第3章鐵碳相圖2021/5/91溫度℃時(shí)間1538℃1394℃912℃

-Feγ-Feα-Fe純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

-Feγ-Feα-Fe1394℃912℃770℃無磁性有磁性回顧復(fù)習(xí)：2021/5/92恒溫下由一個(gè)固相同時(shí)析出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。

?

+

共析反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相包著一個(gè)固相生成另一個(gè)新的固相。L

+

?

包晶反應(yīng)恒溫下由一個(gè)液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)成分結(jié)構(gòu)不同的新固相。L?

+

共晶反應(yīng)說明反應(yīng)式圖形特征反應(yīng)名稱常見三相等溫水平線上的反應(yīng)L

L

2021/5/93第1節(jié)鐵碳合金相圖鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、

Fe2C、FeC，它們都可以作為純組元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，已無實(shí)用價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→2021/5/941234561600150014001300120011001000900800700600溫度℃ωc%FeFe3C6.6904.32.110.77ANGPSKECFDB(0.53)J(0.17)H1148727LδAFL+δδ+AL+AL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CQ0.0218Fe-Fe3C相圖（要求默畫）2021/5/95一.組元及基本相

*鐵(ferrite)

*

滲碳體(Cementite)Lδ-Feγ-Fe

α-Fe1394℃912℃1538℃1、純鐵2021/5/962、滲碳體鐵與碳形成的間隙化合物，

含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示，熔點(diǎn)1227℃Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(

b35MPa),脆性大,塑性很低，伸長率接近于0.2021/5/973、鐵素體（F或α表示）碳溶于α–Fe中的間隙固溶體。金相顯微鏡下為多邊形晶粒鐵素體中碳的溶解度很小，室溫時(shí)小于0.0008%，727℃時(shí)0.0218%性能接近于純鐵，強(qiáng)度、硬度低，塑性好2021/5/984、奧氏體（A或γ表示）碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。金相顯微鏡下位規(guī)則多邊形晶粒。奧氏體體中碳的溶解度較大，727

℃時(shí)0.77%，1148

℃時(shí)2.11%強(qiáng)度不高、塑性好，無磁性。鋼材熱加工都在

區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無奧氏體。2021/5/995、高溫鐵素體（用δ表示）碳溶于δ-Fe中形成的間隙固溶體，只存在于1394-1538℃，1495℃時(shí)碳的溶解度最大，0.09%。6、液相2021/5/910二、相圖分析1、特征點(diǎn)1234561600150014001300120011001000900800700600溫度℃ωc%FeFe3C6.6904.32.110.77ANGPSKECFDB(0.53)J(0.17)H1148727LδAFL+δδ+AL+AL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CQ2021/5/911液相線ABCD固相線AHJECFD五個(gè)單相區(qū)，七個(gè)兩相區(qū)兩條重要水平線：ECF、PSK線2021/5/912共晶轉(zhuǎn)變線ECF：LdLCAE+Fe3C1148℃奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物萊氏體,為蜂窩狀,

以Fe3C為基，性能硬而脆。塑性很差LA2021/5/913PASFP+Fe3C727℃共析轉(zhuǎn)變線PSK：（A1線）珠光體是鐵素體和滲碳體片層相間的組織，呈指紋狀。較高強(qiáng)度和硬度，塑性較差A(yù)F2021/5/914HJB：包晶反應(yīng)

LB+δH?AJ

LAδ2021/5/915AcmA3三條重要的相界線2021/5/916三、典型合金的平衡結(jié)晶過程工業(yè)純鐵亞共析鋼

過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共析鋼共晶白口鑄鐵2021/5/917①③②④⑥⑤⑦2021/5/918㈠工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程N(yùn)SJBH

L+

+

+

L→L+δ→δ→δ+A→

A→

A+

F→

F→F+

Fe3CⅢ合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。2021/5/919從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用Fe3CⅢ表示。Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。其含量相對較少，若不是對其作特別分析，可忽略不計(jì)室溫下Fe3CⅢ最大量為:

2021/5/920㈡共析鋼的結(jié)晶過程L→

L+A→

A→P(F+Fe3C)

共析滲碳體1233’4AL+AF

+Fe3C室溫組織為P.2021/5/921珠光體是鐵素體與滲碳體片層相間的組織，呈指紋狀。2021/5/922L→L+δ→L+A→A→F+A→F+P

(F+Fe3C)

F中析出Fe3CⅢ，量少,忽略不計(jì).室溫組織：F＋P㈢亞共析鋼的結(jié)晶過程2021/5/923亞共析鋼室溫組織：F＋P，隨C％增加，P含量增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織2021/5/924室溫下相的相對重量百分比：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：2021/5/925L→L+A→

A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ室溫組織：

P＋Fe3CⅡ(四)過共析鋼的結(jié)晶過程2021/5/926過共析鋼室溫組織為P+Fe3C

Ⅱ

，二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布在晶界上。2021/5/927㈤共晶白口鐵的結(jié)晶過程Ld蜂窩狀Ld’難以分辨L→A+Fe3C→A+Fe3CⅡ+Fe3C→P+Fe3C2021/5/928共晶白口鐵室溫組織為Ld’(P+Fe3C),它保留了共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征。2021/5/929㈥亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程L→L+A→A(初生)+Ld→A+Fe3CⅡ+Ld→P+Fe3CⅡ+Ld’亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3CⅡ+Ld’。2021/5/930㈦過共晶白口鐵的結(jié)晶過程L→L+Fe3CⅠ→Ld+

Fe3CⅠ→Ld’+

Fe3CⅠ，過共晶白口鑄鐵室溫組織為Fe3CⅠ+Ld’。

2021/5/931亞共析鋼F+P共析鋼P(yáng)過共析鋼P(yáng)+Fe3CⅡ亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵P+Fe3CⅡ+Ld’Ld’（P+Fe3C）Ld’+Fe3CⅠ2021/5/932組織中的滲碳體：一次滲碳體Fe3CⅠ：粗大片狀共晶滲碳體Fe3C：基體二次滲碳體Fe3CⅡ：網(wǎng)狀共析滲碳體Fe3CⅠ：層片狀三次滲碳體Fe3CⅢ：薄片狀2021/5/9331234561600150014001300120011001000900800700600溫度℃ωc%FeFe3C6.6904.32.110.77ANGPSKECFDBJH1148727F+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld’Fe3CⅠ+Ld’A+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdFe3CⅠ+LdL+AALF+AFδL+δδ+AL+Fe3CF+Fe3CⅢPLd’Ld2021/5/9342021/5/935四、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響⒈含碳量對室溫平衡組織的影響

含碳量增加，組織變化F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld’→Ld’→Fe3CⅠ+Ld’

F在減少，F(xiàn)e3C在增加

F和Fe3C形態(tài)在發(fā)生變化Fe3CⅢ薄片狀→共析Fe3C層片狀→Fe3CⅡ網(wǎng)狀→共晶Fe3C連續(xù)基體→Fe3CⅠ粗大片狀相構(gòu)成決定組織決定性能決定用途含碳量變化→相的相對量變化、形態(tài)和分布變化→組織變化→性能變化2021/5/936含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為組織組成物相對量/%相組成物相對量/%PFFFe3CFe3CⅠLd’10001000Fe3CⅡ鋼白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵亞共析鋼過共析鋼工業(yè)純鐵共析鋼共晶白口鑄鐵鋼鐵種類2021/5/937⒉含碳量對力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le’,硬度高脆性大，難以切削加工。2021/5/938⒊含碳量對工藝性能的影響①切削性能:中碳鋼合適②可鍛性能:低碳鋼好③焊接性能:低碳鋼好④鑄造性能:共晶合金好鑄造焊縫組織模鍛切削加工的基本形式車刨鉆銑磨2021/5/939五、鐵碳合金相圖的應(yīng)用1、在選材上的應(yīng)用2021/5/9402.制定熱加工工藝方面的應(yīng)用澆注溫度在液相線以上50-100始鍛溫度固相線以下100-200范圍內(nèi)局限性2021/5/941第4節(jié)金屬的凝固組織一、鑄錠宏觀組織鑄錠(件)的宏觀組織通常由三個(gè)區(qū)組成:表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。柱狀晶區(qū)表面細(xì)晶區(qū)中心等軸晶區(qū)2021/5/9421、表層細(xì)晶區(qū)：澆注時(shí)，由于冷模壁產(chǎn)生很大的過冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。2021/5/9432、

柱狀晶區(qū)：由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，晶核的形成速率不如成長率大，各晶粒成長較快。沿垂直于模壁方向散熱較快，故晶粒沿這一方向長大，形成柱狀晶區(qū)。2021/5/9443、中心粗等軸晶區(qū):由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長停止，當(dāng)心部液體全部冷至實(shí)際結(jié)晶溫度T1以下時(shí)，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。2021/5/945⑴縮孔：縮孔是由于液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)體積收縮且補(bǔ)縮不足造成的?？赏ㄟ^合理設(shè)計(jì)澆注工藝加冒口等來進(jìn)行控制。鑄錠出現(xiàn)縮孔