任务三任务三 铁碳合金相图铁碳合金相图 1 1 教学目的与要求教学目的与要求 n n 掌握掌握Fe CFe C合金的基本相 组织以及它们的性能特点 合金的基本相 组织以及它们的性能特点 n n 掌握掌握Fe Fe3CFe Fe3C相图特征点 线的含义及区域组织分析 相图特征点 线的含义及区域组织分析 n n 熟悉典型铁碳合金结晶过程及熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe Fe3CFe Fe3C相图的应用相图的应用 n2 知识点一 铁碳合金的组元与基本相知识点一 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 n3 二 铁碳全合金的基本相及其性能二 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 n4 二 铁碳全合金的基本相及其性能二 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 n5 知识点二知识点二 Fe Fe3CFe Fe3C相图分析相图分析 图1 30 Fe Fe3C相图 n6 简化的Fe Fe3C相图 n7 1 1 主要特性点 主要特性点 表1 4简化Fe Fe3C相图中的特性点 特性点特性点 符号符号 温度温度 c c 含含义义 A A 15381538 0 0 熔点 熔点 纯铁纯铁 的熔点的熔点 C C 114811484 34 3共晶点 共晶点 发发生共晶生共晶转变转变 L L4 3 4 3 Ld A Ld A2 11 2 11 Fe Fe 3 3C C 共晶共晶 D D 122712276 696 69熔点 渗碳体的熔点熔点 渗碳体的熔点 E E 114811482 112 11碳在碳在 Fe Fe中的最大溶解度点中的最大溶解度点 G G 912912 0 0 同素异构同素异构转变转变 点点 S S 7277270 770 77共析点 共析点 发发生共析生共析转变转变 A A0 77 0 77 p F p F0 0218 0 0218 Fe Fe 3 3C C 共共 析析 P P 7277270 02180 0218碳在碳在 Fe Fe中的最大溶解度点中的最大溶解度点 Q Q 室温室温0 00080 0008室温下碳在室温下碳在 Fe Fe中的溶解度中的溶解度 n8 2 2 主要特性线 主要特性线 1 AC线 液体向奥氏体转变的开始线 即 L A 2 CD线 液体向渗碳体转变的开始线 即 L Fe3C 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 L Fe3C 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 n9 3 3 相区 相区 1 单相区 简化的Fe Fe3C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 n10 知识点三知识点三 典型合金的结晶过程及组织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 c 0 0218 2 钢 0 0218 c 2 11 又可分为 亚共析钢 0 0218 c 0 77 共析钢 c 0 77 过共析钢 0 77 c 2 11 3 白口铸铁 2 11 c 6 69 又可分为以下三种 亚共晶白口铸铁 2 11 c 4 3 共晶白口铸铁 c 4 3 过共晶白口铸铁 4 3 c 6 69 n11 一 共析钢的结晶过程分析一 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 n12 图1 33 共析钢结晶过程示意图 n13 二 亚共析钢的结晶过程分析二 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 n14 三 过共析钢的结晶过程分析三 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 n15 四 共晶白口铸铁的结晶过程分析四 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 n16 五 亚共晶白口铸铁的结晶过程分析五 亚共晶白口铸铁的结晶过程分析 图1 41亚共晶白口 铸铁的显微组织 图1 40 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图 n17 六 过共晶白口铸铁的结晶过程分析六 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 n18 知识点四知识点四 Fe Fe3CFe Fe3C相图的应用相图的应用 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 n19 图1 45含碳量对钢力学性能的影响 n20 二 二 Fe Fe3CFe Fe3C相图在工业中的应用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 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 n21 2 2 在铸造生产上的应用 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 n22 3 3 在锻压生产上的应用 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 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100 200 终锻轧温度为750 850 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 n23 4 4 在焊接生产上的应用 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 n24 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好