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1、关于铁碳合金12.12.20221第一页，本课件共有37页12.12.20222第一节第一节 铁碳合金相图铁碳合金相图简介简介一、铁碳合金的相一、铁碳合金的相(Phase)和组织和组织(structure)二、二、铁碳合金相图铁碳合金相图分析分析(Analysis)1.主要点、线的含义主要点、线的含义2.铁碳合金分类铁碳合金分类3.相图各区域组织相图各区域组织4.铁碳合金室温铁碳合金室温(room temperature)组织组织小结小结杠杆定律杠杆定律 三、应用三、应用(Application)分析方法分析方法:从点、线入手，由高温到低从点、线入手，由高温到低温逐步分析温逐步分析工程材料工程
2、材料CAICAI第二页，本课件共有37页12.12.20223简介简介铁碳合金铁碳合金 碳钢碳钢和和铸铁铸铁 使用最广泛的金属材料。使用最广泛的金属材料。铁铁与与碳碳两个组元可形成的化合物：两个组元可形成的化合物：Fe3C(wC=6.67%),Fe2C,FeC研究研究 Fe-Fe3C 为主为主铁碳合金中的铁碳合金中的C C 有两种存在形式：有两种存在形式：渗碳体渗碳体FeFe3 3C C 和和石墨石墨铁碳相图存在铁碳相图存在 Fe-FeFe-Fe3 3C C 和和 Fe Fe 石墨石墨两种形式两种形式工业纯铁工业纯铁：w wC C 0.0218%0.0218%碳钢碳钢：0.0218%0.021
3、8%w wC C 2.11%2.11%铸铁铸铁：2.11%2.11%w wC C 6.67%6.67%第三页，本课件共有37页12.12.202241.1.铁碳合金基本相和组织铁碳合金基本相和组织铁具有典型的同素异构转变铁具有典型的同素异构转变 T TmFe mFe=1538=1538-Fe -Fe -Fe1394912体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方1 1）纯铁）纯铁）纯铁）纯铁1.11.1、基本相、基本相、基本相、基本相第四页，本课件共有37页12.12.20225强度、硬度低，塑性好。强度、硬度低，塑性好。2 2）铁素体）铁素体 F(Ferrite)F(Ferrite)铁
4、素体铁素体 C C 在在 -Fe-Fe 中形成的中形成的间隙固溶体间隙固溶体，具有体，具有体 心立方晶心立方晶 格，用符号格，用符号 F F 表示表示 铁铁素素体体的的溶溶碳碳能能力力差差 由由于于体体心心立立方方晶晶格格的的间间隙隙远小于碳的原子半径；远小于碳的原子半径；最大溶碳量：最大溶碳量：727727，w wC C=0.0218%=0.0218%最小溶碳量：室温，最小溶碳量：室温，w wC C=0.0008%=0.0008%第五页，本课件共有37页12.12.20226硬度、强度较低；塑性较高硬度、强度较低；塑性较高最大溶碳量最大溶碳量：11481148，w wC C=2.11%=2.
5、11%最小溶碳量最小溶碳量：727727，w wC C=0.77%=0.77%3 3）奥氏体）奥氏体 /A(Austenite)/A(Austenite)奥氏体的奥氏体的溶碳能力较大溶碳能力较大 -Fe-Fe 晶格间隙与晶格间隙与 C C 半半 径比较接近；径比较接近；奥氏体奥氏体 C C 在在 -Fe-Fe 中形成的间隙固溶体，具有面中形成的间隙固溶体，具有面 心立方结构心立方结构第六页，本课件共有37页12.12.202274 4）渗碳体）渗碳体 C Cm m(Cementite FeFe3 3C)C)渗碳体渗碳体 FeFe 与与C C 形成的间隙化合物形成的间隙化合物FeFe3 3C,C
6、,含碳量为含碳量为 6.67%6.67%，有固定的化学成分。，有固定的化学成分。渗碳体具有很高的硬度和耐磨性，塑性很差，延伸渗碳体具有很高的硬度和耐磨性，塑性很差，延伸 率为零，熔点率为零，熔点12271227 是铁碳合金的主要强化相是铁碳合金的主要强化相 Fe Fe3 3C C 的的形态形态对铁碳合金的力学性能产生重大影响对铁碳合金的力学性能产生重大影响第七页，本课件共有37页12.12.202281.2 1.2 基本组织基本组织铁素体（铁素体（F Ferrite)errite)奥氏体（奥氏体（A Austenite ustenite）渗碳体（渗碳体（CemCementiteentite）o
7、r or FeFe3 3C C珠光体（珠光体（P Pearliteearlite）（F+FeF+Fe3 3C C）机械混合物）机械混合物高温高温莱氏体莱氏体 （LeLedeburitedeburite）or or LdLd（A+FeA+Fe3 3C C）机械混合物，）机械混合物，727727以上以上低温低温莱氏体用莱氏体用LeLeor or LdLd表示表示 （P+FeP+Fe3 3C C）机械混合物，）机械混合物，727727下下奥氏体奥氏体呈颗粒状或呈颗粒状或块状分布在块状分布在渗碳体渗碳体的基体的基体上上片状片状P:F 和和 Fe3C 呈片状相间分布呈片状相间分布粒状粒状P:Fe3C呈粒
8、状分布在呈粒状分布在F 基体上基体上片状片状P P体比粒状体比粒状P P强度、硬强度、硬度高，塑性、韧性差度高，塑性、韧性差第八页，本课件共有37页12.12.20229一、主要点、线、区的含义一、主要点、线、区的含义CC共晶点，共晶点，1148，wC=.3%L Lc c （A+FeA+Fe3 3C C ）LdLdSS共析点，共析点，727，wC=0.77%A As s （F+FeF+Fe3 3C C ）P PEAEA体中最大溶体中最大溶C C量，量，wC=2.11%也是钢、铁的分界点也是钢、铁的分界点GFeGFe的同素异构转变的温度的同素异构转变的温度 ，912 -Fe -Fe -Fe -F
9、e1.1.主要特性点主要特性点第九页，本课件共有37页12.12.202210ECFECF共晶线，共晶线，11481148，PSKPSK共析线，共析线，727727，A A1 1，As P As P GSGS冷却时，由奥氏体析出铁素体的开始线；冷却时，由奥氏体析出铁素体的开始线；加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线。加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线。A A3 3ESES是碳在奥氏体中的溶解度曲线。是碳在奥氏体中的溶解度曲线。A Acmcm1.1.主要特性线主要特性线莱氏体莱氏体，L Ld d第十页，本课件共有37页12.12.202211Fe-C Fe-C 合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C%0
10、.0218%C%0.0218%钢钢 （0.0218%0.0218%C%2.11%C%2.11%）亚共析钢亚共析钢 0.77%0.77%共析钢共析钢 0.77%0.77%过共析钢过共析钢 0.77%0.77%白口铸铁白口铸铁 （2.11%2.11%C%C%6.67%6.67%）亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3%4.3%共晶白口铁共晶白口铁 4.3%4.3%过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3%4.3%几种常见碳钢几种常见碳钢第十一页，本课件共有37页12.12.2022121.工业纯铁工业纯铁 (Wc 0.0218%)第十二页，本课件共有37页12.12.202213 工业纯铁组织金相图工业纯铁组织
11、金相图FeFe3 3C C第十三页，本课件共有37页12.12.2022142.共析钢共析钢 (Wc=0.77%)第十四页，本课件共有37页12.12.202215 共析钢组织金相图共析钢组织金相图第十五页，本课件共有37页12.12.2022163.亚共析钢亚共析钢 (Wc=0.45%)第十六页，本课件共有37页12.12.202217 亚共析钢组织金相图亚共析钢组织金相图第十七页，本课件共有37页12.12.2022184.过共析钢过共析钢 (Wc=1.2%)第十八页，本课件共有37页12.12.202219 过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图第十九页，本课件共有37页12.12.202
12、2205.共晶白口铁共晶白口铁 (Wc=4.3%)第二十页，本课件共有37页12.12.202221 共晶白口铁组织金相图共晶白口铁组织金相图白色：渗碳体白色：渗碳体黑色粒状及树枝状：珠光体黑色粒状及树枝状：珠光体第二十一页，本课件共有37页12.12.2022226.亚共晶白口铁亚共晶白口铁 (Wc=3.0%)第二十二页，本课件共有37页12.12.202223亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织金相图黑色树枝状：珠光体黑色树枝状：珠光体树枝状树枝状P体周围的白色网状物：二次渗碳体体周围的白色网状物：二次渗碳体黑白相间的混合物：低温莱氏体黑白相间的混合物：低温莱氏体第二十三页，本课件共有3
13、7页12.12.2022247.过共晶白口铁过共晶白口铁 (Wc=5.0%)第二十四页，本课件共有37页12.12.202225 过共晶白口铁组织金相图过共晶白口铁组织金相图白色条状：一次渗碳体白色条状：一次渗碳体其余：珠光体其余：珠光体第二十五页，本课件共有37页12.12.202226标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图第二十六页，本课件共有37页12.12.202227组织组成物组织组成物:F;Fe3CF;P 0.77-0.45F=100%=43%0.77-0.02 0.45-0.02P=100%=57%0.77-0.02相组成物相组成物:6.67-0.45F=100%=94%6
14、.67-0.02或：或：P=1 WF=57%Fe3C=1-WF=6%0.020.450.776.67杠杆定律杠杆定律第二十七页，本课件共有37页12.12.202228生产应用生产应用:由于保管员疏忽由于保管员疏忽,不慎将两类不同成分钢材不慎将两类不同成分钢材(均为碳钢均为碳钢)上的标签遗失上的标签遗失,为确保生产用材准确为确保生产用材准确,现对二类材料进行取样分析现对二类材料进行取样分析,金相照片及分析结金相照片及分析结果如下果如下,试确定这两类材料分别是哪种碳钢试确定这两类材料分别是哪种碳钢?第二十八页，本课件共有37页12.12.202229 P F P Fe3C 图图1 图图2 第二十
15、九页，本课件共有37页12.12.202230解答 对图对图1:1:c%=P%0.77%+F%0 c%=58%0.77%=0.45%该钢为该钢为45号钢号钢 对图对图2:2:c%=P%0.77%+Fe3C%6.67%c%=93%0.77%+7%6.67%=1.2%该钢为该钢为T12号钢号钢 第三十页，本课件共有37页12.12.202231第二节第二节 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用一、碳的质量分数对铁碳合金组织及性能的影响一、碳的质量分数对铁碳合金组织及性能的影响二、铁碳合金相图的应用二、铁碳合金相图的应用选材、铸造工艺、锻造工艺、热处理工艺等的依选材、铸造工艺、锻造工艺、热处理工艺等
16、的依据据三、局限三、局限仅反应平衡相及组织的种类，无法反应晶粒大小、仅反应平衡相及组织的种类，无法反应晶粒大小、形状及位向关系形状及位向关系仅为二元相图，实际生产上加入多种合金元素仅为二元相图，实际生产上加入多种合金元素仅为平衡相图，实际生产上多为非平衡转变仅为平衡相图，实际生产上多为非平衡转变第三十一页，本课件共有37页12.12.202232组织、相的相对含量变化？组织、相的相对含量变化？第三十二页，本课件共有37页12.12.202233第三十三页，本课件共有37页12.12.202234第三十四页，本课件共有37页12.12.2022351.1)1.1)珠光体的本质是：珠光体的本质是：
17、2)2)一块纯铁冷却到一块纯铁冷却到912912以下发生以下发生-Fe-Fe-Fe-Fe 转变时，体积将转变时，体积将层片状的共析体层片状的共析体(F+(F+共析共析 Fe3C)Fe3C)3)3)在铁碳合金室温平衡组织中，含在铁碳合金室温平衡组织中，含FeFe3 3C CII II最多的合金含碳量最多的合金含碳量为为增大增大2.11%2.11%含含 LdLd最多的合金含碳量最多的合金含碳量为：为：4.3%4.3%4)4)用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为数为80%80%，则此钢的碳的质量分数为：，则此钢的碳的质量分数为：
18、0.77%80%=0.616%0.77%80%=0.616%2.1)2.1)铁素体的本质是碳在铁素体的本质是碳在-Fe-Fe 中的间隙相。（中的间隙相。（）NoNo2)20 2)20 钢钢 比比 T12 T12 钢钢 的碳质量分数要高。（的碳质量分数要高。（）NoNo 3)3)在退火状态（接近平衡组织）在退火状态（接近平衡组织）45 45 钢钢 比比 20 20 钢钢 的塑性和强度都高。的塑性和强度都高。（）NoNo4)4)在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%4.3%的铁碳合的铁碳合金才能发生共晶反应。（金才能发生共晶反应。（）NoNo第
19、三十五页，本课件共有37页12.12.2022363.1)3.1)奥氏体是：奥氏体是：a.a.碳在碳在-Fe-Fe 中的间隙固溶体中的间隙固溶体b.b.碳在碳在-Fe-Fe 中的间隙固溶体中的间隙固溶体 c.c.碳在碳在-Fe-Fe 中的有限固溶体中的有限固溶体3)T10 3)T10 钢的碳的质量分数为钢的碳的质量分数为：a.a.0.1%0.1%b.b.1.0%1.0%c.10%c.10%4)4)铁素体的机械性能特点是：铁素体的机械性能特点是：a.a.强度高、塑性好、硬度低强度高、塑性好、硬度低b.b.强度低、塑性差、硬度低强度低、塑性差、硬度低c.c.强度低、塑性好、硬度低强度低、塑性好、硬度低2)2)珠光体是一种：珠光体是一种：a.a.单相单相固溶体固溶体b.b.两相混合物两相混合物c.Fe c.Fe 与与 C C 的化合物的化合物第三十六页，本课件共有37页12.12.2022感谢大家观看第三十七页，本课件共有37页