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1、合金及相图II第1页，此课件共30页哦铁碳合金基本相结构铁碳合金基本相结构 纯铁纯铁：一般指含一般指含0.10.2%杂质的工业纯铁，其基本性能是杂质的工业纯铁，其基本性能是塑性塑性好、强度、硬度低，通常不用做结构材料好、强度、硬度低，通常不用做结构材料。通常向铁中加入碳改善其性能，是强度增加。通常向铁中加入碳改善其性能，是强度增加。碳在铁中碳在铁中的存在形式有三种的存在形式有三种：溶解于铁形成固溶体；与铁作用形成化溶解于铁形成固溶体；与铁作用形成化合物（合物（Fe3C）；与铁之间无相互作用，以自由态石墨的方式存）；与铁之间无相互作用，以自由态石墨的方式存在。在。合金及相图合金及相图II第2页，
2、此课件共30页哦铁碳合金的相结构铁碳合金的相结构 相相：高温铁素体，碳在高温铁素体，碳在 -铁中的间隙固溶体，存在于铁中的间隙固溶体，存在于13941538 C，体心立方晶格，体心立方晶格。在。在1495 C时溶碳最大（时溶碳最大（0.09%）。）。铁素体相（铁素体相（F）：碳在：碳在-Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格。中的间隙固溶体，体心立方晶格。软而韧的相，溶碳量很小，溶解度在软而韧的相，溶碳量很小，溶解度在727 C最大达到最大达到0.0218%。显微组织是等轴状的多边形晶粒。显微组织是等轴状的多边形晶粒。铁素体是铁碳合金室温时的主要基本相和组织之一。铁素体是铁碳合金室温时的主要基本相和
3、组织之一。合金及相图合金及相图II第3页，此课件共30页哦 奥氏体相（奥氏体相（A）：碳在碳在 -铁中的间隙固溶体，铁中的间隙固溶体，面心立方晶面心立方晶格格。碳在碳在A中的溶解度较大，在中的溶解度较大，在727 C时为时为0.77%，在，在1148 C时达时达到最大，为到最大，为2.11%。奥氏体奥氏体在高温状态具有良好的塑性和韧性，低的变形抗力，在高温状态具有良好的塑性和韧性，低的变形抗力，是热成型时较佳的组织相是热成型时较佳的组织相。奥氏体奥氏体比容最小，比容最小，发生相变时体积会发生膨胀，产生内应发生相变时体积会发生膨胀，产生内应力力。合金及相图合金及相图II第4页，此课件共30页哦
4、渗碳体（渗碳体（Fe3C）相）相：具有复杂晶格的间隙化合物具有复杂晶格的间隙化合物。性能。性能特点是硬而脆，具有很高的硬度。塑性、韧性几乎为特点是硬而脆，具有很高的硬度。塑性、韧性几乎为0。室温下钢。室温下钢中的碳主要以中的碳主要以Fe3C形式存在，可以呈片状、网状、球状、粒状、形式存在，可以呈片状、网状、球状、粒状、板条状等。板条状等。Fe3C是钢中的强化相，其数量、形态、大小、分布对钢是钢中的强化相，其数量、形态、大小、分布对钢的性能有很大的影响。的性能有很大的影响。合金及相图合金及相图II第5页，此课件共30页哦 莱氏体（莱氏体（A+Fe3C）：共晶转变产物，符号为共晶转变产物，符号为L
5、d，缓冷，缓冷至至727 C以下转变为变态莱氏体，符号为以下转变为变态莱氏体，符号为Ld。珠光体（珠光体（F+Fe3C）：共析转变产物，符号为共析转变产物，符号为P。合金及相图合金及相图II第6页，此课件共30页哦铁碳合金相图铁碳合金相图 合金及相图合金及相图II第7页，此课件共30页哦相图上的特性点相图上的特性点：相图中的相图中的J、C、S为三个重要的点。为三个重要的点。合金及相图合金及相图II第8页，此课件共30页哦 J为包晶点为包晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到。合金在平衡结晶过程中冷却到1495 C时，时，B点成分的液相点成分的液相L与与H点成分的点成分的 相发生包晶反应，相发生包晶反
6、应，生成生成J点成分的奥氏体点成分的奥氏体A。包晶反应在恒温下进行，反应过程。包晶反应在恒温下进行，反应过程中中L、A三相共存。三相共存。合金及相图合金及相图II第9页，此课件共30页哦 C为共晶点为共晶点。合金在平衡结晶过程温度冷却到。合金在平衡结晶过程温度冷却到1148 C时，时，C点成分的液相点成分的液相L发生共晶反应，生成发生共晶反应，生成E点成点成分的奥氏体分的奥氏体A和和F点成分的渗碳体点成分的渗碳体Fe3C。共晶反应在恒。共晶反应在恒温下进行，反应过程中温下进行，反应过程中L、A、Fe3C三相共存。三相共存。合金及相图合金及相图II第10页，此课件共30页哦 共晶反应产物为奥氏体
7、与共晶渗碳体组成的机械混合物，共晶反应产物为奥氏体与共晶渗碳体组成的机械混合物，称高温莱氏体称高温莱氏体Ld。其形态为柱状和粒状的。其形态为柱状和粒状的A（室温时转变（室温时转变为珠光体为珠光体P）分布在渗碳体基体上，所以其性能硬而脆，）分布在渗碳体基体上，所以其性能硬而脆，硬度高，塑性与韧性几乎为硬度高，塑性与韧性几乎为0。合金及相图合金及相图II第11页，此课件共30页哦 S为共析点为共析点。合金在平衡结晶过程温度冷却到。合金在平衡结晶过程温度冷却到727 C时，时，S点成分的奥氏体点成分的奥氏体A发生共析反应，生成发生共析反应，生成P点成分点成分的铁素体的铁素体F和和K点成分的渗碳体点成
8、分的渗碳体Fe3C。共析反应在恒温下进。共析反应在恒温下进行，反应过程中行，反应过程中A、F、Fe3C三相共存。三相共存。合金及相图合金及相图II第12页，此课件共30页哦 共析反应产物为铁素体与共析渗碳体组成的机械混合物，共析反应产物为铁素体与共析渗碳体组成的机械混合物，称珠光体称珠光体P。其形态为渗碳体呈片状分布在软而韧的铁素。其形态为渗碳体呈片状分布在软而韧的铁素体的基体上（放大倍数较高时），放大倍数较低时珠光体体的基体上（放大倍数较高时），放大倍数较低时珠光体呈层片状。呈层片状。合金及相图合金及相图II第13页，此课件共30页哦铁碳相图中的特性线铁碳相图中的特性线 ABCD为液相线为液
9、相线，AHJECF为固相线为固相线；HJB为包晶线为包晶线；ECF为共晶线为共晶线；PSK为共析线，又称为共析线，又称A1线线；GS线是线是A中开始析出中开始析出F的相变线，又称的相变线，又称A3线线；ES是碳在是碳在A中的固溶线；中的固溶线；PQ是碳在是碳在F中的固溶线；中的固溶线；AHN和和GPQ的左方分别为单相的左方分别为单相 和单相和单相 区区，NJESG包围的包围的是是 区。区。合金及相图合金及相图II第14页，此课件共30页哦铁碳相图中各主要点的说明铁碳相图中各主要点的说明合金及相图合金及相图II第15页，此课件共30页哦铁碳合金在平衡状态下的结晶过程铁碳合金在平衡状态下的结晶过程
10、 铁碳合金相图上的各种合金，按其含碳量和组织特征，铁碳合金相图上的各种合金，按其含碳量和组织特征，通常可以分为三类：通常可以分为三类：合金及相图合金及相图II第16页，此课件共30页哦共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程合金为合金为I的共析钢，冷却到在的共析钢，冷却到在1点点（即（即S点）时，将发生共析反应，点）时，将发生共析反应，A全部转变成珠光体全部转变成珠光体P，如下图。，如下图。合金及相图合金及相图II第17页，此课件共30页哦亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程合金为合金为II的亚共析钢，冷却到在的亚共析钢，冷却到在1点时，点时，A中开始析出铁素体中开始析出铁素体F，随，随着温度的降低，
11、着温度的降低，F成分沿成分沿GP线变线变化，剩余化，剩余A成分沿成分沿GS线向低温方线向低温方向变化。当温度冷到向变化。当温度冷到2点时，剩余点时，剩余A成分达到成分达到S点发生共析转变。随点发生共析转变。随着温度继续降低析出着温度继续降低析出P。此时，。此时，亚共析钢的组织为亚共析钢的组织为F+P。合金及相图合金及相图II第18页，此课件共30页哦亚共析钢的组织亚共析钢的组织白色为白色为F晶粒，黑色为晶粒，黑色为P团。团。合金及相图合金及相图II第19页，此课件共30页哦过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程合金为合金为III的亚共析钢，冷却到在的亚共析钢，冷却到在1点时，点时，A中开始析出网
12、状分布的中开始析出网状分布的Fe3C，随着温度的降低，剩余，随着温度的降低，剩余A成分沿成分沿ES线向低温方向变化。当线向低温方向变化。当温度冷到温度冷到2点时，剩余点时，剩余A成分达到成分达到S点发生共析转变。随着温度继续点发生共析转变。随着温度继续降低析出降低析出P。此时，过共析钢的。此时，过共析钢的组织为组织为Fe3C+P。合金及相图合金及相图II第20页，此课件共30页哦过共析钢的组织过共析钢的组织白色为网状的白色为网状的Fe3C，黑色为，黑色为P团。团。合金及相图合金及相图II第21页，此课件共30页哦共晶白口铸铁的结晶过程共晶白口铸铁的结晶过程合金为（合金为（5）的白口铸铁冷却）的
13、白口铸铁冷却到在到在1点时，形成高温莱氏体点时，形成高温莱氏体Ld，随着温度的降低，其中的奥，随着温度的降低，其中的奥氏体含碳量沿氏体含碳量沿ES线逐渐减少并线逐渐减少并析出析出Fe3C，当碳含量减少到，当碳含量减少到S点点发生共析反应。发生共析反应。A转变成转变成P。此时，。此时，其组织为其组织为Ld，即，即P+Fe3CII+Fe3C，称为称为低温莱氏体。低温莱氏体。合金及相图合金及相图II第22页，此课件共30页哦共晶白口铸铁的结晶过程示意图共晶白口铸铁的结晶过程示意图共晶白口铸铁显微组织共晶白口铸铁显微组织合金及相图合金及相图II第23页，此课件共30页哦合金元素对铁相图的影响合金元素对
14、铁相图的影响 元素对奥氏体区的影响：元素对奥氏体区的影响：扩大奥氏体区的元素：扩大奥氏体区的元素：锰、镍、铜、氮，使锰、镍、铜、氮，使A3降低，足降低，足够量的锰可使奥氏体区扩大到室温够量的锰可使奥氏体区扩大到室温（Mn13耐磨钢）耐磨钢）。缩小奥氏体区的元素：缩小奥氏体区的元素：硅、铬、钨、钼、钛，使硅、铬、钨、钼、钛，使A3升高，升高，A4降低。降低。合金及相图合金及相图II第24页，此课件共30页哦合金元素对铁相图的影响合金元素对铁相图的影响 元素对共晶和共析点的影响：元素对共晶和共析点的影响：大多数合金元素都降低共晶点大多数合金元素都降低共晶点C、共析点、共析点S和奥氏体最大溶和奥氏体
15、最大溶解度解度E点的含碳量。点的含碳量。C、S、E点位置的变化对组织和性能的影响很大。点位置的变化对组织和性能的影响很大。合金及相图合金及相图II第25页，此课件共30页哦合金元素对铁相图的影响合金元素对铁相图的影响 共晶碳当量的概念：共晶碳当量的概念：铁碳合金的共晶成分为铁碳合金的共晶成分为4.3%，C+0.3Si称为碳当量。如称为碳当量。如果不按碳当量计算，有可能在估错铸铁的组织。果不按碳当量计算，有可能在估错铸铁的组织。合金及相图合金及相图II第26页，此课件共30页哦碳对铁碳平衡组织和性能的影响碳对铁碳平衡组织和性能的影响 铁碳合金的室温组织均由铁素体铁碳合金的室温组织均由铁素体F和渗
16、碳体和渗碳体Fe3C组成。随组成。随着碳含量的增加，铁碳合金的室温组织发生如下变化：着碳含量的增加，铁碳合金的室温组织发生如下变化：合金及相图合金及相图II第27页，此课件共30页哦铁碳合金成分与组织的关系铁碳合金成分与组织的关系合金及相图合金及相图II第28页，此课件共30页哦碳含量对铁碳合金力学性能的影响碳含量对铁碳合金力学性能的影响 随着碳含量的增加，随着碳含量的增加，1）合金）合金的韧性和塑性下降，但是韧性下的韧性和塑性下降，但是韧性下降更快；降更快；2）硬度增加；）硬度增加；3）以铁）以铁素体为基体，渗碳体为强化相时素体为基体，渗碳体为强化相时强度增加，反之则强度下降。强度增加，反之
17、则强度下降。合金及相图合金及相图II第29页，此课件共30页哦碳含量对铁碳合金工艺性能的影响碳含量对铁碳合金工艺性能的影响 切削加工性切削加工性：低碳钢中，容易粘刀；高碳钢硬度高容易磨：低碳钢中，容易粘刀；高碳钢硬度高容易磨损刀具；中碳钢铁素体和渗碳体比例合适，容易切削加工。损刀具；中碳钢铁素体和渗碳体比例合适，容易切削加工。锻造工艺性锻造工艺性：随着碳含量的增加，可锻性逐渐变差。：随着碳含量的增加，可锻性逐渐变差。铸造性铸造性：随碳增加，流动性好；收缩率大；偏析严重。：随碳增加，流动性好；收缩率大；偏析严重。焊接性焊接性：碳含量越高，焊接性越差。：碳含量越高，焊接性越差。合金及相图合金及相图II第30页，此课件共30页哦