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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第三章 铁碳合金状态图教学目的：重点：难点：（引入）铁碳合金状态图就是用热分析法测得不同浓度的铁碳合金的冷却曲线,然后将冷却曲线上各结晶温度转变点描画在温度 金相组织、温度及合金成分之间的关系；热分析法： 是借助于光学高温计及金相显微镜,-成分坐标上,以得到铁碳合金 测得各种成分铁碳合金在缓慢冷却过程中的溶液结晶温度及固态下二次结晶的组织转变温度,对合金金相组织随 温度变化的状况进行分析的方法；第一节 铁碳相图 一、铁碳合金的组元 纯铁在不同温度区间具有不同的晶体结构；塑形、韧性好,强度低；碳在固态铁碳合金中有三种存在形式 二
2、、铁碳合金的基本相及组织 1、铁素体（ F）铁素体是碳溶解在 -Fe中形成的间隙固溶体；由于 -Fe晶粒的间隙小,溶解碳量极微,其最大溶碳量只有 0.0218%（727）所以是几乎不含碳的纯铁；性能： b =180230MPa HB=5080 =3050% =7080% -2 ak=156196Jcm 显微镜下观看,铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒外形；2、渗碳体（ Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的稳固化合物；含碳量为 6.69% 性能： HB=800,硬度很高,脆性极大,是钢中的强化相；显微镜下观看,渗碳体呈银白色光泽；3、奥氏体（ A）奥氏体是碳溶解在 -Fe中形成的间隙固溶体； -Fe的
3、溶碳才能较高,最大为 2.11%（1148）；由于 -Fe一般存在于 7271394之间,所以奥氏体也只显现在高温区域 内；显微镜观看,奥氏体出现外形不规章的颗粒状结构,并有明显的界限；性能： =4050%,具有良好的塑性和低的变形抗力；是绝大多数钢种在名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载高温进行压力加工所需的组织；4、珠光体（ P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体；珠光体的平均含碳量为 0.77%,在 727以下温度范畴内存在；显微镜观看,珠光体呈层片状特点,表面具有珍宝光泽,因此得名；性能： b
4、 =750MPa HB=160 180 较高 =3040% 适中 =2025% 5、莱氏体（ Ld）莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体；铁碳合金中含碳量为 4.3%的液体冷却到 1148时发生共晶转变,生成高温莱 氏体；合金连续冷却到 727时,其中的奥氏体转变为珠光体,故室温时由 珠光体和渗碳体组成,叫低温莱氏体；统称莱氏体；三、铁碳相图分析06.69%的铁碳合金部分（即Fe目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为Fe3C部分）,由于含碳量大于 6.69的铁碳合金在工业上无使用价值；右图为简 化后的 FeFe3C状态图；1、主要特点点含碳量（ Wc）含义特性点温度A 1538 0 纯铁熔点C 1
5、148 4.30 共晶点D 1227 6.69 渗碳体的熔点E 1148 2.11 C在 -铁中的最大溶解度G 912 0 铁 铁同素异构转变点P 727 0.0218 C在 铁中的最大溶解度S 727 0.77 共析点2、主要线段 ACD 线液相线,即此线以上为液态合金,开头结晶线；AECF 线固相线,此线以下为固体合金；ECF 线共晶线,凡经过此线的合金均会发生共晶转变；GS 线习惯用 A3 来表示, A 中开头析出 F,既有：ES 线用 A cm 表示,开头析出渗碳体 -Fe3CII；PSK 线又叫共析线,用 A1 来表示,析出珠光体,共析反应；3、主要区域 液体 Y、铁素体 F、奥氏体
6、 A 和渗碳体 Fe3C是铁碳合金的基本组织,或者 说是基本晶体结构,即基本相,其他各区组织都由这些基本相按不同比例混 合而成；ACDA 区液相区（ Y ）；AESGA 区奥氏体区（ A ）；GPQG 区铁素体区（ F ）；名师归纳总结 DFKL 区（ 6.69线） 一次渗碳体区（直接从液相中析出Fe3CI）第 2 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载AGQA 区（0线） 纯铁区（同素异晶转变区） ；S 0.77线（区） 珠光体区,为共析组织；E 2.11线（区） 二次渗碳体区,随 次渗碳体；A 中 C的溶解度下降,析出二
7、C 4.3线（区） 莱氏体区,为共晶组织 4、相区 1）单相区 有 F、A、L 和 Fe3C四个单相区 2）两相区 五个两相区： LA 两相区、 L+Fe3C两相区、 A+Fe3C两相区、 AF 两相 区、 F+Fe3C两相区 3）三相区 ECF共晶线是液相、奥氏体、渗碳体的三相共存线（L、A、Fe3C）PSK共析线是奥氏体、铁素体、渗碳体的三相共存线（A、F、Fe3C）5、总结1、相区与相区内的组织不一样；2、对于每个相区,不论温度成分怎么变,其组织种类不变,但相的成分和相对量可能变化；3、相图左侧两个单相固溶体：-Fe、 -Fe ；相区右侧一个单相 Fe3C,之间为上述固溶体组成的两相共存
8、区；4、共析点、共析线四、5、共晶点、共晶线 铁碳合金状态图的作用铁碳合金状态图主要是用来分析铁碳合金的成分、系；温度、组织三者之间的关a 当含碳量增加时, 铁素体的比例削减, 珠光体比例增大, 故而碳钢的机械强度和硬度增大,塑性和韧性降低；b 当含碳量超过 0.9%时,碳钢中 C 的含量增多,硬度增加,强度、塑性、韧性均下降；c当温度肯定时,掌握了碳钢的含碳量就掌握了碳钢的组织和性能；碳钢的机械性能又打算了碳钢的用途；其次节 铁碳合金的基本组织与性能名师归纳总结 一、不同成分的铁碳室温平稳组织第 3 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 二
9、、成分组织对性能的影响学习必备欢迎下载1、含碳量与铁碳合金平稳组织间的关系铁碳合金的室温组织都是由铁素体和滲碳体两相组成；随着含碳量的增加,铁素体量逐步削减, 滲碳体量逐步增多, 且它的外形和分布也有所不同,从而形成不同的组织；2、含碳量与力学性能间的关系 强度：当 Wc0.9时,由于渗 碳体在晶界呈网状分布,使钢的强度下降；硬度：随 Wc 的增加而提高；塑性：随 Wc 的增加而快速降低；冲击韧性：随 Wc 的增加而快速降低；3、含碳量对工艺性能的影响a.铸造性铸铁的流淌性比钢好,易于铸造,特殊是靠近共晶成分的铸铁,其结晶温度低,流淌性好,铸造性能最好；从相图上盾,结晶温度越高,结晶温度区间越
10、大,越简单形成分散缩孔和偏析,铸造性能越差；b.可锻性低碳钢比高碳钢好；由于钢加热呈单相奥氏体状态时,塑性好、强度低,便于塑性变形,所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行；c.可焊性含碳量越低,钢的焊接性能越好,所以低碳钢比高碳钢更简单焊接；d.切削加工性 含碳量过高或过低,都会降低其切削加工性能；一般认为中碳钢的塑性比 较适中,硬度在 160230HB时,切削加工性能最好；第三节 钢的结晶过程分析共析反应：在肯定温度下（恒温） ,由一种固相同时析出两种固相的过程,称为共析反应或共析转变,其生成的组织称为共析组织；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - -
11、- - - - - - - 学习必备 欢迎下载共晶反应：在肯定温度下（恒温） ,由一种 液相同时析出两种 固相的过程,称为共晶反应或共晶转变,其转变组织称为共晶组织；一、共析钢的组织转变液态金属冷却至点 1 时开头生成 A 晶核；冷却至点 2 后,液体金属全部结晶为 A；冷却至点 3 后,发生共析反应,在室温下 二、亚共析钢的组织转变A 全部转变为 P；液态金属冷却至点 1 时开头生成 A 晶核；冷却至点 2 后,液体金属全部结晶为 A；冷却至点 3 后,在 GS至 PSK间随温度下降不断析出 量沿 GS线不断增加而得到珠光体 P；三、过共析钢的组织转变液态金属冷却至点 1 时开头生成 A 晶
12、核；冷却至点 2 后,液体金属全部结晶为 A；冷却至点 3 后,在 GS至 PSK间随温度下降不断析出 的含碳量沿 ES线不断削减而得到珠光体 P；（总结）铁碳相图的运用1、选用材料：F,同时剩余 A 中的含碳Fe3C,同时剩余 A 中由铁碳相图可知, 合金中随着含碳量的不同, 其组织各不相同,从而导致其 力学性能不同； 因此,我们就可以依据机器零件所要求的性能来挑选不同含碳量 的材料；2、叛断切削加性能：低碳钢中铁素体较多, 塑性好,加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当,钢的硬度适当,易于加工；3、制定热加工工艺：含碳量为 在铸造工艺方面, 依据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度,4.3%的铸铁铸造性最好； 在锻造工艺方面, 可以挑选钢材的轧制和锻造的温度范 围应在奥氏体区；4、应用于热处理生产：由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化,可以进行热处 理；并且可以正确挑选加热温度；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页