3.5 铁碳合金相图需要需要掌握掌握的知识点的知识点Fe-Fe3C相图中重要的点、线和相区。相图中重要的点、线和相区。Fe-Fe3C相图中的重要转变及产物。相图中的重要转变及产物。应用应用Fe-Fe3C相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。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。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碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。一、 铁碳合金组织（一）、（一）、Fe-Fe3C相图的组元相图的组元1Fe组元组元性能特点性能特点强度低、硬度低、韧性、塑性好强度低、硬度低、韧性、塑性好2Fe3C性能特点性能特点熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。抗拉强度抗拉强度b=180230MPa延伸率延伸率=30=3050断面收缩率断面收缩率=7080ak=1.610210J/66硬度硬度50HB80HB抗拉强度抗拉强度b=30MPa硬度硬度800HB=0=0ak=0( (二二二二)、纯铁的的同素异构转变纯铁的的同素异构转变纯铁的的同素异构转变纯铁的的同素异构转变1394 C912 C体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方 - Fe - Fe - Fe固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象 同素异构转变同素异构转变 纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线1394153810006008001200温度时间16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe（三）、（三）、Fe-Fe3C相图中的相和组织相图中的相和组织1液相液相L2相相铁素体铁素体F（C固溶到固溶到-Fe中的间隙式固溶体）中的间隙式固溶体）强度、硬度低、塑性好强度、硬度低、塑性好（室温：（室温：C%=0.0008%,727度：度：C%=0.0218%）铁素体显微组织3相、相、A奥氏体奥氏体（C固溶到固溶到-Fe中的间隙式固溶体）中的间隙式固溶体）强度低，易塑性变形强度低，易塑性变形4Fe3C金属化合物金属化合物性能特点性能特点熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。5珠光体珠光体P（铁素体和渗碳体的共析混合物）（铁素体和渗碳体的共析混合物）抗拉强度抗拉强度b=770MPa延伸率延伸率= 20= 2035断面收缩率断面收缩率=4060ak=310410J/55AF+Fe3C或或AP727727硬度硬度180HB6莱氏体莱氏体高温莱氏体高温莱氏体Le（奥氏体和渗碳体的共晶混合物）（奥氏体和渗碳体的共晶混合物）L1148Le低温莱氏体低温莱氏体Le硬而脆，塑性、韧性几乎为零。硬而脆，塑性、韧性几乎为零。二、铁碳相图分析相图：相图：表示在平衡状态下，合金系的相与温度、成分之间关表示在平衡状态下，合金系的相与温度、成分之间关系的图形。系的图形。 （又称状态图，平衡图）（又称状态图，平衡图）相相图图的的建建立立 Fe - Fe3 3C 相图相图FeTFe3C Fe - Fe3 3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相图共晶相图共析相图共析相图匀晶相图匀晶相图( P+Fe3C ) Fe - Fe3 3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C )1相图中的主要点相图中的主要点（14个）个）2（1）组元的熔点组元的熔点： 3A (0, 1538) 铁的熔点4D (6.69, 1227) Fe3C的熔点5（2）同素异构转变点同素异构转变点6G（0，912） gFe a -Fe （3）碳在铁中最大溶解度点碳在铁中最大溶解度点 P（，（，727）碳在）碳在a -a -Fe 中的最大溶解度中的最大溶解度 E（，（，1148）碳在）碳在 g - g -Fe 中的最大溶解度中的最大溶解度 Q（，（，RT）室温下碳在）室温下碳在a -a -Fe 中的溶解度中的溶解度(4)三相共存点三相共存点(5)S（共析点）（共析点）（g gs a aP Fe3C）(6)C（共晶点）（共晶点）（ g gE ELC Fe3C）2相图中的线相图中的线3液相线液相线():其上体系为液相，其上体系为液相，(结晶时液相的成分变化线结晶时液相的成分变化线)4固相线固相线（）：其下为固相，（）：其下为固相，(结晶时固相的成分变化结晶时固相的成分变化线线)表示恒温转变的线表示恒温转变的线：ECF线线(共晶转变共晶转变)， PSK线线(共析转变共析转变)3相图中的相区相图中的相区4单相区（单相区（4个）个） L、F、A A、（、（Fe3C）5 两相区（两相区（5个）个） L + FeL + Fe3 3C C，L + L + A, A+A, A+F 6 6 A + A + FeFe3 3C , C , F+ + FeFe3 3 C固溶度线固溶度线： ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线 （温度（温度 ，溶解度，溶解度 ）；（）；（0.77%-2.11%0.77%-2.11%） PQ ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线 （温度（温度 ，溶解度，溶解度 ） (0.0008%0.0218%) (0.0008%0.0218%) 同素异构转变线同素异构转变线：NH 和和 NJ，GS 和和 GP4 Fe-Fe3C相图中的转变相图中的转变强调！强调！ 根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区两相区，两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。LCAE + Fe3C1148莱氏体莱氏体Ld莱氏体莱氏体 Ld：A与与 Fe3C 的机械混合物的机械混合物成分：成分：4.3%C性能：硬而脆性能：硬而脆形态：点状、短条状形态：点状、短条状A 分布于分布于Fe3C基体上基体上1 共晶转变共晶转变2 共析转变共析转变ASFP + Fe3C727珠光体珠光体 P珠光体珠光体 P：F与与 Fe3C 的机械混合物的机械混合物成分：成分：0.77%C性能：适中，介于性能：适中，介于 F 和和 Fe3C 之间之间形态：层片状，粒状形态：层片状，粒状Ld 降温到降温到 727时，时，A P，因此：因此：Ld (A+Fe3C) Ld (P+Fe3C)低温莱氏体低温莱氏体 Ld ：P 和和 Fe3C 的机械混合物的机械混合物 （变态莱氏体）（变态莱氏体）三铁碳合金的平衡结晶过程三铁碳合金的平衡结晶过程三铁碳合金的平衡结晶过程三铁碳合金的平衡结晶过程Fe-C 合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C % 0.0218 % C % 0.0218 %钢钢 0.0218 % 0.0218 % C % 2.11 % C % 2.11 %亚共析钢亚共析钢 0.77 % 0.77 %共析钢共析钢 0.77 % 0.77 % 过共析钢过共析钢 0.77 % 0.77 %白口铸铁白口铸铁 2.11 % 2.11 % C % C % 6.69 % 6.69 %亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3 % 4.3 % 共晶白口铁共晶白口铁 4.3 % 4.3 % 过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3 % 4.3 %类类型型型型亚亚共析共析共析共析钢钢共析共析共析共析钢钢过过共析共析共析共析钢钢钢钢号号号号202045456060T8T8T10T10T12T12碳碳碳碳质质量分数量分数量分数量分数0.200.200.450.450.600.600.800.801.001.001.201.20几种几种常见常见碳钢碳钢(1)(1)(1)(1)工业纯铁工业纯铁工业纯铁工业纯铁 ( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织F F + + FeFe3 3C C (微量)500500(2)(2)(2)(2)共析钢共析钢共析钢共析钢 ( C % = 0.77 % ) ( C % = 0.77 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: : 层片状层片状 P P ( ( F F + + 共析共析 FeFe3 3C C ) )500500珠光体珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C 和 F 之间。(3)(3)(3)(3)亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 ( C % = 0.4 % ) ( C % = 0.4 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: : F F + + P P，500500(4)(4)(4)(4)过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 ( C % = 1.2 % ) ( C % = 1.2 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: :P P + + FeFe3C CII 400400(5)(5)(5)(5)共晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁 ( C % = 4.3 % ) ( C % = 4.3 % ) ( C % = 4.3 % ) ( C % = 4.3 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: : （低温）（低温）莱氏体莱氏体 Le Le （P P + + FeFe3C CII + + 共晶共晶 FeFe3C C ）, , 500500莱氏体莱氏体 Le Le的性能：的性能：硬而脆硬而脆( ( ( () ) ) )亚共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁亚共晶白口铁 ( C % = 3 % ) ( C % = 3 % ) ( C % = 3 % ) ( C % = 3 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: :LeLe+ + P P + + FeFe3C CII 200200( ( ( () ) ) )过共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁 ( C % = 3 % )( C % = 3 % )( C % = 3 % )( C % = 3 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: :LeLe+ + FeFe3C CI 500500标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图四四四四 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对平衡组织平衡组织平衡组织平衡组织的影响。的影响。的影响。的影响。碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对力学性能力学性能力学性能力学性能的影响。的影响。的影响。的影响。碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能的影响。的影响。的影响。的影响。（一）（一）（一）（一）. . . .碳的质量分数对平衡组织的影响碳的质量分数对平衡组织的影响碳的质量分数对平衡组织的影响碳的质量分数对平衡组织的影响FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LeLeLe+Fe3CIIFe3C含碳量含碳量相对量相对量C%F%，Fe3C%（二）（二）（二）（二）. . . .碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对碳的质量分数对 力学性能的影响力学性能的影响力学性能的影响力学性能的影响HB：取决于相及相对量：取决于相及相对量C%HB强度强度：C%0.9%塑性、韧性塑性、韧性：C%塑性塑性、韧性、韧性 五五五五 Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相图的应用相图的应用相图的应用相图的应用选择材料方面的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用1. 分析零件的工作条件分析零件的工作条件, , 根据铁碳合金成分、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。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、性能之间根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化的变化规律规律 , 确定选定材料的工作范围。确定选定材料的工作范围。一一一一. . . .选择材料方面的应用选择材料方面的应用选择材料方面的应用选择材料方面的应用1、在铸造工艺方面的应用、在铸造工艺方面的应用2、在热锻、在热锻、热轧工艺方面的应用热轧工艺方面的应用3、在热处理工艺方面的应用、在热处理工艺方面的应用二二二二. . . .制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用铁碳合金相图练习题铁碳合金相图练习题一、一、 名词解释名词解释 相图相图 铁素体铁素体 奥氏体奥氏体 珠光体珠光体 渗碳体渗碳体 二、间答题二、间答题1 1、合金结晶有哪些类型？各自的结晶特征？、合金结晶有哪些类型？各自的结晶特征？2 2、按、按铁碳相图，铁碳合金如何分类铁碳相图，铁碳合金如何分类？其中三种钢室温组织？其中三种钢室温组织 是什么？是什么？3、含碳量为、三种钢在、含碳量为、三种钢在700770、900时分别各为何组织？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、随着钢中含碳量增加，其机械性能如何变化？其原因？钢铁的冶炼钢铁的冶炼高炉高炉炼铁炼铁铸铁锭铸铁锭生产铸铁件生产铸铁件炼钢生铁炼钢生铁转炉转炉平炉平炉电炉电炉生产钢件生产钢件转炉炼钢转炉炼钢平炉炼钢平炉炼钢电弧炉炼钢电弧炉炼钢作业：