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1、一、铁碳合金相图的组成一、铁碳合金相图的组成二、二、FeFeFe3CFe3C相图中特性点的含义相图中特性点的含义三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内 的组织。的组织。三、单相区、二相区和三相区分析三、单相区、二相区和三相区分析学习目标：学习目标：第1页/共39页铁碳合金相图表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为06.69%的铁碳合金部分（即FeFe3C部分），因为含碳量大于6.69的铁碳合金在工业上无使用价值。一、铁碳合金相图的组成一、铁碳合金相图的组成第2页/共39页
2、1 1）A A点点纯铁的熔点，温度1538,Wc=02 2）G G点点纯铁的同素异晶转变点，冷却到912时,发生-F-Fe 3 3）Q Q点点600时,碳在-Fe中的溶度,Wc=0.0057%二、相图中点的含义二、相图中点的含义第3页/共39页4 4）D D点点渗碳体熔点,温度1227,Wc=6.69%5 5）C C点点共晶点，温度1148，Wc=4.3%成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应LcA+Fe3C6 6）E E点点碳在-Fe中的最大溶解度,温度1148，Wc=2.11%二、相图中点的含义二、相图中点的含义第4页/共39页7 7）S S点点共析点，温度727，Wc=0.77%成
3、分为S点的奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应：AsP（F+Fe3C）8 8）P P点点碳在-Fe中的最大溶解度,温度727，Wc=0.0218%二、相图中点的含义二、相图中点的含义第5页/共39页二、相图中的特性线二、相图中的特性线 1)ACD1)ACD线线(结晶温度开始线)液相线液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。2 2）AECFAECF线线(结晶温度终止线)固相线固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。第6页/共39页3 3）ECFECF水平线水平线共晶线，Wc2.11%的铁碳合金，缓冷至该线（114
4、8）时，均发生共晶转变，生成莱氏体。4 4）ESES线线碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为Acm线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（wC2.11），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出二次渗碳体Fe3C。二、相图中的特性线二、相图中的特性线 第7页/共39页6 6）PSKPSK水平线水平线共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度（727）时，将发生共析转变生成珠光体（P），wC0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。5 5）GSGS线线奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通常称为A3线。二、相图中的特性线二、相图中的特性线 第8页/共39页共晶共晶：指一定成分的液
5、指一定成分的液体合金，在一定温度下，体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体。均不相同的两种晶体。共析共析：由特定成分的单由特定成分的单相固态合金，在恒定的温相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相具有一定晶体结构的固相共晶和共析的概念：共晶和共析的概念：第9页/共39页三、相图中的相区：三、相图中的相区：1 1）单相区）单相区有F、A、L和Fe3C四个单相区2 2）两相区）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 3）三相区）三相区ECF共晶线
6、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）。第10页/共39页四四.Fe-Fe3C Fe-Fe3C 相图的知识相图的知识点点五个重要的成份点:P、S、E、C、K。四条重要的线:EF、ES、GS、FK。二个重要转变:共晶转变、共析转变。二个重要温度:1148 、727 。第11页/共39页四四.Fe-Fe3C Fe-Fe3C 相图的知识相图的知识点：点：第12页/共39页1、铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下，不同（）的铁碳合金的（）随（）变化的图形。2、从奥氏体中析出的渗碳体称为（），从液体中结晶出的渗碳体
7、称为（）。3、铁碳合金相图上的共析线是（）。4、亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，奥氏体转变成（）。课题练习检测课题练习检测：成分状态或组织温度二次渗碳体一次渗碳体PSK珠光体第13页/共39页铁铁 碳碳 合合 金金 相相 图图第二节：铁碳合金相图的工艺分析第二节：铁碳合金相图的工艺分析第14页/共39页一、铁碳合金的分类一、铁碳合金的分类二、典型铁碳合金结晶过程分析二、典型铁碳合金结晶过程分析三、铁碳合金的成分、组织与性能的关系三、铁碳合金的成分、组织与性能的关系四、四、FeFeFe3CFe3C相图的应用相图的应用第15页/共39页一一.铁碳合金的分类：铁碳合金的分类：按含碳量的不同
8、，铁碳合金的室温组织可分为工业纯钛、钢和白口铸铁。其中，把含碳量小雨0.0218%的铁碳合金称为纯铁；把含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金称为钢；把含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。第16页/共39页纯铁、钢和铸铁的含碳量：纯铁、钢和铸铁的含碳量：工业纯铁工业纯铁(组织为单相铁素体组织为单相铁素体)(0.0218%C)(0.0218%C)铁碳合金铁碳合金(按成分可按成分可分为三类分为三类)亚共析钢亚共析钢 (0.0218(0.0218 0.77%C)0.77%C)共析钢共析钢 (0.77%C)(0.77%C)过共析钢过共析钢 (0.77(0.77 2.11%C)2.11%
9、C)钢钢(高温组织为单相高温组织为单相 A A，易于，易于 变形变形)(3)(3)白口铸铁白口铸铁(在液态下结晶时，全部在液态下结晶时，全部或部分液相会发生共晶变，获得全部或或部分液相会发生共晶变，获得全部或部分莱氏体组织部分莱氏体组织)亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.112.11 4.34.3%C)%C)共晶白口铸铁共晶白口铸铁 (4.34.3%C)%C)过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.34.3 6.696.69%C)%C)第17页/共39页铁碳合金的室温组织及分类：铁碳合金的室温组织及分类：合金类别纯铁钢白口铸铁含碳量(%)L+Ld-Ld(A+Fe3C共晶)-Ld(A+Fe3C共晶
10、+Fe3CII)-Ld(P+Fe3CII+Fe3C)5.5.共晶白口铸铁的组织的变化顺序：共晶白口铸铁的组织的变化顺序：第23页/共39页6.6.过共晶白口铸铁的组织的变化顺序：过共晶白口铸铁的组织的变化顺序：第24页/共39页随含碳量的不同，其组织顺序：含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。五、铁碳合金的成份、组织与性能的关系：五、铁碳合金的成份、组织与性能的关系：第25页/共39页四、四、FeFeFe3CFe3C相图的应用相图的应用在焊接工艺上的应用在焊接工艺上的应用第26页/共39页1 1、在钢铁材料选用方面的应用、在钢铁材料选用方面的应用 F
11、eFeFe3CFe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC0.25）的钢材；各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选用碳含量适中（WC0.300.55）的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（WC0.701.2）的钢。纯铁的强度低，不宜用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求
12、耐磨、形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由组织可以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理选用钢铁材料。第27页/共39页2 2、在铸造生产上的应用、在铸造生产上的应用根据FeFeFe3CFe3C相图的液相线，可以相图的液相线，可以找出不同成分的铁碳合金的熔点找出不同成分的铁碳合金的熔点，从而确定合金的熔化浇注温度（一般在液相线以上50100）。从FeFe3C相图中还可以看出，靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且结晶温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。因此生产上总是将铸铁的成分选在共晶成分附近。共晶成分的铁碳合金熔点最低,结晶温度范
13、围最小,具有良好的铸造性能。第28页/共39页3 3、在锻造方面的应用、在锻造方面的应用碳钢在室温下塑性较差，变形较困难，只有将其加热到单一奥氏体状态，才具有较高的塑性和较低的强度，容易产生塑性变形。所以，锻、轧温度通常选在单相奥氏体区内。一般始锻（或始轧）温度控制在固相线以下100200范围内，温度不宜太高，以免钢材严重氧化或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终锻（或终轧）温度，一般亚共析钢控制在稍高于GS线，过共析钢控制在稍高于PSK线。温度不能太低，以免钢材因塑性变差，导致产生裂纹。第29页/共39页4 4、在热处理方面的应用、在热处理方面的应用FeFe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe
14、Fe3C相图可以正确选择各种碳钢选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处的退火、正火、淬火等热处理的加热温度范围理的加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。第30页/共39页5 5、在焊接方面的应用（、在焊接方面的应用（补充补充）焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据FeFe3C相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热处理方法加以改善。第31页/共39页课堂练习：课堂练习：1、共析钢冷却到S点时，会发生共析转变，从奥氏体中同时析出（）和（）的混合物，称为（）。2、过共晶白
15、口铸铁的室温组织是（）加（）。3、共晶白口铸铁的含碳量为（）%铁素体渗碳体珠光体一次渗碳体低温莱氏体4.3第32页/共39页一、一、填空题填空题1、常见的金属晶体类型有（）晶格、（）晶格和（）晶格三种。2、金属的整个结晶过程包括（）、（）两个基本过程组成。3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为（）和（）两种。4、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（）和（）,属于金属化合物的有（），属于混合物的有（）和莱氏体。5、原子呈无序堆积状态的物体叫（）；原子呈有序、有规则排列的物体叫（）。一般固态金属都属于（）。6、常温下金属的塑性变形方式主要有（）和（）两种。7、变形一般分为（）变形和
16、（）变形两种，不能随载荷的去除而消失的变形称为（）变形。8、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（）及（）。9、只有经过（）的金属才会发生再结晶。第33页/共39页二、选择题二、选择题1、奥氏体是具有（）晶格的铁。A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状2、合金发生固溶强化的主要原因（）。A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化 C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化3、铁碳合金相图上的共析线是（）。A、ACD B、ECF C、PSK4、组成合金的最基本的独立物质称为（）。A、相 B、组元 C、组织5、单晶体的滑移变形是在（）的作用下发生的。A、切应力 B、拉应力 C、压力第34页/共
17、39页6、金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为（）。A、再结晶 B、同素异构转变 C、共晶转变7、冷加工是指金属发生塑性变形的温度为（）。A、常温不加热 B、500C以下 C、再结晶温度以下8、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（）。A、屈服强度 B、抗拉强度 C、弹性极限9、金属的强度越低、塑性越好，其（）越好。A、铸造性 B、压力加工性 C、焊接性10、测定半成品、毛坯、铸件的硬度，一般选用（）。A、洛氏硬度计 B、维氏硬度计 C、布氏硬度计第35页/共39页三、判断题三、判断题1、金属化合物晶格类型完全不同于任一组的晶格类型。（）2、碳在奥氏体中的
18、溶解度随温度的提高而减小。（）3、亚共析钢的平衡组织为珠光体。（）4、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。（）5、洛氏硬度值无单位。（）6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（）7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（）8、所有金属在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（）9、固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。（）10.体心立方晶格的塑性和面心立方晶格一样好。（）第36页/共39页铁碳合金画法演示铁碳合金画法演示第37页/共39页06.69C%T/60.02180.772.114.37271148CPESFe1538Fe3C1227ADACD线为液相线，也
19、称为结晶开始线LL+AL+Fe3C912GAECF线为固相线，也称为结晶终止线FKAESG围成的相区为单一奥氏体区用A（-Fe-Fe）表示,-Fe-Fe为面心立方晶格AQGS线表示降温过程中A转变为F(-Fe-Fe)的开始线或者是升温过程中F转变为A的开始线，又称为A3线ES线表示C在A中的溶解度曲线，又称为Cm线F+AA+Fe3CGPQ所围成的相区为F(-Fe-Fe),由于含C量小，又称为纯铁，-Fe-Fe 为体心立方晶格为体心立方晶格FC点为共晶点，由于在液相中已结晶出部分固相，当温度降到1148的时候，将发生共晶转变，此时的共晶体称为莱氏体S点为共析点，当温度降到727的时候，将发生共析转变，此时的共析体称为珠光体LdPEF线为共晶线，PSK为共析线，共析线又称为A1线P+FP+Fe3CA+Ld+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3CLdP+Ld+Fe3C第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页