p p利用杠桿定律計算先析鐵素體與珠光體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計利用杠桿定律計算先析鐵素體與珠光體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算鐵素體（先析鐵素體算鐵素體（先析鐵素體+p+p中的鐵素體）與滲碳體的質(zhì)量中的鐵素體）與滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶25章節(jié)內(nèi)容計算計算727 下下, 組織組成物組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%28.77%1000218. 077. 00218. 06 . 0pm%72.22%1000218. 077. 06 . 077. 0m 組織組成物的組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)p組織組成物的組織組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量

11、分?jǐn)?shù)p p pa(0.0218)b(0.77)0.6c3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶26章節(jié)內(nèi)容單相液體的冷卻l相 相單相固溶體（奧氏體）的冷卻相中析出二次滲碳體（fe3c）共析轉(zhuǎn)變： 相（ +fe3c），存在fe3c3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶27章節(jié)內(nèi)容注意事項注意事項從奧氏體中析出的從奧氏體中析出的fe3c稱為二次滲碳體稱為二次滲碳體fe3c沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，使材料的整體脆性加沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，使材料的整體脆性加大大過共析鋼室溫平衡組織：珠光體過共析鋼室溫平衡組織：珠光體p+ fe3c 利用杠桿定律計算珠光體與二次滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

12、利用杠桿定律計算珠光體與二次滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶28章節(jié)內(nèi)容29章節(jié)內(nèi)容 亞共析鋼和過共析鋼的相組成都是鐵素體和亞共析鋼和過共析鋼的相組成都是鐵素體和滲碳體，計算室溫下，兩者鐵素體相和滲碳體相滲碳體，計算室溫下，兩者鐵素體相和滲碳體相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（亞共析鋼以含碳量（亞共析鋼以含碳量0.45%為例，為例，過共析鋼以含碳量過共析鋼以含碳量1.0%為例）為例） 返回返回3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶30章節(jié)內(nèi)容單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：lle（+fe3c）共晶共晶中的中的相不斷析出相不斷析出fe3

13、c，不可見，不可見共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： le（+fe3c） le（p+fe3c） 3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳合金的平衡結(jié)晶31章節(jié)內(nèi)容注意事項注意事項冷卻過程中萊氏體中的奧氏體相析出，冷卻過程中萊氏體中的奧氏體相析出， fe3c，但其，但其依附于萊氏體中的依附于萊氏體中的fe3c長大，不可見長大，不可見共晶白口鐵室溫組織：變態(tài)萊氏體共晶白口鐵室溫組織：變態(tài)萊氏體le （珠光體呈粒狀（珠光體呈粒狀分布在分布在fe3c基體上基體上）共晶白口鐵的基體相是共晶白口鐵的基體相是fe3c脆性相，材料整體脆性較脆性相，材料整體脆性較大，硬度較高大，硬度較高 3.3.3 3 鐵碳合金的平衡結(jié)晶鐵碳

14、合金的平衡結(jié)晶32章節(jié)內(nèi)容亞共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程亞共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：剩余共晶反應(yīng)：剩余l(xiāng)le（+fe3c）先共晶先共晶相不斷析出相不斷析出fe3c，共晶，共晶相相析出析出fe3c不可見不可見共析反應(yīng)：共析反應(yīng)： le（+fe3c） le（p+fe3c） 先共晶先共晶相相 p勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)： l 相相室溫組織：室溫組織： le（p+fe3c） + p33章節(jié)內(nèi)容過共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程過共晶白口鐵的平衡結(jié)晶過程單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應(yīng)：剩余共晶反應(yīng)：剩余l(xiāng)le（+fe3c）共晶共晶相析出相析出fe3c不可見不可見共析反應(yīng)：共析反應(yīng)

15、： le（+fe3c） le（p+fe3c） 勻晶反應(yīng)：勻晶反應(yīng)： l fe3c相相室溫組織：室溫組織： le（p+fe3c） + fe3c34章節(jié)內(nèi)容a+fe3ca+p pp+fe3cp+fe3c+lelefe3c+le35章節(jié)內(nèi)容硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù), 隨碳含量的增加隨碳含量的增加, 由于硬度高的由于硬度高的fe3c增多增多, 硬度硬度低的低的f減少減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大合金的硬度呈直線關(guān)系增大, 由全部為由全部為f的硬度的硬度約約80 hb增大到全部為增大到全部為fe3c時的約時的約800 h

16、b。 3.3.4 4 鐵含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響鐵含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響36章節(jié)內(nèi)容 , 亞共析鋼中中p增多而增多而f減少。減少。p的強(qiáng)度高。組織越細(xì)密的強(qiáng)度高。組織越細(xì)密, 則強(qiáng)度值越高。則強(qiáng)度值越高。f的強(qiáng)度較低。所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨的強(qiáng)度較低。所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨而增大。而增大。 共析成分之上共析成分之上, 由于強(qiáng)度很低的由于強(qiáng)度很低的fe3cii沿晶界出現(xiàn)沿晶界出現(xiàn), 合金強(qiáng)度合金強(qiáng)度的增高變慢的增高變慢, 到約到約0.9%c時時, fe3cii沿晶界形成完整的網(wǎng)沿晶界形成完整的網(wǎng), 強(qiáng)強(qiáng)度迅速降低度迅速降低, 隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加, 強(qiáng)度

17、不斷下降強(qiáng)度不斷下降, 到到2.11%c后后, 合金中出現(xiàn)合金中出現(xiàn)le時時, 強(qiáng)度已降到很低的值。強(qiáng)度已降到很低的值。 再增加碳含量時再增加碳含量時, 由于合金基體都為脆性很高的由于合金基體都為脆性很高的fe3c, 強(qiáng)度強(qiáng)度變化不大且值很低變化不大且值很低, 趨于趨于fe3c的強(qiáng)度的強(qiáng)度(約約20 mpa30 mpa)。 3.3.4 4 鐵含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響鐵含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響37章節(jié)內(nèi)容 鐵碳合金中鐵碳合金中fefe3 3c c是極脆的相是極脆的相, , 沒有塑性。合金的塑性變沒有塑性。合金的塑性變形全部由形全部由f f提供。所以隨碳含量的增大提供。所以隨碳含量的增

18、大, f, f量不斷減少時量不斷減少時, , 合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時, , 塑性就塑性就降到近于零值了。降到近于零值了。 返回返回3.3.4 4 鐵含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響鐵含碳量對鐵碳合金力學(xué)性能的影響38章節(jié)內(nèi)容一、脫氧劑一、脫氧劑：硅和錳；feo還原成fe，形成sio2和mno。但sio2易成為非金屬夾雜, si%0.5% si+o2sio2二、除硫劑二、除硫劑：錳與鋼液中s，形成mns易成為非金屬夾雜物, mn%0.8% mn+omno mn+smns三、三、硫不利作用：硫不利作用：引起熱脆。原因:fes（tm=1190）；與-fe形成共晶體（tm=989）；也可能形成熔點更低的(fe+fes+feo)共晶體（tm=940）;鍛造溫度：1150-1250，軋制或鍛造，分布在晶界處的共晶體會沿晶界開裂。 s0.050%3