《工程材料與金屬熱加工》 課件 項目3 鐵碳合金相圖

項目3鐵碳合金相圖

鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相和組織組成純鐵及其同素異構轉變學習目標與技能要求1．掌握Fe-Fe3C相圖，理解相圖中各點、線、區(qū)的意義，利用相圖進行典型合金的結晶過程分析。2．掌握典型鐵碳合金的平衡結晶過程和組織特點。3．掌握鐵碳合金成分、組織、性能三者之間的關系，掌握鐵碳相圖的應用。金屬的多晶型性（同素異構現(xiàn)象）多晶型轉變（同素異構轉變）純鐵的同素異構轉變1394℃912℃δ-Fe

γ-Fe α-Febccfccbcc符合形核、長大的結晶規(guī)律固態(tài)金屬在不同的溫度和壓力范圍內，具有二種或二種以上晶格結構的現(xiàn)象轉變過程恒溫、可逆

§1

純鐵及其同素異構轉變純鐵的同素異構轉變

純鐵的成分及性能純鐵（工業(yè)純鐵）：含雜質0.10%～0.20%性能及組織：

σb=180～230MPa

σ0.2=100～170MPa

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

Ak=128～160J

HBS=50～80鐵素體（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體

晶格結構：bcc

最大溶解度：0.02%（727℃）

性能組織：

σb=180～230MPa

σ0.2=100～170MPa

HBS=50～80

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

ak=160～200J/cm2δ-鐵素體：碳溶于δ-Fe中所形成的間隙固溶體

最大溶解度：0.09%（1495℃）

§2鐵碳合金的相和組織組成奧氏體（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體晶格結構：fcc

最大溶解度：2.11%（1148℃）（高溫組織）

性能組織：

σb≈400MPa

HBS=170～220

δ=40%～50%

高塑性、無磁

滲碳體（Fe3C）：Fe與C所形成的金屬化合物晶格結構：復雜正交性能：σb≈30MPa

HBS=800

δ≈0

ψ≈0

硬而脆（耐磨性好）亞穩(wěn)定：Fe3C

3Fe+C（石墨）

合金滲碳體：(Fe、Me)3C Fe3(C、N)或Fe3(C、B)

石墨碳晶格結構：簡單六方性能:

加工性能機械性能高溫

珠光體（P）F與Fe3C所形成的機械混合物（平均含碳量：0.77%）性能組織：

σb≈750MPa

HBS=180

δ≈20%～25%

ak=30～40J/cm2

綜合性能萊氏體（）A與Fe3C所形成的機械混合物（平均含碳量：4.3%）性能組織：硬而脆ABCDFENGPSKQJHA(γ)LF(α)δFe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖T(℃)wC（%）FeFe3C

4+2個單相區(qū)

7個雙相區(qū)相區(qū)6.69%

§3鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3CH：0.09%1495℃J：0.17%1495℃B：0.53%1495℃2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%0.0008%包晶反應(0.09～0.53)共晶反應(2.11～6.69)共析反應(0.02～6.69)基本轉變鐵碳合金相圖分析ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3C1538℃1227℃912℃2.11%6.69%0.02%0.0008%1394℃A—

Fe熔點D

—Fe3C熔點N—同素異構轉變點G

—同素異構轉變點H—

c在δ

最大溶解度點E

—

c在A

最大溶解度點P

—

c在F

最大溶解度點Q

—

c在F

中室溫溶解度點鐵碳合金相圖分析J包晶點C共晶點S共析點重要點ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3C132一次滲碳體Fe3CⅠABCDAHJECFCD液相線的一部分1148℃固相線液相線T鐵碳合金相圖分析HJB包晶線ECD共晶線PSK共析線重要線ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3CA3AcmGS（A3）F和A兩相平衡線Fe3C和A兩相平衡線C

在A

溶解度曲線1148℃，AE

=A2.11TAX+Fe3C727℃AS=A0.77二次滲碳體Fe3CⅡ鐵碳合金相圖分析重要線ES（Acm）PSK（A1）A1ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3CA3Acm？

Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、

Fe3CⅢ

有何異同F(xiàn)e3C和F兩相平衡線C在F

溶解度曲線727℃，F(xiàn)P

=F0.0218TFX+Fe3C室溫℃FQ=F0.0008三次滲碳體Fe3CⅢPQ鐵碳合金相圖分析重要線A1ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃ALFδwC（%）FeFe3CA3AcmA1ECF共晶線TAX+Fe3CⅡA0.77+Fe3CⅡ727℃+Fe3CⅡ鐵碳合金相圖分析重要線2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工業(yè)純鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵過共晶白口鐵共晶白口鐵鋼鑄鐵ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%鐵碳合金分類共析鋼[wc=0.77%]ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320鐵碳合金的結晶過程分析共析鋼[wc=0.77%]室溫平衡組織:100%P（F和Fe3C）組成相的質量分數為：鐵碳合金的結晶過程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]13204鐵碳合金的結晶過程分析0.20%C組成相的質量分數為：室溫平衡組織:F+P，其相對量為：0.40%C亞共析鋼[0.0218%<wc<0.77%]鐵碳合金的結晶過程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320過共析鋼[0.077%<wc<2.11%]4鐵碳合金的結晶過程分析硝酸酒精侵蝕苦味酸侵蝕室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ

，其相對量為：過共析鋼[0.077%<wc<2.11%]鐵碳合金的結晶過程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%120共晶白口鐵[wc=4.3%]鐵碳合金的結晶過程分析共晶白口鐵[wc=4.3%]室溫平衡組織:100%鐵碳合金的結晶過程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%130亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]24鐵碳合金的結晶過程分析亞共晶白口鐵[2.11%<wc<4.3%]室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ+鐵碳合金的結晶過程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%13024過共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]鐵碳合金的結晶過程分析過共晶白口鐵[4.3%<wc<6.69%]室溫平衡組織:

+Fe3C鐵碳合金的結晶過程分析ABCDFENGPSKQJHALFδFeFe3C鐵碳合金平衡組織含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響相組成物相對量組織組成物相對量項目碳鋼

亞共析鋼共析鋼過共析鋼含碳量0.02%

0.77%

2.11%各種組織的相對量工藝性能力學性能應用結構用鋼工具用鋼切削性能焊接性能鑄造性能鍛造性能強度塑性硬度韌性鋼的成分、