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1、3.5 铁碳合金相图,需要掌握的知识点Fe-Fe3C相图中重要的点、线和相区。Fe-Fe3C相图中的重要转变及产物。应用Fe-Fe3C相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。分析室温下得到的相和组织组成物。碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。,一、铁碳合金组织,（一）、Fe-Fe3C相图的组元,1Fe组元,性能特点强度低、硬度低、韧性、塑性好,2Fe3C,性能特点熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。,抗拉强度b=180230MPa,延伸率=30 50,断面收缩率=70 80,ak=1.6 102 10 J/,6,6,硬度 50HB80HB,抗拉强度b=30MPa,硬度 800HB,=0,=0,ak=
2、0,(二)、纯铁的的同素异构转变,固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象 同素异构转变,纯铁的冷却曲线,1394,1538,912,-Fe,-Fe,-Fe,（三）、Fe-Fe3C相图中的相和组织,1液相L,2相 铁素体F（C固溶到-Fe中的间隙式固溶体）,强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）,铁素体显微组织,3相、A奥氏体（C固溶到-Fe中的间隙式固溶体）强度低，易塑性变形,4Fe3C金属化合物,性能特点熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。,5珠光体 P（铁素体和渗碳体的共析混合物）,抗拉强度b=770MPa,延伸率=20 35,断面收缩率
3、=40 60,ak=3 104 10 J/,5,5,A0.77 F0.0218+Fe3C 或A0.77 P0.77,727,727,硬度 180HB,6莱氏体,高温莱氏体 Le（奥氏体和渗碳体的共晶混合物）,L4.3,1148,Le4.3,低温莱氏体 Le,硬而脆，塑性、韧性几乎为零。,二、铁碳相图分析,相图：表示在平衡状态下，合金系的相与温度、成分之间关系的图形。（又称状态图，平衡图）,相图的建立,Fe-Fe3C 相图,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+Fe
4、3C,F,A+F,A+Fe3C,(F+Fe3C),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,共晶相图,共析相图,匀晶相图,(P+Fe3C),Fe-Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,6.69%C,Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,P,Ld,K,(P+Fe3C),P+Ld+Fe3C,Ld+Fe3C,P+F,P+Fe3C,(F+Fe3C),A+Fe3C,L+Fe3C,(A+Fe3C),相图中的主要点（14个）（1）组元的熔点：A(0,1538)铁的熔点D(6.69,1227)Fe3C的熔点（2）同素
5、异构转变点G（0，912）gFe a-Fe,（3）碳在铁中最大溶解度点 P（0.0218，727）碳在a-Fe 中的最大溶解度 E（2.11，1148）碳在 g-Fe 中的最大溶解度 Q（0.0008，RT）室温下碳在a-Fe 中的溶解度,三相共存点S（共析点）（gs aP Fe3C）C（共晶点）（gELC Fe3C）,表示恒温转变的线：ECF线(共晶转变)，PSK线(共析转变),相图中的相区单相区（4个）L、F、A、（Fe3C）两相区（5个）L+Fe3C，L+A,A+F A+Fe3C,F+Fe3 C,固溶度线：ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线（温度，溶解度）；（0.77%-2.11%
6、）PQ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线（温度，溶解度）(0.0008%0.0218%),同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP,4 Fe-Fe3C相图中的转变,强调！根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。,LC,AE+Fe3C,1148,莱氏体Ld,莱氏体 Ld：A与 Fe3C 的机械混合物成分：4.3%C性能：硬而脆形态：点状、短条状A 分布于Fe3C基体上,1 共晶转变,2 共析转变,AS,FP+Fe3C,727,珠光体 P,珠光体 P：F与 Fe3C 的机械混合物成分：0.77%C性能：适中，介于 F 和 Fe3C 之间形态：层
7、片状，粒状,Ld 降温到 727时，A P，因此：Ld(A+Fe3C)Ld(P+Fe3C)低温莱氏体 Ld：P 和 Fe3C 的机械混合物（变态莱氏体）,三铁碳合金的平衡结晶过程,Fe-C 合金分类,工业纯铁 C%0.0218%,钢 0.0218%C%2.11%,亚共析钢 0.77%共析钢 0.77%过共析钢 0.77%,白口铸铁 2.11%C%6.69%,亚共晶白口铁 4.3%共晶白口铁 4.3%过共晶白口铁 4.3%,几种常见碳钢,(1)工业纯铁(C%0.0218%)结晶过程,室温组织F+Fe3C(微量)500,(2)共析钢(C%=0.77%)结晶过程,室温组织:层片状 P(F+共析 Fe
8、3C)500,珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C 和 F 之间。,(3)亚共析钢(C%=0.4%)结晶过程,室温组织:F+P，500,(4)过共析钢(C%=1.2%)结晶过程,室温组织:P+Fe3CII 400,(5)共晶白口铁(C%=4.3%)结晶过程,室温组织:（低温）莱氏体 Le（P+Fe3CII+共晶 Fe3C）,500,莱氏体 Le的性能：硬而脆,()亚共晶白口铁(C%=3%)结晶过程,室温组织:Le+P+Fe3CII 200,()过共晶白口铁(C%=3%)结晶过程,室温组织:Le+Fe3CI 500,标注了组织组成物的相图,四 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响,碳的
9、质量分数对平衡组织的影响。碳的质量分数对力学性能的影响。碳的质量分数对工艺性能的影响。,（一）.碳的质量分数对平衡组织的影响,F F+P P P+Fe3CII P+Fe3CII+LeLe Le+Fe3CII Fe3C,含碳量相对量 C%F%，Fe3C%,（二）.碳的质量分数对 力学性能的影响,HB：取决于相及相对量,C%HB,强度：C%,0.9%,塑性、韧性：C%塑性、韧性,五 Fe-Fe3C 相图的应用,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。,一.选择材料方面的应用,1、在铸造工艺方面的应用,2、在热锻、热轧工艺方面的应用,3、在热处理工艺方面的应用,二.制定热加工工艺方面的应用,铁碳合金相图练习题,一、名词解释,相图 铁素体 奥氏体 珠光体 渗碳体,二、间答题,1、合金结晶有哪些类型？各自的结晶特征？,2、按铁碳相图，铁碳合金如何分类？其中三种钢室温组织 是什么？,3、含碳量为0.4、0.77、1.2、三种钢在700 770、900时分别各为何组织？,4、随着钢中含碳量增加，其机械性能如何变化？其原因？,钢铁的冶炼,高炉炼铁,铸铁锭,生产铸铁件,炼钢生铁,转炉平炉电炉,生产钢件,转炉炼钢,平炉炼钢,电弧炉炼钢,作业：3.93.10,
