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1、任务三 铁碳合金相图,衡阳财经工业职业技术学院机械工程系,教学目的与要求,掌握Fe-C合金的基本相、组织以及它们的性能特点。掌握Fe-Fe3C相图特征点、线的含义及区域组织分析。熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe-Fe3C相图的应用,知识点一、铁碳合金的组元与基本相,一、纯铁的同素异构转变,图1-29 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化,同一种元素在不同条件下具有不同的晶体结构。当温度等外界条件变化时，晶格类型会发生转变，称为同素异构转变,二、铁碳全合金的基本相及其性能,1、液相。铁碳合金在溶化温度以上形成的均匀液体称为 液相，用符号L表示。2、铁素体。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表
2、示。碳在-Fe中的溶解度很低，因此，铁 素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低，但具有良好的塑性、韧性。,二、铁碳全合金的基本相及其性能,3、奥氏体。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。4、渗碳体。渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，它的分子式为Fe3C，渗碳体既是组元，又是基本相。5、珠光体。用符号P表示，它是铁素体与渗碳体薄层片相间 的机械机械混合物。6、莱氏体 用符号Ld表示，奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。,知识点二 Fe-Fe3C相图分析,图1-30 Fe-Fe3C相图,简化的Fe-Fe3C相图,1、主要特性点,表1-4简化Fe-Fe3C相图中的特性点,2、
3、主要特性线,（1）AC线 液体向奥氏体转变的开始线。即：LA。（2）CD线 液体向渗碳体转变的开始线。即：LFe3C。ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号L表示。（3）AE线 液体向奥氏体转变的终了线。（4）ECF水平线 共晶线。AECF线统称为固相线，液体合金冷却至此线全部结晶为固体，此线以下为固相区。（5）ES线 又称Acm线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。即：LFe3C。（6）GS线 又称A3线，（7）GP线 奥氏体向铁素体转变的终了线。（8）PSK水平线 共析线（727），又称A1线。（9）PQ线 碳在铁素体中的溶解度曲线。,3、相区,（1）单相区 简化的Fe-F
4、e3C相图中有F、A、L和Fe3C 四个单相区。（2）两相区 简化的Fe-Fe3C相图中有五个两相区，即 L+A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A+F两相 区和F+Fe3C两相区。每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线，即共晶线ECF，L、A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F和Fe3C三相共存。,知识点三 典型合金的结晶过程及组织,根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为：1）工业纯铁 c0.0218%。2）钢 0.0218%c2.11%，又可分为：亚共析钢 0.0218%c0.77%；共析钢 c=0.77%；过共析钢 0.77%c2.11%。3）白
5、口铸铁 2.11%c6.69%，又可分为以下三种：亚共晶白口铸铁 2.11%c4.3%共晶白口铸铁 c=4.3%过共晶白口铸铁 4.3%c6.69%,一、共析钢的结晶过程分析,图1-32 典型铁碳合金结晶过程分析,图1-33 共析钢结晶过程示意图,二、亚共析钢的结晶过程分析,图1-34 亚共析钢结晶过程示意图,图1-35为亚共析钢的显微组织,三、过共析钢的结晶过程分析,图1-36 过共析钢结晶过程示意图,图1-37 过亚共析钢的显微组织,四、共晶白口铸铁的结晶过程分析,图1-38 共晶白口铸铁结晶过程示意图,图1-39共晶白口铸铁的显微组织,五、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析,图1-41亚共晶白
6、口铸铁的显微组织,图1-40 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图,六、过共晶白口铸铁的结晶过程分析,图1-43 过共晶白口铸铁结晶过程示意图,知识点四 Fe-Fe3C相图的应用,一、碳含量对铁碳合金平衡组织及性能的影响,图1-44室温下铁碳合金含碳量与平衡组织组成物及相组成物间的定量关系,图1-45含碳量对钢力学性能的影响,二、Fe-Fe3C相图在工业中的应用,1、在选材方面的应用,Fe-Fe3C相图反映了铁碳合金组织和性能随成分的变化规律。这样，就可以根据零件的工作条件和性能要求来合理的选择材料。例如，桥梁、船舶、车辆及各种建筑材料，需要塑性、韧性好的材料，可选用低碳钢（c=0.1%0.25%）；
7、对工作中承受冲击载荷和要求较高强度的各种机械零件，希望强度和韧性都比较好，可选用中碳钢（c=0.25%0.65%）；制造各种切削工具、模具及量具时，需要高的硬度、而耐磨性，可选用高碳钢（c=0.77%1.44%）。对于形状复杂的箱体、机器底座等，可选用熔点低、流动性好的铸铁材料。,2、在铸造生产上的应用,由Fe-Fe3C相图可见，共晶成分的铁碳合金熔点低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，在铸造生产中，经常选用接近共晶成分的铸铁。,图1-46 铁碳相图与铸锻工艺间的关系,3、在锻压生产上的应用,钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难。而奥氏体的强度较低，塑性较好，便于塑性变形
8、。因此在进行锻压和热轧加工时，要把坯料加热到奥氏体状态。加热温度不宜过高，以免钢材氧化烧损严重，但变形的终止温度也不宜过低，过低的温度除了增加能量的消耗和设备的负担外，还会因塑性的降低而导致开裂。所以，各种碳钢较合适的锻轧加热温度范围是：始锻轧温度为固相线以下100200；终锻轧温度为750850。对过共析钢，则选择在PSK线以上某一温度，以便打碎网状二次渗碳体。,4、在焊接生产上的应用,焊接时，由于局部区域（焊缝）被快速加热，所以从焊缝到母材各区域的温度是不同的，由Fe-Fe3C相图可知，温度不同，冷却后的组织性能就不同，为了获得均匀一致的组织和性能，就需要在焊接后采用热处理方法加以改善。,5、在热处理方面的应用,从Fe-Fe3C相图可知，铁碳合金在固态加热或冷却过程中均有相的变化，所以钢和铸铁可以进行有相变的退火、正火、淬火和回火等热处理。此外，奥氏体有溶解碳和其它合金元素的能力，而且溶解度随温度的提高而增加，这就是钢可以进行渗碳和其它化学热处理的缘故。,
