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1、,工程材料,海洋科学与技术学院 贾 非,Dalian University of Technology,第2章 铁碳合金的结构和相图,*,主 要 内 容,Fe-Fe3C合金相图分析 铁碳合金相图中的基本相 Fe-Fe3C合金相图 铁碳合金的结晶过程及组织 共析钢 亚共析钢 过共析钢铁碳合金性能与成分、组织的关系 合金性能与相图的关系 Fe-Fe3C合金相图的应用,*,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，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C成分
2、（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。,铁碳合金相图中的基本相,碳在-Fe中的固溶体称-铁素体，用 表示。都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0.008%。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。,奥氏体:碳在-Fe中的固溶体称奥氏体。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%。,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
3、室温组织中无奥氏体。,奥氏体,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。,相图中特征点的温度和含碳量,特征线 液相线ABCD，固相线AHJECFD 三条水平线：HJB：包晶线LB+H J ECF：共晶线LC E+Fe3C共晶产物是 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,PSK：共
4、析线 S FP+Fe3C共析转变的产物是 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，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。PSK线又称A1线。,珠光体,其它相线GS,GP 固溶体转变线,GS又称A3 线。HN,JN 固溶体转变线，ES碳在-Fe中的固溶线。又称Ac m线。PQ碳在-Fe中的固溶线。,三个三相区：即HJB(L+)、ECF(L+Fe3C)、PSK(+Fe3C)三条水平线,相区 五个单相区：L、Fe3C 七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C,钢(0.02182.11%C)高温组织为单相 亚共析钢(0.02180.77%C)共析钢
5、(0.77%C)过共析钢(0.772.11%C),铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：工业纯铁(0.0218%C)组织为单相铁素体。,白口铸铁(2.116.69%C)铸造性能好,硬而脆 亚共晶白口铸铁(2.114.3%C)共晶白口铸铁(4.3%C)过共晶白口铸铁(4.36.69%C),工业纯铁的结晶过程 合金液体在1-2点 间转变为，3-4点间，5-6点间。到7点，从中析 出Fe3C。,随温度下降，Fe3C量不断增加，合金的室温下组织为F+Fe3C。室温下Fe3C最大量为:,从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3C表示。Fe3C以不连续网状或片状分布于晶界。,共析钢的结晶过程,合金液体在
6、1-2点间转变为。到S点发生共析转变：SP+Fe3C,全部转变为珠光体。,珠光体在光镜下呈指纹状.变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：,珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。S点以下，共析 中析出Fe3C，与共析Fe3C结合不易分辨。室温组织为P.,室温下，珠光体中两相的相对重量百分比是多少？,亚共析钢的结晶过程0.090.53%C亚共析钢冷却时发生包晶反应.以0.45%C的钢为例合金在4点以前通过匀晶包晶匀晶反应全部转变为。到4点，由,中析出。到5点,成分沿GS线变到S点，发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，中析出Fe3C，由于与共析Fe3C结合,且量少,忽略不计.,利用平衡组织中珠光体所占
7、的面积百分比，可以近似估算亚共析钢的含碳量:C%=P面积%0.77%(忽略 中含碳量，P面积%=QP),共析温度下相的相对重量为：,组织组成物的相对重量为：,S,室温下相的相对重量百分比为：,室温下组织组成物的相对重量百分比为：,S,亚共析钢室温下的组织为F+P。在0.02180.77%C 范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。,过共析钢的结晶过程 合金在12点转变为,到3点,开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体,用Fe3C表示,其沿晶界呈网状分布.,温度下降,Fe3C量增加。到4点，成分沿ES线变化到S点，余下的 转变为P。,在共析温度下Fe3C的相对量？,过共析钢室温组织为
8、P+Fe3C。Fe3C量随含碳量而增加,含碳量为2.11%时,Fe3C量最大：,含1.4%C钢的组织,室温下两相的相对重量百分比：,室温下两组织组成物的相对重量百分比：,共晶白口铁的结晶过程 合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体(Le),莱氏体是共晶 与共晶Fe3C的机械混合物,呈蜂窝状.,共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为:,C点以下,成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3C。Fe3C与共晶Fe3C 结合，不易分辨。,温度降到2点,成分达到0.77%,此时,相的相对重量:,在2点,共晶 发生共析反应，转变为珠光体，这种由,P与 Fe3C组成的共晶体称低温莱氏体,用Le表示.2 点以下
9、，共晶体中P 的变化同共析钢。,共晶白口铁室温组织为Le(P+Fe3C),它保留了共晶转变产物的形态特征。室温下两相的相对重量百分比为：,亚共晶白口铁的结晶过程合金在12点间析出。到2点，液相成分变到C点,并转变为Le。23点间从中析出Fe3C，一次的Fe3C被共晶 衬托出来。到3点，转变为P。,亚共晶白口铁室温组织为P+Fe3C+Le。室温下组织组成物相对重量百分比为：,室温下相的相对重量百分比?,过共晶白口铁的结晶过程12点间从液相中析出Fe3C,这种渗碳体称一次渗碳体，用 Fe3C表示，呈粗条片状。到2点，余下的液相成分变到C点并转变为Le。,组织组成物与相组成物标注区别主要在+Fe3C
10、和+Fe3C两个相区.+Fe3C相区中有四个组织组成物区，+Fe3C相区中有七个组织组成物区。,组织组成物在铁碳合金相图上的标注,合金性能与相图的关系含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：,含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。,0.77%C时，组织为100%P,。0.9%C，Fe3C为晶界连续网状，升。2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Le,合金太脆.,钢铁选材的成分依据 要求塑性和韧性较好 型钢和容器：一般选用低碳钢（含碳量为0.1%0.25%）要求塑性和强度较好:轴类零件：一般选用中碳钢（含碳量
11、为0.25%0.6%）低碳钢好 要求硬度和耐磨性较好 工具和模具：一般选用高碳钢（含碳量为0.6%1.3%）,含碳量对工艺性能的影响 切削性能:中碳钢合适 可锻性能:低碳钢好 焊接性能:低碳钢好 铸造性能:共晶合金好 热处理性能:,课后作业2,P29：习题和思考题1、2、5、6、7、8。,*,谢谢！,*,1、Genius only means hard-working all ones life.(Mendeleyer,Russian Chemist)天才只意味着终身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:032、Our destiny offers
12、 not only the cup of despair,but the chalice of opportunity.(Richard Nixon,American President)命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二二年八月五日2020年8月5日星期三3、Patience is bitter,but its fruit is sweet.(Jean Jacques Rousseau,French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.20204、All t
13、hat you do,do with your might;things done by halves are never done right.-R.H.Stoddard,American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:105、You have to believe in yourself.Thats the secret of success.-Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday,August 5,2020August 20Wednesday,Au
14、gust 5,20208/5/20206、Almost any situation-good or bad-is affected by the attitude we bring to.-Lucius Annaus Seneca差不多任何一种处境-无论是好是坏-都受到我们对待处境态度的影响。11时3分11时3分5-Aug-208.5.20207、Although the world is full of suffering,it is full also of the overcoming of it.-Hellen Keller,American writer虽然世界多苦难，但是苦难总是能
15、战胜的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二二年八月五日8、For man is man and master of his fate.-Tennyson人就是人，是自己命运的主人11:0311:03:108.5.2020Wednesday,August 5,20209、When success comes in the door,it seems,love often goes out the window.-Joyce Brothers成功来到门前时，爱情往往就走出了窗外。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.20
16、2011:038.5.202010、Life is measured by thought and action,not by time.Lubbock 衡量生命的尺度是思想和行为，而不是时间。8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:1011、To make a lasting marriage we have to overcome self-centeredness.要使婚姻长久，就需克服自我中心意识。Wednesday,August 5,2020August 20Wednesday,August 5,20208/5/202012、Treat oth
17、er people as you hope they will treat you.你希望别人如何对待你，你就如何对待别人。11时3分11时3分5-Aug-208.5.202013、To do whatever needs to be done to preserve this last and greatest bastion of freedom.(Ronald Reagan,American President)为了保住这最后的、最伟大的自由堡垒，我们必须尽我们所能。20.8.520.8.5Wednesday,August 5,202014、Where there is a will,t
18、here is a way.(Thomas Edison,American inventor)有志者，事竟成。11:01:1911:01:1911:018/5/2020 11:01:19 AM15、Every man is the master of his own fortune.-Richard Steele每个人都主宰自己的命运。20.8.511:01:1911:01Aug-205-Aug-2016、As selfishness and complaint cloud the mind,so love with its joy clears and sharpens the vision
19、.-Helen Keller自私和抱怨是心灵的阴暗，愉快的爱则使视野明朗开阔。11:01:1911:01:1911:01Wednesday,August 5,202017、Do not,for one repulse,give up the purpose that you resolved to effect.-Willian Shakespeare,British dramatist不要只因一次失败，就放弃你原来决心想达到的目的。20.8.520.8.511:01:1911:01:19August 5,202018、There is no absolute success in the w
20、orld,only constant progress.世界上的事没有绝对成功，只有不断的进步。2020年8月5日星期三上午11时1分19秒11:01:1920.8.519、Nothing is more fatal to happiness than the remembrance of happiness.没有什么比回忆幸福更令人痛苦的了。2020年8月上午11时1分20.8.511:01August 5,202020、No man is happy who does not think himself so.Publilius Syrus认为自己不幸福的人就不会幸福。2020年8月5日星期三11时1分19秒11:01:195 August 202021、The emperor treats talent as tools,using their strongpoint to his advantage.君子用人如器，各取所长。上午11时1分19秒上午11时1分11:01:1920.8.5,谢谢观看,THE END,
