鐵碳合金狀態(tài)圖

1、1.2.2 鐵碳合金的狀態(tài)圖1.2 鐵碳合金的組織與狀態(tài)圖鐵碳合金的組織與狀態(tài)圖1.2.1 鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織1.2.2 鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖1.2.2 鐵碳合金狀態(tài)圖 鐵碳合金狀態(tài)圖是以溫度為縱坐標(biāo)，合金成分（含碳量）為橫坐標(biāo)的圖形，是研究不同含碳量的鋼和鑄鐵在不同溫度下組織變化規(guī)律的重要工具一、 二元合金相圖的建立測(cè)定二元合金相圖的步驟：（以銅鎳合金為例）1）配制幾組成分不同的Cu-Ni合金；2）分別將它們?nèi)刍缓髽O緩慢冷卻，同時(shí)測(cè)定其從液態(tài)到室溫的冷卻曲線；3）找出各冷卻曲線上開始結(jié)晶的溫度點(diǎn)TNi、l、2、3、4、TCu及結(jié)晶終了的溫度點(diǎn)（稱為臨界點(diǎn)） TN

2、i、1、2、3、4、TCu；4）將各臨界點(diǎn)標(biāo)在以溫度為縱坐標(biāo)，以成分為橫坐標(biāo)軸的圖形中相應(yīng)合金的成分垂線上，并將意義相同的臨界點(diǎn)連接起來，即得到Cu-Ni合金相圖。1. 勻晶相圖n組成二元合金的兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶的合金系所形成的相圖。例如，Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W合金的相圖。(1) 相圖分析n兩個(gè)熔點(diǎn)；兩條曲線；三個(gè)相區(qū)(2)合金的平衡結(jié)晶過程 n勻晶反應(yīng)：從液相中結(jié)晶出單相固溶體：LnL相成分沿液相線變化，相成分則沿固相線變化。2.共晶相圖n組成合金的兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，固態(tài)時(shí)有限互溶，結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金系所形成的二元合金相圖

3、。例如，Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相圖(1)相圖分析1）圖中的點(diǎn)、線和區(qū)域ntA為Pb的熔點(diǎn)，tB為Sn的熔點(diǎn)，E點(diǎn)為共晶點(diǎn)。ntAEtB為液相線， tAMENtB為固相線、MEN線為共晶線、MF為Sn在Pb中的溶解度曲線，NG為Pb在Sn中的溶解度曲線，這兩條曲線也稱為固溶線。n三個(gè)基本相：L是Pb與Sn兩組元形成的均勻的液相，是Sn溶于Pb的固溶體，是Pb溶于Sn的固溶體n三個(gè)單相區(qū)和三個(gè)兩相區(qū)：即L+、L+、+相區(qū)。在三個(gè)兩相區(qū)之間有一根水平線MEN，是L+三相并存區(qū) 。1）圖中的點(diǎn)、線和區(qū)域2）共晶反應(yīng)n成分位于（E）點(diǎn)的合金，在溫度達(dá)到水平線MEN所對(duì)應(yīng)的溫度

4、（tE=183）時(shí)，將同時(shí)結(jié)晶出成分為M點(diǎn)的相及成分為N點(diǎn)的相。其轉(zhuǎn)變式為：n這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出一定成分的兩個(gè)固相的轉(zhuǎn)變過程，稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（M+N）是由兩個(gè)固相組成的機(jī)械混合物，稱為共晶組織NMEL)183(c恒溫(2)合金的平衡結(jié)晶過程及其組織1）固溶體合金（合金）n成分位于M點(diǎn)以左（即wSn19%）或N點(diǎn)以右（即wSn97.5%）的合金稱為固溶體合金n液態(tài)合金緩冷至溫度1，開始從L相中結(jié)果出固溶體。隨溫度的降低，液相的數(shù)量不斷減少，固溶體的數(shù)量不斷增加，n至溫度2合金全部結(jié)晶成固溶體。n溫度23范圍內(nèi)合金無任何轉(zhuǎn)變，這是勻晶轉(zhuǎn)變過程。n冷

5、卻至溫度3時(shí)，Sn在中的溶解度減小，從中析出是二次相（）。 成分沿固溶線MF變化，這一過程一直進(jìn)行至室溫，所以合金室溫平衡組織為（+）。 2）共晶合金（合金） 成分為wSn=61.9%的合金n合金緩冷至溫度1（即tE=183）時(shí)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，在恒溫下進(jìn)行，所以冷卻曲線上相應(yīng)溫度出現(xiàn)一水平線段n共晶轉(zhuǎn)變完成后合金全部成為共晶組織（M+N）。繼續(xù)冷卻，隨著溫度下降、相的成分將分別沿固溶度曲線MF、NG變化，將析出，相則析出。由于、與共晶組織中的、連接在一起且量小難以分辨。所以共晶組織的二次析出一般可忽略不計(jì)。n共晶合金的室溫平衡組織為共晶組織（+）。其組織組成物只有1個(gè)，即共晶體，相組成物有兩個(gè)

6、，即相和相 。3）亞共晶合金（合金） 成分位于M、E點(diǎn)之間（即wSn=1961.9%之間）的合金。以wSn=35%的合金為例。n液態(tài)合金緩冷至溫度1時(shí)開始從液相中結(jié)晶出初生的固溶體n隨著溫度下降相不斷增加，溫度12范圍內(nèi)的結(jié)晶過程與合金的勻晶轉(zhuǎn)變完全相同。L相不斷減少，的成分沿固相線AM變化；L的成分沿液相線AE變化n冷至溫度2（即tE=183）時(shí)，相為M點(diǎn)處成分，L相則為E點(diǎn)處成分。液相tE發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織（+），M固溶體保持不變。所以合金在共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)，其組織為M+（M+N）從共晶溫度繼續(xù)冷卻時(shí)，M、N將分別析出、，共晶組織的二次析出如前所述可忽略不計(jì)。n冷卻至室溫時(shí)其平衡組織

7、為+（+）+ 4）過共晶合金（合金） 成分位于E、N點(diǎn)之間（即wSn=61.997.5%之間）的合金。n其結(jié)晶過程與亞共晶合金相似，不同的是初生相是固溶體，二次相是。n合金的室溫平衡組織為+（+），n其組織組成物有三，即、（+）；相組成物仍為兩種，即相相。二、鐵碳合金狀態(tài)圖概況1、鐵碳合金狀態(tài)圖中的各特性點(diǎn)的意義2、鐵碳合金狀態(tài)圖中各特性線的意義3、鐵碳合金狀態(tài)圖中的相區(qū) 1、特性點(diǎn)：由字母標(biāo)出的具有特定意義的點(diǎn)2、特性線nACD液相線；nAECF固相線其中：ACE區(qū)LA； CDF區(qū)AFe3CIC點(diǎn)：共晶點(diǎn) 共晶反應(yīng)：LCLd（AE+Fe3C）nECF共晶線；wC=（2.116.69）%的鐵碳

8、合金，緩冷至1148C（ECF共晶線）都發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。共晶：在一定條件下（溫度、成分），由液體合金中同時(shí)結(jié)晶出兩種不同晶體的轉(zhuǎn)變。nGSA冷卻析出F開始線, 通常稱為 A3線。nESC在A中溶解度曲線/ 冷卻時(shí)A析出Fe3C開始線, 又稱 Acm線。nPSK共析線，又稱A1線。wC0.021 8% 的鐵碳合金，緩冷至727C（PSK共析線）都發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。S點(diǎn)：共析點(diǎn) 共析反應(yīng)：ASP（FP+ Fe3C）nPQC在F中的溶解度曲線。3、鐵碳合金狀態(tài)圖中的相區(qū) （1）四個(gè)單相區(qū)nABCD線以上的液相區(qū)（L）；nNJESGN線圍著的奧氏體相區(qū)（A）；nGPQG線圍著的鐵素體相區(qū)（F）；nDFKL線

9、垂線代表的滲碳體相區(qū)（Fe3C）。（2）五個(gè)雙相區(qū)nACEA線圍著的L+A相區(qū)；nDCFD線圍著的L+Fe3C相區(qū)；nEFKSE線圍著的A+Fe3C相區(qū)；nGSPG線圍著的A+F相區(qū)；nQPSKLQ線圍著的F+Fe3C相區(qū)。（3）兩個(gè)三相共存區(qū)nECF線為L(zhǎng)、A、Fe3C三相區(qū)；nPSK線為A、F、Fe3C三相區(qū)。1）工業(yè)純鐵（c0.0218%）組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體；2）鋼（c=0.0218%2.11%）亞共析鋼（c0.77%）：組織是珠光體和二次滲碳體。3）白口鑄鐵（c=2.11%6.99%）亞共晶白口鑄鐵（c4.3%）：組織是一次滲碳體和萊氏體。三、鐵碳合金分類四、典型的鐵碳合

10、金平衡結(jié)晶過程及組織1) 共析鋼的結(jié)晶過程分析2) 亞共析鋼的結(jié)晶過程3) 過共析鋼的結(jié)晶過程4) 共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程5) 亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程6) 過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程五、鐵碳相圖的應(yīng)用1、選用材料： 由鐵碳相圖可知，合金中隨著含碳量的不同，其組織各不相同，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同。因此，我們就可以根據(jù)機(jī)器零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。2、判斷切削加工性能： 低碳鋼中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中碳鋼中鐵素體含量比例適當(dāng)，鋼的硬度適當(dāng)，易于加工。3、制定熱加工工藝： 在鑄造工藝方面，根據(jù)相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注溫度，含碳量為4.3%的鑄鐵鑄造性最好；在鍛造工藝方面，可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應(yīng)在奧氏體區(qū)。4、應(yīng)用于熱處理生產(chǎn)： 由相圖可知合金在固態(tài)加熱和冷卻過程中均有組織的變化，可以進(jìn)行熱處理。并且可以正確選擇加熱溫度。討論：n默畫出鐵碳相圖,標(biāo)明C、S、E、F點(diǎn)的成分