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1、第一节 铁碳合金中的相 P72P72 铁碳合金相图是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据。u铁素体F(F(或):):碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体。高温铁素体:高温下碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体。铁素体为体心立方结构，强度硬度低，塑性韧性好。u奥氏体A(A(或):):碳在-Fe-Fe中的间隙固溶体。奥氏体为面心立方结构,强度硬度低、塑性韧性好,钢热加工都在奥氏体区进行。u渗碳体FeFe3 3C:C:含碳6.69%,是硬而脆的间隙相，硬度为950-1050Hv，塑性和韧性几乎为零。思考题：什么是铁素体和奥氏体？铁素体和奥氏体分别具有何种晶体结构？第1页/共12页第二节 铁碳合金相图分析 P
2、73P73u铁碳相图分析重要点:共析成分点S(0.77%C)；共晶成分点C(4.3%C)。重要线:A1线(PSK),A3线(GS),Acm线(ES)。相区:单相区、两相区和三相区。渗碳体:从液相、奥氏体、铁素体中析出的一次、二次、三次渗碳体。共析反应和共晶反应:A=F+Fe3C,L=A+Fe3C。珠光体P P和莱氏体LdLd:共析反应形成的铁素体和渗碳体的机械混合物；共晶反应形成的A与Fe3C的机械混合物。思考题：1.画出简明铁碳相图，并标出各相区内的相。2.写出共晶反应式和共析反应式。3.什么是一次、二次和三次渗碳体？4.什么是珠光体和莱氏体？第2页/共12页u工业纯铁(wcwc0.0218
3、%C)0.0218%C)平衡结晶过程分析 P76P76室温下相组成物：+Fe+Fe3 3C C室温下组织组成物：F+FeF+Fe3 3C CIIIIIIFeFe3 3C CIIIIII常沿铁素体晶界呈片状析出,量很少(0.3%),(0.3%),可忽略不计。思考题：工业纯铁平衡凝固到室温时组成相和组织组成物各是什么？画出工业纯铁平衡凝固到室温时的组织示意图。第3页/共12页u共析钢(0.77%C)(0.77%C)平衡凝固结晶过程 P77P77室温下相组成物:+Fe+Fe3 3C C相相对量:W=(6.69-0.77)/6.69=88.5%WFe3C=1-88.5%=11.5%室温下组织组成物:1
4、00%P;珠光体为F与FeC3层片相间组织，性能介于铁素体和渗碳体之间。思考题：共析钢平衡凝固到室温时相组成物和组织组成物各是什么？画出共析钢平衡凝固到室温时的组织示意图。第4页/共12页u亚共析钢(0.0218 wc0.77%C)平衡凝固结晶过程P77P77室温下相组成物:+Fe3C相相对量:W=(6.69-Wc)/6.69 WFe3C=1-W室温下组织组成物:F+P+Fe3CIII少量相对量(不考虑三次渗碳体时):WF=(0.77-Wc)/(0.77-0.0218)WP=1-W思考题：1.亚共析钢平衡凝固到室温时的相和组织组成物各是什么？2.亚共析钢平衡凝固组织中的铁素体和珠光体含量随其含
5、碳量的增加如何变化？相和渗碳体相又如何变化？3.根据含碳量计算亚共析钢相和组织组成物的相对量(不考虑Fe3CIII)。第5页/共12页u过共析钢(0.77 wc2.11%C)平衡凝固结晶过程分析 P79 相组成物：+Fe3C相相对量:W=(6.69-Wc)/6.69 WFe3C=1-W组织组成物：P+Fe3CII组织相对量:WP=(6.69-Wc)/(6.69-0.77)WFe3CII=1-WP思考题：过共析钢的相和组织组成物各是什么？根据所给过共析钢的含碳量计算其相和组织组成物的相对量。第6页/共12页u白口铸铁平衡凝固到室温时组织 P79思考题：1.分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、
6、共晶渗碳体和共析渗碳体的异同之处。相同点：都是渗碳体，晶体结构、成分、性能相同。不同点：一次渗碳体从液相析出，二次渗碳体从奥氏体析出，三次渗碳体从铁素体析出，共晶渗碳体共晶反应时形成，共析渗碳体共析反应时形成。u亚共晶白口铸铁(2.11wc4.3%C):P+Fe3CII+Ldu共晶白口铸铁(4.3%C):Ldu过共晶白口铸铁(4.3wc 6.69%C):Ld+Fe3CI第7页/共12页思考题：2.根据铁碳相图解释下列现象:1)进行热轧和锻造时,通常将钢材加热到1000-1250；2)钢铆钉一般用低碳钢制造；3)绑扎物件铁丝一般为镀锌低碳钢丝,而起重机吊重物时用钢丝绳用含碳0.60%、0.65%
7、、0.70%的钢等制成；4)在1100时，Wc=0.4%的碳钢能进行锻造，而Wc=4%的铸铁不能进行锻造；5)室温下Wc=0.8%的碳钢比Wc=1.2%的碳钢强度高；6)亚共析钢适于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。答：1）钢材加热到1000-1250时为单相奥氏体组织，奥氏体强度低、塑性好，适于进行热轧和锻造；2）低碳钢能满足铆钉低强度和高塑性性能要求；3）绑扎物件的铁丝要求低强度和高塑性，镀锌可提高铁丝的抗腐蚀性能，故用镀锌低碳钢丝；吊重物的钢丝绳要求高强度，故用含碳量较高的钢制造；4）含碳量0.4%的碳钢在1100为奥氏体组织，具有低强度和高塑性，故能进行锻造；含碳量为4%的铸铁在110
8、0为A和莱氏体，莱氏体的塑性很差，不适合锻造；5）含碳量为0.8%的钢组织为P+Fe3CII少量，因珠光体强度高，因而具有较高的强度；含碳量为1.2%的碳钢虽组织也为P+Fe3CII，但二次渗碳体呈网状分布于晶界，脆性大，因而强度低；6）亚共析钢具有良好的塑性,因而适于压力加工成形；铸铁熔点低，具有良好的铸造性能，因而适于铸造成形。3.现有形状和尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的碳含量分别为0.2、0.45、1.2和3.5%，根据您所学的知识，可用哪些方法来区别它们？答：1.硬度法：硬度由低到高依次为含碳0.2、0.45、1.2和3.5%的铁碳合金。2.组织观察法：组织为F+P+Fe
9、3CIII的铁碳合金含碳量为0.2和0.45%，这两种对比，F多的是0.2%铁碳合金，少的为0.45%合金；组织为P+Fe3CII的为1.2%铁碳合金；组织为P+Fe3CII+Ld的为3.5%铁碳合金。4.根据铁碳相图，说明室温下含碳量分别为0.2和1.2%的钢的组成相及组织组成物，并计算这两种钢的相的相对量和组织组成物的相对量(组织组成物计算时三次渗碳体量忽略不计)。0.2%和1.2%钢室温下的组成相均为+Fe3C；0.2%钢室温下的组织组成物为+P+Fe3CIII，1.2%钢室温下的组织组成物为P+Fe3CII相的相对量计算:对于0.2%钢,W=(6.69-0.2)/6.69=97%；WF
10、e3C=1-97%=3%。对于1.2%钢,W=(6.69-1.2)/6.69=82.1%；WFe3C=1-82.1%=17.9%组织组成物计算:对于0.2%钢,三次渗碳体量忽略不计时，W=(0.77-0.2)/(0.77-0.0218)=76.2%；WP=1-76.2%=23.8%。对于1.2%钢,WP=(6.69-1.2)/(6.69-0.77)=92.7%；WFe3CII=1-92.7%=7.3%5.某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学成分，现找出其中一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中珠光体占75%，问此钢的碳含量大约为多少？(组织组成物计算时三次渗碳体量
11、忽略不计)。设钢含碳量为X，因为三次渗碳体量忽略不计，所以(X-0.0218)/(0.77-0.0218)=75%，X=0.583%第8页/共12页第三节第三节 铁碳合金成分、组织与性能的关系及应用铁碳合金成分、组织与性能的关系及应用P81u合金成分与平衡组织关系 相变化规律:含碳量,F单调减少，渗碳体单调增加。组织变化规律:FF+Fe3CIIIF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdLdLd+Fe3CIu合金成分与力学性能关系P81P81亚共析钢随含碳量增加，P量增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。过共析钢当含碳量接近1%时强度最高，含碳量继续增加，在晶界易形成连续网状Fe3C,反而
12、导致强度下降,但硬度仍上升。白口铁中因存在大量渗碳体，脆性大，强度低。思考题:1.比较平衡状态下碳含量分别为0.45、0.80和1.2%碳钢的强度、硬度、塑性和韧性的大小。随含碳量增加，硬度增加，即硬度由高到低依次为含碳量1.2、0.8和0.45%的钢；随含碳量增加，塑性和韧性下降，即塑性和韧性由高到低依次为0.45、0.8%和1.2%的钢；含碳量0.8%碳钢的强度最高，其次是1.2%钢，0.45%钢强度最低。第9页/共12页u合金成分与工艺性能关系P82P82u铁碳相图的应用P83P83选材:根据成分组织性能间关系,为零件按力学性能选材提供依据；铸造工艺:据相图确定浇注温度(液相线温度以上5
13、0-100)及分析铸造性能优劣；锻轧工艺:根据相图确定始锻温度(液相线温度以下100-200)；焊接工艺：根据相图分析焊缝组织和焊接性能；热处理工艺：根据相图确定热处理工艺温度。铸造性能:近共晶成分合金铸造性能好，铸铁优于钢；可锻性能:低碳钢优于高碳钢；焊接性能:低碳钢优于高碳钢；可加工性:中碳钢优于低、高碳钢,硬度在170-250HBW可加工性好;热处理性能:第六章介绍。第10页/共12页本章作业：P84 5-1、5-2、5-3、5-7作业参考答案：2.解释下列名词：铁素体、奥氏体、珠光体和莱氏体。答：铁素体是碳在-Fe中的间隙固溶体；奥氏体是碳在-Fe中的间隙固溶体；珠光体是共析反应形成的
14、铁素体和渗碳体的机械混合物；莱氏体是共晶反应形成的奥氏体与渗碳体的机械混合物。3.分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体的异同之处。答：相同点：都是渗碳体，晶体结构、成分、性能相同。不同点：一次渗碳体从液相析出，二次渗碳体从奥氏体析出，三次渗碳体从铁素体析出，共晶渗碳体共晶反应时形成，共析渗碳体共析反应时形成。1.默画简化后的Fe-Fe3C相图，填写各相区的相和组织组成物。7.根据铁碳相图解释下列现象:1)进行热轧和锻造时,通常将钢材加热到1000-1250；2)钢铆钉一般用低碳钢制造；3)绑扎物件铁丝一般为镀锌低碳钢丝,而起重机吊重物时用钢丝绳用含碳0.60%、0.6
15、5%、0.70%的钢等制成；4)在1100时，Wc=0.4%的碳钢能进行锻造，而Wc=4%的铸铁不能进行锻造；5)室温下Wc=0.8%的碳钢比Wc=1.2%的碳钢强度高；6)亚共析钢适于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。答：1）钢材加热到1000-1250时为单相奥氏体组织，奥氏体强度低、塑性好，适于进行热轧和锻造；2）低碳钢能满足铆钉低强度和高塑性性能要求；3）绑扎物件的铁丝要求低强度和高塑性，镀锌可提高铁丝的抗腐蚀性能，故用镀锌低碳钢丝；吊重物的钢丝绳要求高强度，故用含碳量较高的钢制造；4）含碳量0.4%的碳钢在1100为奥氏体组织，具有低强度和高塑性，故能进行锻造；含碳量为4%的铸铁在1100为A和莱氏体，莱氏体的塑性很差，不适合锻造；5）含碳量为0.8%的钢组织为P+Fe3CII少量，因珠光体强度高，因而具有较高的强度；含碳量为1.2%的碳钢虽组织也为P+Fe3CII，但二次渗碳体呈网状分布于晶界，脆性大，因而强度低；6）亚共析钢具有良好的塑性，因而适于压力加工成形，铸铁熔点低，具有良好的铸造性能，因而适于铸造成形。第11页/共12页谢谢您的观看！第12页/共12页