1、a,1,第5章 鐵碳合金 Iron-carbon Alloy,Lecturer: Gui-quan HAN E-mail: 20082008hgq,a,2,第5章 鐵碳合金 Iron-carbon Alloy,5.2 鐵碳合金相圖分析,a,3,a,4,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)。由于含碳 量高于6.67的鐵碳合金脆性極大，沒有使用價(jià)值， 因而對(duì)鐵碳合金相圖只研究Fe-Fe3C部分。圖5-9所示 為Fe-Fe3C相圖。 相圖中各主要點(diǎn)的涵義、溫度及含碳量見表5-3 所示。,a,5,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述,a,6,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、

2、概述 相圖中各主要點(diǎn)的涵義： ABCD為液相線，而AHJECF則為固相線。 相圖上的三條平行線(HJB、ECF、PCK)是指三個(gè)恒溫反應(yīng)： (1) 在1493(HJB水平線)發(fā)生包晶反應(yīng)，其反應(yīng)式為 LB + H AJ 包晶反應(yīng)的結(jié)果形成了奧氏體。 此反應(yīng)僅可能在含碳量為O.100.50的鐵碳合金中 發(fā)生。,a,7,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 相圖中各主要點(diǎn)的涵義： 相圖上的三條平行線(HJB、ECF、PCK)是指三個(gè)恒溫反應(yīng)： (2)在1147(ECF水平線)發(fā)生共晶反應(yīng)，其反應(yīng)式為 Lc FP + Fe3C。 共晶反應(yīng)的結(jié)果形成了奧氏體與滲碳體的共晶混合物， 稱此共晶混合物為萊氏體

3、，用字母Ld表示； 冷至室溫時(shí)成為變態(tài)萊氏體，用Ld表示。 此反應(yīng)發(fā)生于所有含碳量 2.06 6.67的鐵碳 合金范圍內(nèi)。,a,8,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 相圖中各主要點(diǎn)的涵義： 相圖上的三條平行線(HJB、ECF、PCK)是指三個(gè)恒溫反應(yīng)： (3)在723(PSK水平線)發(fā)生共析反應(yīng)，其反應(yīng)式為 As FP + Fe3C 。 共析反應(yīng)的結(jié)果形成了鐵素體與滲碳體的共析混合物， 稱此共析混合物為珠光體(P)。 所有含碳量超過0.02的鐵碳合金中，即實(shí)際在工程 上常用的鐵碳合金中均發(fā)生珠光體(共析體)轉(zhuǎn)變。,a,9,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 此外，值得注意的是ES和PQ線：

4、(1)ES線碳在奧氏體中的固溶線。 從該線看出，碳在奧氏體中的最大溶解度是在1147， 此時(shí)可溶解2.06C，而在723時(shí)只能溶解080C。故 凡含碳量大于0.80的鐵碳合金自1147冷至723時(shí)，均 會(huì)從奧氏體中沿晶界析出滲碳體，稱此滲碳體為二次滲碳體 (Fe3C)，以區(qū)別于從液體中直接結(jié)晶的一次滲碳體(Fe3C)。,a,10,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 此外，值得注意的是ES和PQ線： (2)PQ線碳在鐵素體中的固溶線。 從該線看出，碳在鐵素體中的最大溶解度是在723， 此時(shí)可溶解O.02C， 而在室溫平衡狀態(tài)下， 僅可溶解 0.0008C，故一般鐵碳合金凡是從723緩冷至室溫時(shí)，

5、 均可能從鐵素體中沿晶界析出滲碳體，稱此滲碳體為三次 滲碳體(Fe3C)。因其數(shù)量極少，故一般在討論中經(jīng)常予 以忽略。,a,11,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 所謂一次、二次、三次滲碳體僅在于滲碳體來源和分布有所不同，沒有本質(zhì)區(qū)別，其含碳量，晶體結(jié)構(gòu)和本身的性質(zhì)均相同。 相圖中AHN線和GPQ線的左方分別為和的鐵素體區(qū)域；NJESG包圍的范疇為奧氏體區(qū)域。,a,12,5.2 鐵碳合金相圖分析,一、概述 鐵碳合金相圖上的各種合金，通?？砂雌浜剂亢徒M織的不同，分成下列三類： (1)工業(yè)純鐵( C0.80)； (3)白口鐵(2.066.67C)：亞共晶白口鐵(C4.3)。,a,13,5.2

6、鐵碳合金相圖分析,一、概述 下面列舉6個(gè)典型的鐵碳合金來討論其結(jié)晶過程。鋼和白口鐵的結(jié)晶過程雖然比較復(fù)雜，但其分析方法則與前述的相同，并無新穎之處。所選擇的各合金的成分如圖5-10所示。,a,14,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析,a,15,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (一)共析鋼(0.80C)的結(jié)晶過程分析 圖中合金為共析鋼，該合金在1點(diǎn)以上的溫度為液相(L)，緩冷至稍低 于1點(diǎn)的溫度開始從L中結(jié)晶出奧氏 體(A)。 緩冷至2點(diǎn)溫度以下，L全部冷凝 為A。 繼續(xù)緩冷至3點(diǎn)溫度(723)時(shí)， A按共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變成珠光體。,a,16,5.2 鐵碳合金相

7、圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (一)共析鋼(0.80C)的結(jié)晶過程分析 共析鋼的結(jié)晶過程示意圖：,a,17,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (一)共析鋼(0.80C)的結(jié)晶過程分析 共析鋼的顯微組織(珠光體) ：,a,18,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析,a,19,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 含碳量在0.100.50范圍內(nèi)的亞共析鋼，在冷凝至1493時(shí)均發(fā)生 包晶反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果形成 奧氏體(A)；而含碳量大于 0.5

8、0者，在冷凝時(shí)，則 不發(fā)生包晶反應(yīng)，而是直 接從L中結(jié)晶出A。,a,20,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 含碳量在0.100.50范圍內(nèi)的亞共析鋼，在冷凝至1493時(shí)均發(fā)生包晶反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果形成奧氏體(A)；而含碳量大于0.50者，在冷凝時(shí)，則不發(fā)生包晶反應(yīng)，而是直接從L中結(jié)晶出A。,a,21,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 合金冷凝后得到A組織，繼續(xù)冷至GS線(3點(diǎn)溫度)時(shí)，便會(huì)發(fā)生A F的轉(zhuǎn)變，同時(shí)引起母相A中碳濃度的變化。由于合金繼續(xù)冷卻過程

9、中，A的含碳量沿GS線逐漸增濃而趨近于S點(diǎn)，即合金冷至723時(shí)，A的含碳量增為0.80，故當(dāng)合金冷至稍低于723時(shí)，其組織中剩余的A，便會(huì)按共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成為珠光體，最終的顯微組織應(yīng)為F+P。,a,22,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 必須指出，所有亞共析鋼在緩冷后，最終的顯微組織都是F+P。各種亞 共析鋼組織的主要差別，在于 其中的F與P的相對(duì)量和F的分 布情況不同。凡含碳量距S點(diǎn) 愈近的亞共析鋼，其組織中含 P量愈多而F量則愈少。含碳量 大于0.50的亞共析鋼組織， 其中F趨向于沿P邊界呈網(wǎng)狀分 布。,a,23,5.

10、2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 0.10C的亞共析鋼的顯微組織。圖中白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠光體中層片無法分辨。,a,24,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 0.30C的亞共析鋼的顯微組織。圖中白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠光體中層片無法分辨。,a,25,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (二)亞共析鋼(0.020.80C)的結(jié)晶過程分析 0.10C、0.30C的亞共析鋼的顯微

11、組織。白色顆粒為F晶粒；黑色顆粒為珠光體，因放大倍數(shù)過低而使珠光體中層片無法分辨?？梢?，含碳量較高的0.30C亞共析鋼顯微組織中，P所占面積較大。,a,26,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (三)過共折鋼(0.802.06C)的結(jié)晶過程分析,a,27,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (三)過共折鋼(0.802.06C)的結(jié)晶過程分析 過共析鋼(以合金為例)冷凝后得到A組織，繼續(xù)冷至ES線(3點(diǎn)溫度)時(shí)， 即將從A中沿晶界開始析出Fe3C， 隨著溫度的降低，A的含碳量沿ES 線逐漸減少，與此同時(shí)，從A中沿 晶界不斷析出Fe3C。合金冷卻至 723時(shí)，A

12、的含碳量減為0.80， 故當(dāng)合金冷至稍低于723時(shí)，其 組織中剩余的A，便會(huì)按共析反應(yīng) 而轉(zhuǎn)變成為珠光體，最終的顯微組 織應(yīng)為P + Fe3C。,a,28,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (三)過共折鋼(0.802.06C)的結(jié)晶過程分析 過共析鋼的結(jié)晶過程示意圖 ：,a,29,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (三)過共折鋼(0.802.06C)的結(jié)晶過程分析 含1.20C的過共析鋼的結(jié)晶顯微組織：,a,30,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (四)共晶白口鐵(4.3)的結(jié)晶過程分析,a,31,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白

13、口鐵結(jié)晶過程分析 (四)共晶白口鐵(4.3)的結(jié)晶過程分析 共晶白口鐵(圖中合金)首先在1147時(shí)發(fā)生恒溫反應(yīng)形成萊氏體， 萊氏體在繼續(xù)冷卻過程中，由 于其中A的含碳量沿ES線逐漸 減少，還會(huì)不斷析出Fe3C。 冷卻至723時(shí)，A的含碳量減 為0.80，故當(dāng)合金冷至稍低于 723時(shí)，其組織中剩余的A， 便會(huì)按共析反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成為珠 光體，最終的萊氏體組織應(yīng)為 ( P + Fe3CII + Fe3C)。,a,32,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (四)共晶白口鐵(4.3)的結(jié)晶過程分析 共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖 ：,a,33,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分

14、析 (四)共晶白口鐵(4.3)的結(jié)晶過程分析 共晶白口鐵顯微組織（200 ） ：,a,34,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (五)亞共晶白口鐵(2.064.3C)的結(jié)晶過程分析,a,35,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (五)亞共晶白口鐵(2.064.3C)的結(jié)晶過程分析 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程比較復(fù)雜。在共晶反應(yīng)之前，在L中已首先結(jié)晶 出一部分A晶體。這部分初生A在 繼續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過程與萊氏體 中的奧氏體的轉(zhuǎn)變過程完全相同， 即先析出Fe3C，之后含碳量為 0.80的奧氏體再通過共析反應(yīng) 轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。除此變化外，其 它變化與共晶白口鐵完全相同。

15、 亞共晶白口鐵的最終組織應(yīng)為 P + Fe3C+Ld(P + Fe3C +Fe3C)。,a,36,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (五)亞共晶白口鐵(2.064.3C)的結(jié)晶過程分析 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程示意圖 ：,a,37,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (五)亞共晶白口鐵(2.064.3C)的結(jié)晶過程分析 含3.0C的亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程示意圖 ：,a,38,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (六)過共晶白口鐵(4.36.67C)的結(jié)晶過程分析,a,39,5.2 鐵碳合金相圖分析,二、鋼和白口鐵結(jié)晶過程分析 (六)過共晶白口鐵(4.36.67C)的結(jié)晶過程分析 過共晶白口鐵的結(jié)晶過程比亞共晶白口鐵要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)樗诠簿Х磻?yīng) 之前首先結(jié)晶的是針狀Fe3C， 在繼續(xù)冷卻過程中，F(xiàn)e3C不 會(huì)發(fā)生成分