鐵碳平衡相圖演示文稿

鐵碳平衡相圖演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有37頁\編輯于星期三鐵碳平衡相圖詳解現(xiàn)在是2頁\一共有37頁\編輯于星期三目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是W(c)為0～6.69%的鐵碳合金部分（即Fe-Fe3C部分），W(c)大于6.69％的鐵碳合金在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用鮮見報道。1.鐵碳合金狀態(tài)圖1.1以構(gòu)成相標(biāo)注的鐵碳相圖現(xiàn)在是3頁\一共有37頁\編輯于星期三1.2以特性點標(biāo)注的鐵碳相圖注：虛線、點劃線的意義———尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序－無序轉(zhuǎn)變線?，F(xiàn)在是4頁\一共有37頁\編輯于星期三①以穩(wěn)定的化合物分割相圖（Fe3C）；②以特殊的成分分割相圖（鋼*與鐵的區(qū)分）；③確定各點、線、區(qū)的意義；④分析特征合金的結(jié)晶過程及其組織演化；⑤說明相圖的實際應(yīng)用2.1分析步驟2.鐵碳相圖的分析方法*——此處討論的鋼僅限于碳鋼，暫不涉及合金鋼。現(xiàn)在是5頁\一共有37頁\編輯于星期三相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點接觸除外）——相區(qū)接觸法則；三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點。若兩個三相區(qū)中有兩個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。單相區(qū)邊界線的延長線應(yīng)進入相鄰的兩相區(qū)。2.2鐵碳相圖的幾何規(guī)律現(xiàn)在是6頁\一共有37頁\編輯于星期三2.3鐵碳相圖的相區(qū)1）單相區(qū)（四個）：

α-Fe——α-鐵素體；γ-Fe——奧氏體；

δ-Fe——δ-鐵素體；L——液相區(qū)現(xiàn)在是7頁\一共有37頁\編輯于星期三2）兩相區(qū)(七個)：L+δ

δ+A

L+A；L+Fe3C；A+F；A+Fe3C；F+Fe3C續(xù)前頁現(xiàn)在是8頁\一共有37頁\編輯于星期三3）三相區(qū)(兩個)L、A、Fe3C——ECF線：共晶線，是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線；A、F、Fe3C——PSK線，共析線，是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線。續(xù)前頁現(xiàn)在是9頁\一共有37頁\編輯于星期三2.4主要特性點

1）A點純鐵的熔點，溫度1538℃，W(c)=0%；2）C點共晶點，溫度1148℃，W(c)=4.3%成分為C的液相，冷卻到此溫度時，發(fā)生共晶反應(yīng)：Lc→Ld（AE+Fe3C）；3）D點滲碳體熔點，溫度1227℃，W(c)=6.69%；現(xiàn)在是10頁\一共有37頁\編輯于星期三4）E點碳在γ-Fe中的最大溶解度，溫度1148℃，W(c)=2.11%；5）G點純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點，冷卻到912℃時，發(fā)生γ-F→α-Fe；6）P點碳在α-Fe中的最大溶解度，溫度727℃，W(c)=0.0218%；續(xù)前頁現(xiàn)在是11頁\一共有37頁\編輯于星期三8）S點共析點，溫度727℃，W(c)

=0.77%成分為S點的奧氏體，冷卻到此溫度時，發(fā)生共析反應(yīng)：As→P（Fp+Fe3C）；7）Q點600℃時，碳在α-Fe中的溶解度，W(c)

=0.0057%；（冷至室溫時，碳在α-Fe中的溶解度為0.0008%）；續(xù)前頁現(xiàn)在是12頁\一共有37頁\編輯于星期三附：鐵碳平衡圖中所有的特性點現(xiàn)在是13頁\一共有37頁\編輯于星期三2.5特性線1）ACD線

液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。2）AECF線固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)。3）ECF水平線共晶線，W(c)

＞2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148℃）時，均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體?，F(xiàn)在是14頁\一共有37頁\編輯于星期三4）ES線碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點（W(c)=2.11％），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3CⅡ。5）GS線奧氏體冷卻時開始向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度線，通常稱為A3線。續(xù)前頁現(xiàn)在是15頁\一共有37頁\編輯于星期三7）GP線0＜W(c)

＜0.0218%的鐵碳合金，緩冷時，由奧氏體中析出鐵素體的終了線。6）PSK水平線共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727℃）時，將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體（P），W(c)

＞0.0218%的鐵碳合金均會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。續(xù)前頁現(xiàn)在是16頁\一共有37頁\編輯于星期三8）PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727℃時，W(c)

=0.0218%，溶碳量最大；在600℃時，W(c)

=0.0057%。在727℃緩冷時，鐵素體隨著溫度降低，溶碳量減少，鐵素體中多余的碳將以滲碳體（三次滲碳體Fe3CIII）的形式析出。一般情況下，忽略Fe3CIII的存在。以上各特性線的含義，均是指合金緩慢冷卻過程中的相變。若是加熱過程，則相反。續(xù)前頁現(xiàn)在是17頁\一共有37頁\編輯于星期三附：鐵碳平衡圖中所有的特性線現(xiàn)在是18頁\一共有37頁\編輯于星期三一般所指鐵素體系碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃時0.0218%；室溫時為0.0008%，幾乎為零。其強度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。2.6.1鐵素體（Ferrite—F或α相）

2.6各相（組織）名稱及其定義現(xiàn)在是19頁\一共有37頁\編輯于星期三2.6.2奧氏體（Austenite——A或γ相）

奧氏體系碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量較高，1148℃時為2.11%；其強度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直?，F(xiàn)在是20頁\一共有37頁\編輯于星期三滲碳體系鐵與碳形成的化合物，碳含量為6.69％，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。其硬度很高，塑性和韌性很差，δ、Ak值接近于零，脆性很大。圖中平直的白色條狀物即為鐵碳合金凝固時的一次滲碳體。2.6.3滲碳體（Cementite—Fe3C）

現(xiàn)在是21頁\一共有37頁\編輯于星期三2.6.4珠光體（Pearlite—P）

珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的機械混合物。系奧氏體冷卻時，在727℃恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。顯微組織為鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性?，F(xiàn)在是22頁\一共有37頁\編輯于星期三2.6.5萊氏體（Ledeburite—Ld或Ld'）

萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的機械混合物。系在1148℃恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，平均碳含量為4.3%?，F(xiàn)在是23頁\一共有37頁\編輯于星期三3.鐵碳相圖中鋼與鐵的區(qū)分共析鋼亞共析鋼過共析鋼共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵W(c)=0.77%0.0218%<W(c)<0.77%0.77%<W(c)<2.11%W(c)=4.3%2.11%<W(c)<4.3%4.3%<W(c)<6.69%工業(yè)純鐵

鋼白口鑄鐵鐵碳合金**——按含碳量和室溫組織分類W(c)

=0.0218%工業(yè)純鐵

鋼白口鑄鐵鐵碳合金*現(xiàn)在是24頁\一共有37頁\編輯于星期三4.典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析——以鋼為例

①共析鋼②亞共析鋼③過共析鋼④共晶白口鑄鐵⑤亞共晶白口鑄鐵⑥過共晶白口鑄鐵現(xiàn)在是25頁\一共有37頁\編輯于星期三4.1共析鋼的結(jié)晶過程

1點溫度以上，合金處于液態(tài)；緩冷到1點溫度時，開始從液相結(jié)晶出奧氏體，溫度繼續(xù)下降，奧氏體量逐漸增加；直至2點溫度結(jié)晶終止，液相全部結(jié)晶為奧氏體；2點至3點間為單一奧氏體的冷卻；當(dāng)溫度降到S點時，奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；S點以下，珠光體冷卻至室溫。現(xiàn)在是26頁\一共有37頁\編輯于星期三共析鋼結(jié)晶過程示意圖

現(xiàn)在是27頁\一共有37頁\編輯于星期三4.2亞共析鋼的結(jié)晶過程

在3點以前的結(jié)晶過程與共析鋼類似；當(dāng)緩冷到3點時，從均勻的奧氏體中開始析出鐵素體；溫度繼續(xù)下降，鐵素體量逐漸增加，奧氏體量逐漸減少，尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體的碳含量沿GS線逐漸增加；當(dāng)緩冷到4點(727℃)時，剩余的奧氏體的W(c)=0.77%，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織由鐵素體加珠光體組成，冷卻到4點以下，組織不再產(chǎn)生改變；所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。現(xiàn)在是28頁\一共有37頁\編輯于星期三亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖

現(xiàn)在是29頁\一共有37頁\編輯于星期三4.3過共析鋼的結(jié)晶過程

在3點以前與共析鋼類似；當(dāng)緩冷到3點溫度時，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；隨著溫度繼續(xù)下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；溫度降到4點(727℃)時；剩余奧氏體恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數(shù)量減少，網(wǎng)狀二次滲碳體的數(shù)量增加，并變得更粗大?，F(xiàn)在是30頁\一共有37頁\編輯于星期三過共析鋼結(jié)晶過程示意圖

現(xiàn)在是31頁\一共有37頁\編輯于星期三5.鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系

5.1含碳量與鐵碳合金平衡組織間的關(guān)系鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。相圖自左至右的組織為：FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+Ld’Ld’Ld’+Fe3CI

現(xiàn)在是32頁\一共有37頁\編輯于星期三5.2含碳量與力學(xué)性能間的關(guān)系

強度：當(dāng)W(c)<0.9％時，隨著W(c)增加，強度不斷提高；當(dāng)W(c)>0.9％時，由于滲碳體在晶界呈網(wǎng)狀分布，使鋼的強度下降，脆性上升。硬度：隨W(c)的增加而提高。

塑性：隨W(c)的增加而迅速降低。

沖擊韌性：隨W(c)的增加而迅速降低。

現(xiàn)在是33頁\一共有37頁\編輯于星期三6.1相圖與材料的力學(xué)和物理性能*6.相圖與合金性能的關(guān)系現(xiàn)在是34頁\一共有37頁\編輯于星期三鑄造性能根據(jù)液固相線之間的距離X：X越大，成分偏析越嚴(yán)重（因為液固相成分差大）；X越大，流動性越差（因為枝晶發(fā)達(dá)）；X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區(qū)大）。