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1、第5章 铁碳合金Iron-carbon Alloy5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析第1页/共42页第2页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。由于含碳量高于的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究Fe-FeFe-Fe3 3C C部分。图5-95-9所示为Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见表5-35-3所示。第3页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述第4页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述相图中各主
2、要点的涵义：ABCDABCD为液相线，而AHJECFAHJECF则为固相线。相图上的三条平行线(HJB(HJB、ECFECF、PCK)PCK)是指三个恒温反应：(1)(1)在1493(HJB1493(HJB水平线)发生包晶反应，其反应式为 L LB B+H H A AJ J 包晶反应的结果形成了奥氏体。此反应仅可能在含碳量为的铁碳合金中 发生。第5页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图上的三条平行线(HJB(HJB、ECFECF、PCK)PCK)是指三个恒温反应：(2)(2)在1147(ECF1147(ECF水平线)发生共晶反应，其反应式
3、为 Lc FLc FP P+Fe+Fe3 3C C。共晶反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称此共晶混合物为莱氏体，用字母L Ld d表示；冷至室温时成为变态莱氏体，用LLd d表示。此反应发生于所有含碳量 的铁碳 合金范围内。第6页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图上的三条平行线(HJB(HJB、ECFECF、PCK)PCK)是指三个恒温反应：(3)(3)在723(PSK723(PSK水平线)发生共析反应，其反应式为 As FAs FP P+Fe+Fe3 3C C。共析反应的结果形成了铁素体与渗碳体的共析混合物，称此共析混合物
4、为珠光体(P)(P)。所有含碳量超过的铁碳合金中，即实际在工程 上常用的铁碳合金中均发生珠光体(共析体)转变。第7页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述此外，值得注意的是ESES和PQPQ线：(1)ES(1)ES线碳在奥氏体中的固溶线。从该线看出，碳在奥氏体中的最大溶解度是在11471147，此时可溶解C C，而在723723时只能溶解0 08080C C。故 凡含碳量大于的铁碳合金自11471147冷至723723时，均 会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称此渗碳体为二次渗碳体 (Fe(Fe3 3C C)，以 区 别 于 从 液 体 中 直 接 结 晶 的 一 次
5、渗 碳 体(Fe(Fe3 3C C)。第8页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述此外，值得注意的是ESES和PQPQ线：(2)PQ(2)PQ线碳在铁素体中的固溶线。从该线看出，碳在铁素体中的最大溶解度是在723723，此时可溶解C C，而在室温平衡状态下，仅可溶解 C C，故一般铁碳合金凡是从723723缓冷至室温时，均可能从铁素体中沿晶界析出渗碳体，称此渗碳体为三次 渗碳体(Fe(Fe3 3C C)。因其数量极少，故一般在讨论中经常予 以忽略。第9页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 所谓一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源和分
6、布有所不同，没有本质区别，其含碳量，晶体结构和本身的性质均相同。相图中AHNAHN线和GPQGPQ线的左方分别为和的铁素体区域；NJESGNJESG包围的范畴为奥氏体区域。第10页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 铁碳合金相图上的各种合金，通常可按其含碳量和组织的不同，分成下列三类：(1)(1)工业纯铁)；(2)(2)钢C)C)：亚共析钢)、共析钢)、过共析钢)；(3)(3)白口铁C)C)：亚共晶白口铁)、共晶白口铁)过共晶白口铁)。第11页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析一、概述 下面列举6 6个典型的铁碳合金来讨论其结晶过程。钢和
7、白口铁的结晶过程虽然比较复杂，但其分析方法则与前述的相同，并无新颖之处。所选择的各合金的成分如图5-105-10所示。第12页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析第13页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(一)共析钢C)C)的结晶过程分析 图中合金为共析钢，该合金在1点以上的温度为液相(L)，缓冷至稍低于1点的温度开始从L中结晶出奥氏体(A)。缓冷至2点温度以下，L全部冷凝为A。继续缓冷至3点温度(723)时，A按共析反应转变成珠光体。第14页/共42页
8、5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(一)共析钢C)C)的结晶过程分析 共析钢的结晶过程示意图：第15页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(一)共析钢C)C)的结晶过程分析 共析钢的显微组织(珠光体)：第16页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 第17页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二
9、)亚共析钢C)的结晶过程分析 含碳量在范围内的亚共析钢，在冷凝至1493时均发生包晶反应，反应结果形成奥氏体(A)；而含碳量大于者，在冷凝时，则不发生包晶反应，而是直接从L中结晶出A。第18页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 含碳量在范围内的亚共析钢，在冷凝至1493时均发生包晶反应，反应结果形成奥氏体(A)；而含碳量大于者，在冷凝时，则不发生包晶反应，而是直接从L中结晶出A。第19页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析
10、(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 合金冷凝后得到A A组织，继续冷至GSGS线(3(3点温度)时，便会发生A A F F的转变，同时引起母相A A中碳浓度的变化。由于合金继续冷却过程中，A A的含碳量沿GSGS线逐渐增浓而趋近于S S点，即合金冷至723723时，A A的含碳量增为，故当合金冷至稍低于723723时，其组织中剩余的A A，便会按共析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为F+PF+P。第20页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 必须指出，所有亚共析钢在缓冷后，最终的显微组织都
11、是F+PF+P。各种亚共析钢组织的主要差别，在于其中的F F与P P的相对量和F F的分布情况不同。凡含碳量距S S点愈近的亚共析钢，其组织中含P P量愈多而F F量则愈少。含碳量大于的亚共析钢组织，其中F F趋向于沿P P边界呈网状分布。第21页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 C C的亚共析钢的显微组织。图中白色颗粒为F F晶粒；黑色颗粒为珠光体，因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。第22页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口
12、铁结晶过程分析(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 C C的亚共析钢的显微组织。图中白色颗粒为F F晶粒；黑色颗粒为珠光体，因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。第23页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢C)的结晶过程分析 C C、C C的亚共析钢的显微组织。白色颗粒为F F晶粒；黑色颗粒为珠光体，因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。可见，含碳量较高的C C亚共析钢显微组织中，P P所占面积较大。第24页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分
13、析(三)过共折钢C)的结晶过程分析 第25页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢C)的结晶过程分析 过共析钢(以合金为例)冷凝后得到A组织，继续冷至ES线(3点温度)时，即将从A中沿晶界开始析出Fe3C，随着温度的降低，A的含碳量沿ES线逐渐减少，与此同时，从A中沿晶界不断析出Fe3C。合金冷却至723时，A的含碳量减为，故当合金冷至稍低于723时，其组织中剩余的A，便会按共析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为P+Fe3C。第26页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结
14、晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢C)的结晶过程分析 过共析钢的结晶过程示意图：第27页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢C)的结晶过程分析 含C的过共析钢的结晶显微组织：第28页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁)的结晶过程分析 第29页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁)的结晶过程分析 共晶白口铁(图中合金)首先在114
15、7时发生恒温反应形成莱氏体，莱氏体在继续冷却过程中，由于其中A的含碳量沿ES线逐渐减少，还会不断析出Fe3C。冷却至723时，A的含碳量减为，故当合金冷至稍低于723时，其组织中剩余的A，便会按共析反应而转变成为珠光体，最终的莱氏体组织应为(P+Fe3CII+Fe3C)。第30页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁)的结晶过程分析 共晶白口铁结晶过程示意图：第31页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁)的结晶过程分析 共晶白
16、口铁显微组织（200）：第32页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁C)的结晶过程分析 第33页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁C)的结晶过程分析 亚共晶白口铁的结晶过程比较复杂。在共晶反应之前，在L中已首先结晶出一部分A晶体。这部分初生A在继续冷却时的转变过程与莱氏体中的奥氏体的转变过程完全相同，即先析出Fe3C，之后含碳量为的奥氏体再通过共析反应转变为珠光体。除此变化外，其它变化与共晶白口铁完全相同。亚共晶白口铁
17、的最终组织应为P+Fe3C+Ld(P+Fe3C+Fe3C)。第34页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁C)的结晶过程分析 亚共晶白口铁的结晶过程示意图：第35页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁C)的结晶过程分析 含C的亚共晶白口铁的结晶过程示意图：第36页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六)过共晶白口铁C)的结晶过程分析 第37页/共42页
18、5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六)过共晶白口铁C)的结晶过程分析 过共晶白口铁的结晶过程比亚共晶白口铁要简单得多，因为它在共晶反应之前首先结晶的是针状Fe3C，在继续冷却过程中，Fe3C不会发生成分和结构的变化，因此，过共晶白口铁的最终组织应为共晶白口铁组织加上从L中结晶出来的针状Fe3C，即为 Fe3C+Ld(P+Fe3C+Fe3C)。第38页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六)过共晶白口铁C)的结晶过程分析 过共晶白口铁的结晶过程示意图：第39页/共42页5.2 5.2 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析钢和白口铁结晶过程分析(六)过共晶白口铁C)的结晶过程分析 含C的过共晶白口铁的显微组织：第40页/共42页第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页