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1、铁碳合金相图知识汇总,重点掌握1、铁碳合金的基本组织和性能特点；2、根据铁碳相图，分析典型成份的结晶过程；3、成份、组织与性能之间的关系。,铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用、热加工及热处理工艺的制定都具有重要的指导意义。,铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，Fe-Fe3C相图中的组元只有Fe和Fe3C。,第一节 铁碳合金基本相,一、 铁素体1相 高温铁素体：C固溶到-Fe中，形成相。2相 铁素体（用F表示）： C固溶到 -Fe中，形成相。F强度、硬度低、塑性好 （室温：C%=0.0008%,727度：C%
2、=0.0218%）,二、奥氏体 （用A表示）：C固溶到-Fe中形成相）强度低，易塑性变形,三、渗碳体 Fe3C相，由Fe与C组成一种复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高，性能：硬而脆，塑性、韧性几乎为零。按不同生成条件形状有：条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。,第二节 Fe-Fe3C相图分析,一、相图中的点、线、面：三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB，J为包晶点。 1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+ A,（2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。在1148, C点成分的L发生共晶反应：L A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体
3、）。 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 Le表示。,（3）共析转变线PSK，S点为共析点。在727, S点成分的A发 生共析反应： A F + Fe3C （0.0218%C） （6.69%C共析渗碳体）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。,珠光体的强度较高, 塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间, 其机械性能如下： 抗拉强度极限b 770MPa 冲击韧性ak3105 J/m24105J/m2 延伸率20%35% 硬度：180HB,2液固相线 液相线ABCD 固相线AECF,二、Fe-C合金平衡结晶过程,7种典型Fe-C合金的
4、平衡结晶过程：（看动画：Fe-C合金平衡结晶过程 3种）1.工业纯铁 2.共析钢3.亚共析钢4.过共析钢5.共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁7.过共晶白口铸铁,1工业纯铁（C%0.0218%）,铁熔点或凝固点为1538, 相对密度是7.87g/cm3。 纯铁从液态结晶为固态后, 继续冷却到1394及912时, 先后发生两次同素异构转变。,1工业纯铁（C%0.0218%）,L L+A A A+F F F + Fe3CIII相组成物：F+Fe3C (C%0.0008%)或 F（C%0.0008%）相相对量：F%= Fe3C%=组织组成物：F 和 Fe3CIII,工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、
5、塑性好。主要机械性能如下： 抗拉强度极限 b 180MPa230MPa 抗拉屈服极限 0.2 100MPa170MPa 延伸率 30%50% 断面收缩率 70%80% 冲击韧性 ak 1.6106J/m22106 J/m2 硬度 50HB80HB,2共析钢 C%=0.77%,2共析钢 C%=0.77%,相组成物：F和Fe3C相相对量：F%= Fe3C%=组织组成物 ：P,3亚共析钢 0.0218%C%0.77%,L L+A A A+F A+P+F P+F,3亚共析钢 0.0218%C%0.77%,相组成物：F，Fe3C相相对量：F%= Fe3C%=组织组成物：F、P P%= F%=,3亚共析钢
6、 0.0218%C%0.77%,4过共析钢,L L+A A A+Fe3CII A+P+Fe3CII P+Fe3CII,4过共析钢,相组成物：F%= Fe3C%=组织相对量：Fe3CII%= P%=,4过共析钢,5共晶白口铁（C%=4.3%）,LL+Le Le (A+Fe3C共晶) Le (A+Fe3C共晶+Fe3CII) Le(P+Fe3CII+Fe3C),6亚共晶白口铸铁，2.11%C%4.3%,相组成物：F%= Fe3C%=组织组成物：P，Le，Fe3CII,7过共晶白口铸铁,相组成物：F%= Fe3C%=组织组成物：Le%=Lc%= Fe3C%=,小结：标注组织的铁碳相图,第三节、Fe-
7、C合金的成分-组织-性能关系,含碳量铁碳合金在室温下的组织都由F和Fe3C两相组成, 两相的质量分数由杠杆定律确定。随C%F%，Fe3C%,含碳量性能 HB：取决于相及相对量强度：C%，而C% 0.9%塑性、韧性：C%塑性、韧性,第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系,第四节、Fe- Fe3C相图的应用,Fe- Fe3C相图在生产中具有巨大的实际意义, 主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面。 建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料, 选用碳含量较低的钢材。,相图的应用,机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料, 应选用碳含量适中的中碳钢。,工具要用硬度高和耐磨性好的材料, 则
8、选碳含量高的钢钟。,相图的应用,相图的应用,纯铁的强度低, 不宜用做结构材料, 但由于其导磁率高, 矫顽力低, 可作软磁材料使用, 例如做电磁铁的铁芯等。,白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、犁铧、球磨机的磨球等。,相图的应用铸造工艺方面的应用,根据Fe- Fe3C相图确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100。纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好, 它们的凝固温度区间最小, 因而流动性好, 分散缩孔少, 可以获得致密的铸件, 所以选在共晶成分附近。在铸钢生产中, 碳含量规定在0.
9、15-0.6%之间, 因为这个范围内钢的结晶温度区间较小, 铸造性能较好。,相图的应用热锻、热轧工艺方面的 应用,钢处于奥氏体状态时强度较低, 塑性较好, 因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100200范围内。一般始锻温度为11501250, 终锻温度为750850。,一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe- Fe3C相图确定的。因此有重要的意义。,相图的应用在热处理工艺方面的应用,在运用Fe-Fe3C相图时应注意以下两点： Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态, 如含有其它元素, 相图将发生变化。 Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态, 若冷却或加热速度较快时, 其组织转变就不能只用相图来分析了。,本章结束,
