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1、2-5 铁碳合金的组织与状态图,铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量为0.0218%2.11%的称钢含碳量为 2.11%6.69%的称铸铁。铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，都可作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。,一、铁碳合金的基本组织,是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。,铁素体,组元：Fe、Fe3C 相 铁素体：碳在-Fe中的固溶体称铁素体,用F 或 表示。,铁素体组织金相图,奥氏体:碳在-Fe中的固溶
2、体称奥氏体。用A或 表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为2.11%。727 时为0.77%,组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在 区进行.碳钢室温组织中无奥氏体。,奥氏体,奥氏体组织金相图,渗碳体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低(b35MPa),脆性大,塑性几乎为零,Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨),该反应对铸铁有重要意义。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。,渗碳体组织金相图,珠光体：铁素体与Fe3C
3、的机械混合物，用P表示。,珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。,珠光体,珠光体(P),莱氏体：与Fe3C的机械混合物高温莱氏体：727 以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示低温莱氏体：727 以下，珠光体与渗碳体，以Le表示为蜂窝状,以Fe3C为基，性能硬而脆。,莱氏体,莱氏体(Ld),相图的建立,相图的建立,热 分 析 法,温度,a,b,ab:液相线,ab:固相线,L,L+S,S,L:液相区,S:固相区,L+S:液固共存区,铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.,二、铁碳
4、合金状态图,含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。,Fe-Fe3C 相图,五个重要的成份点:P、S、E、C、K。四条重要的线:EF、ES、GS、FK。三个重要转变:包晶转变、共晶转变、共析转变。二个重要温度:1148、727。,(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义,Fe-Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+Fe3C,6.69%C,(A+Fe3C),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+Fe3C,(F+Fe3C),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld
5、+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,(P+Fe3C),特征点,特征线 液相线ACD，固相线AECF 水平线：ECF：共晶线LC E+Fe3C共晶产物是A与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体,用Le表示。为蜂窝状,以Fe3C为基，性能硬而脆。,莱氏体,（二）铁碳合金的组织转变,工业纯铁(ingot iron)共析钢(eutectoid steel)亚共析钢(hypoeutectoid steel)过共析钢(hypereutectoid steel)共晶白口铁(eutectoid white iron)亚共晶白口铁(hypoeutectoid white iron)过共晶白口铁(hypereutec
6、toid white iron),1.工业纯铁(Wc 0.0218%),工业纯铁组织金相图,2.共析钢(Wc=0.77%),共析钢组织金相图,3.亚共析钢(Wc=0.45%),亚共析钢组织金相图,4.过共析钢(Wc=1.2%),过共析钢组织金相图,5.共晶白口铁(Wc=4.3%),共晶白口铁组织金相图,6.亚共晶白口铁(Wc=3.0%),亚共晶白口铁组织金相图,7.过共晶白口铁(Wc=5.0%),过共晶白口铁组织金相图,Fe-Fe3C 相图的应用,一.选择材料方面的应用,1.分析零件的工作条件,根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。,2.根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律,确定选定材料的工作范 围。,二.制定热加工工艺方面的应用,本章小结,三种典型的金属晶体结构晶体缺陷：点、线、面过冷度、结晶过程晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法同素异构合金的相结构、固溶强化铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图,
