1、幻燈片1幻燈片2第4章 鐵 碳 合 金 一、合金概述二、固溶體§4-1 合金的相結(jié)構(gòu)三、金屬間化合物一、二元相圖的建立二、杠桿定律§4-2 二元合金狀態(tài)圖的建立三、共晶相圖四、共析相圖一、鐵碳合金的基本相和組織§4-3 鐵碳合金的結(jié) 構(gòu)和相圖二、鐵碳合金相圖三、典型成分合金平衡結(jié)晶過(guò)程分析四、鐵碳合金的應(yīng)用幻燈片3§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖l 鐵碳合金碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的合金。l 含碳量為0.0218% 2.11%的稱鋼l 含碳量為 2.11% 6.69%的稱鑄鐵?；脽羝?§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖l 鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合

2、物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它們都可以作為純組元看待。l 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，已無(wú)實(shí)用價(jià)值。l 實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) 幻燈片5§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖幻燈片6§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖一、 鐵碳合金的基本相和組織鐵素體Fe、 Fe3C 2、鐵碳合金中的基本相和組織 鐵素體（F、 a ）： 碳在a-Fe中的固溶體稱鐵素體, 用F或a表示。 鐵素體是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。 鐵素體的

3、組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似,塑性、韌性較高而硬度較低，HB=80左右?；脽羝?l 純 鐵：L -Fe -Fe -F(鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變)-相、 奧氏體（A、）、 鐵素體（F 、 ） 均是碳在Fe中的 間隙固溶體幻燈片8§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖一、 鐵碳合金的基本相和組織2、鐵碳合金中的基本相和組織 奧氏體（A 、 g ）: 碳在g -Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或g表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148時(shí)最大為2.11%， 727時(shí)，為0.77% 。奧氏體 組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在g

4、區(qū)進(jìn)行。 碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體?；脽羝?§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖一、 鐵碳合金的基本相和組織 2、鐵碳合金中的相和組織 滲碳體（Fe3C ）： 是FeC的金屬化合物，含碳6.69%, 用Fe3C表示,熔點(diǎn)為1227。 Fe3C硬度高（HB=800）、強(qiáng)度低（sb»35MPa), 脆性大, 塑性幾乎為零。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體 Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨), 該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。 由于碳在a-Fe中的溶解度小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在?；脽羝?0§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖一、

5、 鐵碳合金的基本相和組織 3、鐵碳合金中的基本相和組織 （4） 珠光體(P)： 是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。珠光體 珠光體的組織特點(diǎn)是:兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間，強(qiáng)、韌性好。A0.77 P(F+ Fe3C)727共析反應(yīng)，共析體P?；脽羝?1§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖一、 鐵碳合金的基本相和組織 3、鐵碳合金中的基本相和組織 （5）萊氏體 (Le)： 是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。 萊氏體的組織特點(diǎn)是:為魚骨狀, 以Fe3C為基，性能硬而脆。gFe3CL 4.3% Le (A+ Fe3C)1148萊氏體共晶反應(yīng)，共晶體Le ?；脽羝?2§4-3 鐵碳合金的

6、結(jié)構(gòu)和相圖一、 鐵碳合金的基本相和組織 3、鐵碳合金中的基本相和組織 （6）低溫萊氏體 (Le)： 是珠光體和滲碳體的機(jī)械混合物。Le（P+ Fe3C ） 低溫萊氏體的組織特點(diǎn)是:為魚骨狀, 其Fe3C較多，性能硬而脆。低溫萊氏體幻燈片13§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖一、 鐵碳合金的基本相和組織LL+AL+Fe3CALdFLdP幻燈片14§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖二、 鐵碳合金相圖1、特征點(diǎn)幻燈片15§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖二、 鐵碳合金相圖 2、特征線(1）液相線ACD， 固相線AECF(2）兩條水平線： ECF：共晶線 LC AE+Fe3C PSK

7、：共析線(A1線) AS F P+ Fe3C幻燈片16§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖二、 鐵碳合金相圖（3）其它相線 GSA F 固溶體轉(zhuǎn)變線, GS又稱A3 線。 ES碳在A中的固溶線。又稱Ac m線。 PQ碳在F中的固溶線?；脽羝?7§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖二、 鐵碳合金相圖3、相區(qū) 四個(gè)單相區(qū): L、A、F、Fe3C 五個(gè)兩相: L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、A+F 、F+Fe3C 兩個(gè)三相區(qū)：即ECF(L+A+ Fe3C)、PSK(A+F+ Fe3C)兩條水平線 相圖中的兩項(xiàng)區(qū)的兩個(gè)組成相，由其相鄰的兩個(gè)單相區(qū)決定?；脽羝?8§4-3 鐵碳合金

8、的結(jié)構(gòu)和相圖二、 鐵碳合金相圖Fe Fe3C T°A共晶相圖勻晶相圖LDL+AL+ Fe3CC1148EF4.3%C2.11%CA( A+Fe3C )G共析相圖LdLd+Fe3CA+ Fe3CA+Ld+Fe3CS727A+FFPK( F+ Fe3C )0.0218%C0.77%CLdPLd+Fe3CP+Ld+Fe3C( P+Fe3C )P+FP+Fe3CQ6.69%C幻燈片19§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程1、鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 工業(yè)純鐵(<0.0218% C) 組織為單相F（ ）。亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼共晶白口鐵過(guò)

9、共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業(yè)純鐵 鋼(0.02182.11%C)高溫組織為單相A （） 亞共析鋼 (0.02180.77%C) 共析鋼 (0.77%C) 過(guò)共析鋼 (0.772.11%C)幻燈片20§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 白口鑄鐵 (2.116.69%C) 鑄造性能好, 硬而脆 亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共晶白口鑄鐵(4.3%C) 過(guò)共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C)幻燈片21§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程1、鐵碳合金的分類 Wc< 0.0218%碳鋼白口鑄鐵工業(yè)純鐵鐵碳合金分類

10、亞共析鋼共 析 鋼過(guò)共析鋼0.0218% < Wc <0.77% Wc= 0.77%0.77% < Wc < 2.11%2.11% < Wc < 4.3%Wc=4.3%4.3% < Wc < 6.69%亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵幻燈片22§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程2、共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)锳,到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變： ASP(FP+Fe3C) A全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。AAAAFF幻燈片23§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程珠光體 珠

11、光體在光鏡下呈指紋狀。 珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。 S點(diǎn)以下，共析 F 中析出Fe3C，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P?；脽羝?4§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 相變結(jié)束時(shí)，珠光體中相的相對(duì)重量百分比為：Q43219F幻燈片25§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程Q43219 室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)重量百分比是多少？F4幻燈片26§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程共析鋼金相組織圖幻燈片27§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)

12、晶過(guò)程3、亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 以0.45%C的鋼為例合金在3點(diǎn)以前通過(guò)勻晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)間（A）。 到3點(diǎn)，由g （A）中析出a 。 到4點(diǎn), g （A）成分沿GS線變到S點(diǎn)，g （A）發(fā)生共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 溫度繼續(xù)下降，a (F)中析出Fe3C，由于與共析Fe3C結(jié)合, 且量少, 忽略不計(jì)。幻燈片28§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程亞共析鋼組織金相圖幻燈片29§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程共析溫度下相的相對(duì)重量為： S組織組成物的相對(duì)重量為： 幻燈片30§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型

13、成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程l 室溫下相的相對(duì)重量百分比為：S室溫下組織組成物的相對(duì)重量百分比為：幻燈片31§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖l 亞共析鋼室溫下的組織為F+P。l 在0.02180.77%C 范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織幻燈片32§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程l 4、過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程合金在12點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)間(A) , 到3點(diǎn), 開始析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體, 用Fe3C表示, 其沿晶界呈網(wǎng)狀分布。l 溫度下降, Fe3C量增加。到4點(diǎn)

14、， g (A)成分沿ES線變化到S點(diǎn)，余下的g (A)轉(zhuǎn)變?yōu)镻?；脽羝?3§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程Fe3C過(guò)共析鋼組織金相圖幻燈片34§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程l 過(guò)共析鋼室溫組織為P+ Fe3C。l Fe3C量隨含碳量而增加, 含碳量為2.11%時(shí), Fe3C量最大：含1.4%C鋼的組織幻燈片35§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖12345Sl 室溫下兩相的相對(duì)重量百分比：室溫下兩組織組成物的相對(duì)重量百分比：幻燈片36§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)

15、程亞共析鋼與過(guò)共析鋼組織比較幻燈片37§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程(a) 0.01%C鐵素體500×(b) 0.45%C鐵素體+珠光體 500×(c).0.77%C珠光體 500×d). 1.2%C 鐵素體+二次滲碳體 500×幻燈片38§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程5、共晶白口鉄的結(jié)晶過(guò)程 合金冷卻到C點(diǎn)發(fā)生共晶反應(yīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體(Le),萊氏體是共晶g (A)與共晶Fe3C的機(jī)械混合物, 呈魚骨狀。gFe3C幻燈片39&

16、#167;4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，兩相的相對(duì)重量百分比為: C點(diǎn)以下, g (A)成分沿ES線變化，共晶g (A)將析出Fe3C。Fe3C與共晶Fe3C 結(jié)合，不易分辨。12gFe3C幻燈片40§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程l 溫度降到2點(diǎn), g (A)成分達(dá)到0.77%, 此時(shí), 相的相對(duì)重量: l 在2點(diǎn), 共晶g (A)發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種由SP與 Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體, 用Le表示。2 點(diǎn)以下，共晶體中P 的變化同共析鋼?；脽羝?1幻燈片42§4-3 鐵

17、碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖l 共晶白口鐵室溫組織為L(zhǎng)e (P+ Fe3C), 它保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。l 室溫下兩相的相對(duì)重量百分比為： 幻燈片43共晶白口鐵組織金相圖幻燈片44§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程6、 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程 合金在12點(diǎn)間析出g(A) 。到2點(diǎn)，液相成分變到C點(diǎn),并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。23點(diǎn)間從g (A)中析出Fe3C，一次g (A)的Fe3C被共晶g (A)襯托出來(lái)。到3點(diǎn)，g (A) 轉(zhuǎn)變?yōu)镻?；脽羝?5§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖l 亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3C+Le。l 室溫下組織組成物相對(duì)重量百分比為

18、 ：ECFD1234N試問(wèn)室溫下相的相對(duì)重量百分比?幻燈片46幻燈片47Fe3CPLd亞共晶白口鐵組織金相圖幻燈片48§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程7、過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程 12點(diǎn)間從液相中析出Fe3C, 這種滲碳體稱一次滲碳體，用Fe3C表示，呈粗條片狀。到2點(diǎn)，余下的液相成分變到C點(diǎn)并轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)e。DFK3Fe3C124幻燈片49§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程 2點(diǎn)以下, Fe3C成分重量不再發(fā)生變化, Le變化同共晶合金,其室溫組織為Fe3C+Le?；脽羝?0過(guò)共晶白口鐵結(jié)晶過(guò)程幻燈片51PFe3CFe3C+Fe3C過(guò)共晶白口鐵組織金相圖幻燈片52§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖三、典型成分鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程8、組織組成物在鐵碳合金相圖上的標(biāo)注g + Fe3Ca + Fe3Cdl 組織組成物與相組成物標(biāo)注區(qū)別主要在g+ Fe3C和a+Fe3C兩個(gè)相區(qū). g+ Fe3C相區(qū)中有四個(gè)組織組成物區(qū)，a+Fe3C相區(qū)中有七個(gè)組織組成物區(qū)?；脽羝?3§4-3 鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和相圖FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ dL+ dFdALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ F