第五章 鐵碳合金相圖及應(yīng)用.ppt

1、第五章 鐵碳合金相圖及應(yīng)用4學(xué)時,鐵碳合金基本相鐵碳相圖重要點、線、區(qū)分析鐵碳合金分類工業(yè)純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼凝固結(jié)晶分析合金成分與組織性能關(guān)系及應(yīng)用,第一節(jié) 鐵碳合金中的相 P72,鐵碳合金相圖是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù)。,鐵素體F(或):碳在-Fe中的間隙固溶體。 高溫鐵素體:高溫下碳在-Fe中的間隙固溶體。 鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度硬度低，塑性韌性好。 奧氏體A(或):碳在-Fe中的間隙固溶體。 奧氏體為面心立方結(jié)構(gòu),強(qiáng)度硬度低、塑性韌性好,鋼熱加工都在奧氏體區(qū)進(jìn)行。 滲碳體Fe3C:含碳6.69%,是硬而脆的間隙相，硬度為950-1050Hv，塑性和韌性幾

2、乎為零。,思考題：什么是鐵素體和奧氏體？鐵素體和奧氏體分別具有何種晶體結(jié)構(gòu)？,第二節(jié) 鐵碳合金相圖分析 P73,鐵碳相圖分析,重要點:共析成分點S(0.77%C)；共晶成分點C(4.3%C)。 重要線:A1線(PSK),A3線(GS),Acm線(ES)。 相區(qū):單相區(qū)、兩相區(qū)和三相區(qū)。 滲碳體:從液相、奧氏體、鐵素體中析出的一次、二次、三次滲碳體。 共析反應(yīng)和共晶反應(yīng):A=F+Fe3C,L=A+Fe3C。 珠光體P和萊氏體Ld:共析反應(yīng)形成的鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物；共晶反應(yīng)形成的A與Fe3C的機(jī)械混合物。,思考題：1.畫出簡明鐵碳相圖，并標(biāo)出各相區(qū)內(nèi)的相。2.寫出共晶反應(yīng)式和共析反應(yīng)式。3

3、.什么是一次、二次和三次滲碳體？4.什么是珠光體和萊氏體？,工業(yè)純鐵(wc0.0218%C)平衡結(jié)晶過程分析 P76,室溫下相組成物：+Fe3C 室溫下組織組成物：F+Fe3CIII Fe3CIII常沿鐵素體晶界呈片狀析出,量很少(0.3%),可忽略不計。,思考題：工業(yè)純鐵平衡凝固到室溫時組成相和組織組成物各是什么？畫出工業(yè)純鐵平衡凝固到室溫時的組織示意圖。,共析鋼(0.77%C)平衡凝固結(jié)晶過程 P77,室溫下相組成物:+Fe3C 相相對量:W=(6.69-0.77)/6.69=88.5% WFe3C=1-88.5%=11.5%,室溫下組織組成物:100%P; 珠光體為F與FeC3層片相間組

4、織，性能介于鐵素體和滲碳體之間。,思考題：共析鋼平衡凝固到室溫時相組成物和組織組成物各是什么？畫出共析鋼平衡凝固到室溫時的組織示意圖。,亞共析鋼(0.0218 wc0.77%C)平衡凝固結(jié)晶過程P77,室溫下相組成物:+Fe3C 相相對量:W=(6.69-Wc)/6.69 WFe3C=1- W,室溫下組織組成物:F+P+Fe3CIII少量 相對量(不考慮三次滲碳體時): WF=(0.77-Wc)/(0.77-0.0218) WP=1- W,思考題：1.亞共析鋼平衡凝固到室溫時的相和組織組成物各是什么？2.亞共析鋼平衡凝固組織中的鐵素體和珠光體含量隨其含碳量的增加如何變化？相和滲碳體相又如何變化

5、？3.根據(jù)含碳量計算亞共析鋼相和組織組成物的相對量(不考慮Fe3CIII)。,過共析鋼(0.77 wc2.11%C)平衡凝固結(jié)晶過程分析 P79,相組成物：+Fe3C 相相對量:W=(6.69-Wc)/6.69 WFe3C=1- W,組織組成物：P+Fe3CII 組織相對量: WP=(6.69-Wc)/(6.69-0.77) WFe3CII=1- WP,思考題：過共析鋼的相和組織組成物各是什么？根據(jù)所給過共析鋼的含碳量計算其相和組織組成物的相對量。,白口鑄鐵平衡凝固到室溫時組織 P79,思考題： 1.分析一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體和共析滲碳體的異同之處。 相同點：都是滲碳體

6、，晶體結(jié)構(gòu)、成分、性能相同。 不同點：一次滲碳體從液相析出，二次滲碳體從奧氏體析出，三次滲碳體從鐵素體析出，共晶滲碳體共晶反應(yīng)時形成，共析滲碳體共析反應(yīng)時形成。,亞共晶白口鑄鐵(2.11wc4.3%C) :P+Fe3CII+Ld 共晶白口鑄鐵(4.3%C):Ld 過共晶白口鑄鐵(4.3wc 6.69%C):Ld+Fe3CI,思考題：2.根據(jù)鐵碳相圖解釋下列現(xiàn)象:1)進(jìn)行熱軋和鍛造時,通常將鋼材加熱到1000-1250；2)鋼鉚釘一般用低碳鋼制造；3)綁扎物件鐵絲一般為鍍鋅低碳鋼絲,而起重機(jī)吊重物時用鋼絲繩用含碳0.60%、0.65%、0.70%的鋼等制成；4)在1100時，Wc=0.4%的碳鋼

7、能進(jìn)行鍛造，而Wc=4%的鑄鐵不能進(jìn)行鍛造；5)室溫下Wc=0.8%的碳鋼比Wc=1.2%的碳鋼強(qiáng)度高；6)亞共析鋼適于壓力加工成形，而鑄鐵適于鑄造成形。 答：1）鋼材加熱到1000-1250時為單相奧氏體組織，奧氏體強(qiáng)度低、塑性好，適于進(jìn)行熱軋和鍛造； 2）低碳鋼能滿足鉚釘?shù)蛷?qiáng)度和高塑性性能要求； 3）綁扎物件的鐵絲要求低強(qiáng)度和高塑性，鍍鋅可提高鐵絲的抗腐蝕性能，故用鍍鋅低碳鋼絲； 吊重物的鋼絲繩要求高強(qiáng)度，故用含碳量較高的鋼制造； 4）含碳量0.4%的碳鋼在1100為奧氏體組織，具有低強(qiáng)度和高塑性，故能進(jìn)行鍛造； 含碳量為4%的鑄鐵在1100為A和萊氏體，萊氏體的塑性很差，不適合鍛造； 5

8、）含碳量為0.8%的鋼組織為P+Fe3CII少量，因珠光體強(qiáng)度高，因而具有較高的強(qiáng)度； 含碳量為1.2%的碳鋼雖組織也為P+Fe3CII，但二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布于晶界，脆性大，因而強(qiáng)度低； 6）亞共析鋼具有良好的塑性,因而適于壓力加工成形；鑄鐵熔點低，具有良好的鑄造性能，因而適于鑄造成形。 3.現(xiàn)有形狀和尺寸完全相同的四塊平衡狀態(tài)的鐵碳合金，它們的碳含量分別為0.2、0.45、1.2和3.5%，根據(jù)您所學(xué)的知識，可用哪些方法來區(qū)別它們？ 答：1.硬度法：硬度由低到高依次為含碳0.2、0.45、1.2和3.5%的鐵碳合金。 2.組織觀察法：組織為F+P+Fe3CIII的鐵碳合金含碳量為0.2和0

9、.45%，這兩種對比，F(xiàn)多的是0.2%鐵碳合金，少的為0.45%合金；組織為P+Fe3CII的為1.2%鐵碳合金；組織為P+Fe3CII+Ld的為3.5%鐵碳合金。,4.根據(jù)鐵碳相圖，說明室溫下含碳量分別為0.2和1.2%的鋼的組成相及組織組成物，并計算這兩種鋼的相的相對量和組織組成物的相對量(組織組成物計算時三次滲碳體量忽略不計)。 0.2%和1.2%鋼室溫下的組成相均為+Fe3C；0.2%鋼室溫下的組織組成物為+P+Fe3CIII，1.2%鋼室溫下的組織組成物為P+Fe3CII 相的相對量計算:對于0.2%鋼,W=(6.69-0.2)/6.69=97%；WFe3C=1-97%=3%。 對于

10、1.2%鋼,W=(6.69-1.2)/6.69=82.1%；WFe3C=1-82.1%=17.9% 組織組成物計算:對于0.2%鋼,三次滲碳體量忽略不計時，W=(0.77-0.2)/(0.77-0.0218)=76.2%；WP=1-76.2%=23.8%。 對于1.2%鋼,WP=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)=92.7%；WFe3CII=1-92.7%=7.3% 5.某倉庫中積壓了許多退火狀態(tài)的碳鋼，由于鋼材混雜不知其化學(xué)成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后發(fā)現(xiàn)組織為珠光體和鐵素體，其中珠光體占75%，問此鋼的碳含量大約為多少？(組織組成物計算時三次滲碳體量忽略不計)。設(shè)鋼含碳量為

11、X，因為三次滲碳體量忽略不計，所以(X-0.0218)/(0.77-0.0218)=75%，X=0.583%,第三節(jié) 鐵碳合金成分、組織與性能的關(guān)系及應(yīng)用P81,合金成分與平衡組織關(guān)系,相變化規(guī)律:含碳量,F單調(diào)減少，滲碳體單調(diào)增加。 組織變化規(guī)律:FF+Fe3CIIIF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdLdLd+Fe3CI,合金成分與力學(xué)性能關(guān)系P81,亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。過共析鋼當(dāng)含碳量接近1%時強(qiáng)度最高，含碳量繼續(xù)增加，在晶界易形成連續(xù)網(wǎng)狀Fe3C,反而導(dǎo)致強(qiáng)度下降, 但硬度仍上升。白口鐵中因存在大量滲碳體，脆性大，強(qiáng)度低。,思考題:

12、1.比較平衡狀態(tài)下碳含量分別為0.45、0.80和1.2%碳鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的大小。 隨含碳量增加，硬度增加，即硬度由高到低依次為含碳量1.2、0.8和0.45%的鋼； 隨含碳量增加，塑性和韌性下降，即塑性和韌性由高到低依次為0.45、0.8%和1.2%的鋼； 含碳量0.8%碳鋼的強(qiáng)度最高，其次是1.2%鋼，0.45%鋼強(qiáng)度最低。,合金成分與工藝性能關(guān)系P82,鐵碳相圖的應(yīng)用P83,選材:根據(jù)成分組織性能間關(guān)系,為零件按力學(xué)性能選材提供依據(jù)； 鑄造工藝:據(jù)相圖確定澆注溫度(液相線溫度以上50-100)及分析鑄造性能優(yōu)劣； 鍛軋工藝:根據(jù)相圖確定始鍛溫度(液相線溫度以下100-200)

13、； 焊接工藝：根據(jù)相圖分析焊縫組織和焊接性能； 熱處理工藝：根據(jù)相圖確定熱處理工藝溫度。,鑄造性能:近共晶成分合金鑄造性能好，鑄鐵優(yōu)于鋼； 可鍛性能:低碳鋼優(yōu)于高碳鋼； 焊接性能:低碳鋼優(yōu)于高碳鋼； 可加工性:中碳鋼優(yōu)于低、高碳鋼,硬度在170-250HBW可加工性好; 熱處理性能:第六章介紹。,本章作業(yè)：P84 5-1、5-2、5-3、5-7作業(yè)參考答案：,2.解釋下列名詞：鐵素體、奧氏體、珠光體和萊氏體。 答：鐵素體是碳在-Fe中的間隙固溶體； 奧氏體是碳在 -Fe中的間隙固溶體； 珠光體是共析反應(yīng)形成的鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物； 萊氏體是共晶反應(yīng)形成的奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物。 3.

14、分析一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體和共析滲碳體的異同之處。 答：相同點：都是滲碳體，晶體結(jié)構(gòu)、成分、性能相同。 不同點：一次滲碳體從液相析出，二次滲碳體從奧氏體析出，三次滲碳體從鐵素體析出，共晶滲碳體共晶反應(yīng)時形成，共析滲碳體共析反應(yīng)時形成。,1.默畫簡化后的Fe-Fe3C相圖，填寫各相區(qū)的相和組織組成物。,7.根據(jù)鐵碳相圖解釋下列現(xiàn)象:1)進(jìn)行熱軋和鍛造時,通常將鋼材加熱到1000-1250；2)鋼鉚釘一般用低碳鋼制造；3)綁扎物件鐵絲一般為鍍鋅低碳鋼絲,而起重機(jī)吊重物時用鋼絲繩用含碳0.60%、0.65%、0.70%的鋼等制成；4)在1100時，Wc=0.4%的碳鋼能進(jìn)行鍛造，而Wc=4%的鑄鐵不能進(jìn)行鍛造；5)室溫下Wc=0.8%的碳鋼比Wc=1.2%的碳鋼強(qiáng)度高；6)亞共析鋼適于壓力加工成形，而鑄鐵適于鑄造成形。 答：1）鋼材加熱到1000-1250時為單相奧氏體組織，奧氏體強(qiáng)度低、塑性好，適于進(jìn)行熱軋和鍛造； 2）低碳鋼能滿足鉚釘?shù)蛷?qiáng)度和高塑性性能要求； 3）綁扎物件的鐵絲要求低強(qiáng)度和高塑性，鍍鋅可提高鐵絲的抗腐蝕性能，故用鍍鋅低碳鋼絲； 吊重物的鋼絲繩要求高強(qiáng)度，故用含碳量較高