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1、课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图铁碳相图分析铁碳合金相图中有四个基本相，即液相（L）、奥氏体（A）、铁素体（F）、和渗碳体（Fe3C）它们各有其相应的单项区。n相图中的特性点。在铁碳合金相图中，用字母标出的点都有其特定的意义，称作特性点。主要特性点的温度、碳含量及含义见表5-1。课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图铁碳合金相碳合金相图各特性点表各特性点表5-15-1符号 温度/碳含量(%)含 义A点 1538 0%纯铁的熔点C点 1148 4.30%共晶点LcAE+Fe3CD点 1227 6.69%Fe3C的熔点E点 1148 2.11%碳在-Fe中的最大溶解
2、度F点 1148 6.69%共晶生成Fe3C的成分G点 912 0%-Fe-Fe同素异构转变点P点 727 0.0218%碳在-Fe中的最大溶解度S点 727 0.77%共析点AsFP+Fe3C课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图相相图中的特性中的特性线ACDACD线为液相液相线。此。此线以上的区域是液相区，以上的区域是液相区，液液态合金冷却到此合金冷却到此线温度温度时，便起先，便起先结晶晶.AECFAECF线为固相固相线。表示合金冷却到此。表示合金冷却到此线温温度度时将全部将全部结晶成固晶成固态.液相液相线和固相和固相线之之间所构成的两个区域，是由液所构成的两个区域，是由液态合金和合金和结晶体
3、晶体组成的两相区。不成的两相区。不过这两个区所包含两个区所包含的的结晶体不同，液晶体不同，液态合金沿合金沿ACAC线结晶出来晶出来的是奥氏体，而沿的是奥氏体，而沿CDCD线结晶出来的是渗碳晶出来的是渗碳体。由液体。由液态合金干脆析出的渗碳体称合金干脆析出的渗碳体称为一一次渗碳体（次渗碳体（Fe3CFe3C）课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图 相图中的特性线 ECF水平线为共晶反应线 C点为共晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到1148时，C点成分的液相发生共晶反应，生成E点成分的奥氏体和Fe3C。共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物，称莱氏体，以符号Ld表示。PSK水平线为共析反应线 S点为
4、共析点。合金在平衡结晶过程中冷却到727时，S点成分的奥氏体发生共析反应，生成P点成分的铁素体和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中，奥氏体、铁素体、Fe3C三相共存。共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，以符号P表示。课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图GSGS线是合金冷却时自奥氏体中起先析出铁素体线是合金冷却时自奥氏体中起先析出铁素体的临界温度线，通常称的临界温度线，通常称A3A3线。奥氏体之所以转变线。奥氏体之所以转变成铁素体是成铁素体是-Fe-Fe-Fe-Fe同素异晶转变的结果。同素异晶转变的结果。ESES线是碳在奥氏体中的固溶线，通常叫做线是碳在奥氏体中的固溶线，
5、通常叫做AcmAcm线。线。由于在由于在11481148时时A A中溶碳量最大可达中溶碳量最大可达2.11%2.11%，而在，而在727727时仅为时仅为0.77%0.77%，因此碳含量大于，因此碳含量大于0.77%0.77%的铁碳的铁碳合金自合金自11481148冷却至冷却至727727的过程中，将从奥氏体的过程中，将从奥氏体中析出中析出Fe3CFe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体。析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)(Fe3CII)。PQPQ线是碳在铁素体中固溶线。在线是碳在铁素体中固溶线。在727727时时F F中溶中溶碳量最大可达碳量最大可达0.0218%0.0218%，室温时仅
6、为，室温时仅为0.0008%0.0008%，因，因此，碳含量大于此，碳含量大于0.0008%0.0008%的铁碳合金自的铁碳合金自727727冷却冷却至室温的过程中，将从至室温的过程中，将从F F中析出中析出Fe3CFe3C，析出的渗碳，析出的渗碳体称为三次渗碳体体称为三次渗碳体(Fe3CIII)(Fe3CIII)。课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图典型典型铁碳合金碳合金结晶晶过程及程及组织铁碳合金按其含碳量及室温组织分类 n纯铁（wC0.0218%）n钢（0.0218%wC2.11%）n亚共析钢（0.0218%wC 0.77%）n共析钢（wC=0.77%）n过共析钢（0.77%wC2.11%
7、）n白口铸铁（2.11%wC 6.69%）n亚共晶白口铁（2.11%wC4.3%）n共晶白口铁（wC=4.3%）n过共晶白口铁（4.3%wC 6.69%）课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图典型铁碳合金结晶过程分析 课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图工业纯铁结晶过程（含碳0.01%）课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图工工业纯铁的的显微微组织图 课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图 0.77%0.77%共析共析钢结晶晶过程程 课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图共析钢结晶过程（含碳量共析钢结晶过程（含碳量0.77%0.77%）合金冷却时，于合金冷却时，于1 1点起从点起从L L中中结晶出结晶出A A，
8、至，至2 2点全部结晶完了。点全部结晶完了。在在2-32-3点间点间A A不变。至不变。至3 3点时，点时，A A发发生共析反应生成生共析反应生成P P。从。从3 3点接着冷点接着冷却至室温，却至室温，P P不发生转变。因此不发生转变。因此共析钢的室温平衡组织全部为共析钢的室温平衡组织全部为P P。即即 L L+A A A+P L L+A A A+P P P（F+Fe3CF+Fe3C）课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图共析共析钢金相金相组织图 课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图亚共析共析钢结晶晶过程示意程示意图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图亚共析钢在亚共析钢在3 3点以上的结晶过程与共析点
9、以上的结晶过程与共析钢相钢相同，当冷却到同，当冷却到3 3点时，由点时，由A A中析出中析出F F，F F在在A A晶界晶界处优先生核并长大，而处优先生核并长大，而A A和和F F的成分分别的成分分别沿沿GSGS和和GPGP线变更。至线变更。至4 4点时，点时，A A的成分变为的成分变为0.77%C0.77%C，F F的成分变为的成分变为0.0218%C0.0218%C。此时。此时A A发生共析反发生共析反应，应，转变为转变为P P，F F不变更。不变更。4 4点以下接着冷却，点以下接着冷却，组织组织基本不发生变更，因此室温平衡组织为基本不发生变更，因此室温平衡组织为F+PF+P。即。即 LL
10、+A A A+F LL+A A A+F P+FP+F课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图亚共析共析钢的的显微微组织图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图过共析钢的结晶过程（含碳量1.2%）课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图合金冷却时，从合金冷却时，从1 1点起自点起自L L中结晶出中结晶出A A，至，至2 2点全部结晶完了。在点全部结晶完了。在2-32-3点间点间A A不变，从不变，从3 3点起，由点起，由A A中析出中析出Fe3CIIFe3CII，Fe3CII Fe3CII呈网呈网状分布在状分布在A A晶界上。至晶界上。至4 4点时点时A A的碳含量降的碳含量降为为0.77%0.77%，发生共析
11、反应转变为，发生共析反应转变为P P，而，而Fe3CIIFe3CII不变更。在不变更。在4-54-5点间冷却时组织不点间冷却时组织不发生转变。图发生转变。图5-10 5-10 过共析钢的结晶过过共析钢的结晶过程示意图。程示意图。即即 LL+A A A+Fe3CII P+LL+A A A+Fe3CII P+Fe3CIIFe3CII（网状）（网状）课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图过共析共析钢的的显微微组织课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图共晶白口铁的结晶过程课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程:合金合金冷却到冷却到1 1点点(在在ACAC线上线上)，从液态，
12、从液态中先结晶出奥氏体中先结晶出奥氏体A A，温度下降，温度下降到到2 2点点(共晶线上共晶线上)时，剩余液相时，剩余液相转变为高温莱氏体转变为高温莱氏体(Ld)(Ld)，先结晶，先结晶的的A A在温度接着下降时转变为在温度接着下降时转变为P PFe3CIIFe3CII，而莱氏体也转变为低温，而莱氏体也转变为低温莱氏体莱氏体(Ld).(Ld).即即 LL LLAAAALdPLdPFe3CIIFe3CIILdLd课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图共晶白口铁的显微组织图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图亚共晶白口铁结晶过程课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图亚共晶白口铁结晶过程亚共晶白口铁结晶过程:
13、合金合金冷却到冷却到1 1点点(在在ACAC线上线上)，从液态，从液态中先结晶出奥氏体中先结晶出奥氏体A A，温度下降，温度下降到到2 2点点(共晶线上共晶线上)时，剩余液相时，剩余液相转变为高温莱氏体转变为高温莱氏体(Ld)(Ld)，先结晶，先结晶的的A A在温度接着下降时转变为在温度接着下降时转变为P PFe3CIIFe3CII，而莱氏体也转变为低温，而莱氏体也转变为低温莱氏体莱氏体(Ld).(Ld).即即 LL LLAAAALdPLdPFe3CIIFe3CIILdLd课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图亚共晶白口铁组织金相图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图过共晶白口铁结晶过程 课题四四
14、铁铁碳合金相碳合金相图图过共晶白口铁结晶过程过共晶白口铁结晶过程:合金合金冷却冷却到到1(1(在在DCDC线上线上)，从液态金属中析出，从液态金属中析出一次渗碳体一次渗碳体(Fe3CI)(Fe3CI)，温度下降到，温度下降到2 2点点(共晶线上共晶线上)时，剩余液相转变为时，剩余液相转变为高温莱氏体高温莱氏体(Ld)(Ld)，先结晶的粗大，先结晶的粗大Fe3CIFe3CI始终保留到室温，而莱氏体在始终保留到室温，而莱氏体在3 3点点(共析线上共析线上)转变为低温莱氏体转变为低温莱氏体(Ld).(Ld).即即:LL LLFe3CILdFe3CILdFe3CILdFe3CILdFe3CIFe3CI
15、课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图过共晶白口共晶白口铁组织金相金相图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图含碳量对铁碳合金平衡组织和含碳量对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响力学性能的影响 含碳量对平衡组织的影响含碳量对平衡组织的影响 在室温下，碳含量不同的铁在室温下，碳含量不同的铁碳合金，不仅碳合金，不仅F F和和Fe3CFe3C的相对量的相对量不同，而且合金的组织也不同。不同，而且合金的组织也不同。铁碳合金的成分铁碳合金的成分组织存在确定组织存在确定的对应关系。随碳含量增大，组的对应关系。随碳含量增大，组织按下列依次变更：织按下列依次变更：F F、F FP P、P P、P PFe3CIIFe3C
16、II、P PFe3CIIFe3CIILdLd、LdLd、LdLdFe3CIFe3CI、Fe3CFe3C课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图n含碳量小于0.0218%的合金的组织全部为F；含碳达到0.77%时全部为P；含碳4.3%时全部为Ld；含碳6.69%时全部为Fe3C。课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图n含碳量对铁碳合金力学性能的影响 铁素体强度、硬度低，塑性、韧性较好，是软韧相；珠光体的强度、硬度较高，塑性、韧性较低；Fe3C是硬脆相，其塑性、韧性几乎为零。铁碳合金的性能取决于它们的相对含量以及分布。课题四四 铁铁碳合金相碳合金相图图在选材方面的应用 在铸造方面的应用 在锻造和焊接方面的应用 在热处理方面的应用