第四章第四章 铁碳相图铁碳相图纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变Fe C 相图的基础知识。相图的基础知识。形成形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能。相图组元和基本组织的结构与性能。Fe - Fe3C 相图的建立与分析。相图的建立与分析。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。Fe - Fe3C 相图的应用。相图的应用。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一、纯铁的同素异构转变一、纯铁的同素异构转变第一节第一节 铁碳合金的组元与基本相铁碳合金的组元与基本相 纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe二、铁碳合金的基本相及其性能二、铁碳合金的基本相及其性能铁素体（铁素体（F）：碳溶与碳溶与-Fe中形成中形成的间隙固溶体。的间隙固溶体。性能性能-强度和硬度强度和硬度低，塑性和韧性好低，塑性和韧性好奥氏体（奥氏体（A）：碳与碳与-Fe形成的间隙形成的间隙固溶体。高温组织，固溶体。高温组织，在大于在大于727时存在。时存在。性能性能-塑性好，强塑性好，强度和硬度高于度和硬度高于F。在。在锻造、扎制时常要锻造、扎制时常要加热到加热到A，可提高塑，可提高塑性，易于加工。性，易于加工。奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图渗碳体（渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成：铁与碳形成的金属化合物。的金属化合物。在在Fe - Fe3C相图相图中，既是组元又中，既是组元又是基本相。是基本相。性能性能-硬度高，硬度高，脆性大。脆性大。渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图珠光体（珠光体（ P ）：）： 铁素体（铁素体（F）和渗碳体（）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。）组成的机械混合物。性能性能-力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。莱氏体（莱氏体（ Ld ）： 奥氏体（奥氏体（A）和渗碳体（）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。）组成的机械混合物。性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。FeTFe3C第三节第三节 Fe - Fe3C 相图分析相图分析Fe - Fe3C 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 - Fe3C 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 ) Fe - Fe3C 相图相图两种反应：两种反应：1148 1、共晶反应、共晶反应 一定成分的一定成分的液相液相在一定的温度下同时在一定的温度下同时结晶结晶出两种成出两种成分和结构均分和结构均不相同不相同的固相的反应。的固相的反应。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c 共晶反应的产物即莱氏体共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2 、共析反应、共析反应 一定成分的一定成分的固相固相在一定的温度下同时在一定的温度下同时析出析出两种成分和两种成分和结构均结构均不相同不相同的的 新的新的固相固相的反应。的反应。A2.11%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体共析反应的产物即珠光体 PF0.02%c+Fe3C6.69%c 铁碳合金相图中主要特性点的含义铁碳合金相图中主要特性点的含义 特性点的特性点的符号符号温度温度t/ 含碳量含碳量wc%含义含义A AC CD DE EG GP PS SQ Q 15381538 1148 1148 1227 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 室温室温0 04.34.36.696.692.112.110 00.020.020.770.770.00080.0008纯铁的熔点纯铁的熔点共晶点共晶点 渗碳体的熔点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度-Te -Te -Te-Te同素异晶转变点同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度碳在铁素体中的最大溶解度共析点共析点碳在铁素体中的溶解度碳在铁素体中的溶解度 相图中主要线的含义相图中主要线的含义ACD线线液相线液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线线固相线固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。线。ECF水平线水平线共晶线共晶线 含碳量为含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在的液态合金冷却到此线时，在1148 由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。应称为共晶反应。PSK水平线水平线共析线共析线（A1线）线） 含碳量为含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此的奥氏体冷却到此线时，在线时，在727 同时同时析出析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。共析反应。GS线线（A3线）线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。ES线线称称Acm线线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。铁碳铁碳合金合金含碳量为含碳量为2.11%6.69%2.11%6.69%的铁碳合金。的铁碳合金。共晶白口铸铁：共晶白口铸铁： 含碳量为含碳量为4.3%;4.3%;亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：含碳量在含碳量在2.11%4.3%2.11%4.3%之间；之间；过共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁：含碳量在含碳量在4.3%6.69%4.3%6.69%之间；之间；含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的铁碳合金。的铁碳合金。工业纯铁工业纯铁钢钢白口白口铸铁铸铁 含碳量为含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据的铁碳合金。根据金相金相 组织的不同，可分为三种。组织的不同，可分为三种。共析钢：共析钢： 含碳量为含碳量为0.77%;亚共析钢：亚共析钢：含碳量在含碳量在0.02%0.77%之间；之间；过共析钢：过共析钢：含碳量在含碳量在0.77%2.11%之间；之间；第三节第三节 典型铁碳合金的结晶过程及组织典型铁碳合金的结晶过程及组织 Fe - Fe3C 相图相图 LL+AAA+Fe3CF+AA+Fe3C+LdP+Fe3C+LdP+Fe3CPP+FLdLdL+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3CL Ld dP+FeP+Fe3 3C C+ +Fe3C转变 AA奥氏体奥氏体PP珠光体珠光体共析钢的结晶过程分析共析钢的结晶过程分析 共析钢组织金相图共析钢组织金相图FF铁素体铁素体亚共析钢的结晶过程分析亚共析钢的结晶过程分析亚共析钢组织金相图亚共析钢组织金相图过共析钢结晶过程分析过共析钢结晶过程分析 过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图共晶生铁结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析 共晶白口铁组织金相图共晶白口铁组织金相图Ld变态莱氏体变态莱氏体亚共晶生铁结晶过程分析亚共晶生铁结晶过程分析 亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织金相图过共晶生铁结晶过程分析过共晶生铁结晶过程分析 过共晶白口铁组织金相图过共晶白口铁组织金相图 组织组成物组织组成物:F ; Fe3CF ; P 0.77-0.45F = 100%=43% 0.77-0.02 0.45-0.02P = 100% = 57% 0.77-0.02相组成物相组成物: 6.69-0.45F = 100% = 94% 6.69-0.02P = 1 WF = 57%Fe3C = 1 - WF = 6%0.020.450.776.69第四节第四节 含含碳量与铁碳合金组织及性能的关系碳量与铁碳合金组织及性能的关系 铁碳合金含碳量对铁碳合金含碳量对平衡组织平衡组织的影响。的影响。铁碳合金含碳量对铁碳合金含碳量对力学性能力学性能的影响。的影响。铁碳合金含碳量对铁碳合金含碳量对工艺性能工艺性能的影响。的影响。一、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响一、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响二、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响二、铁碳合金含碳量对平衡组织的影响三、铁碳合金含碳量对工艺性能的影响三、铁碳合金含碳量对工艺性能的影响对对铸造性能铸造性能的影响。的影响。对对锻造性能锻造性能的影响。的影响。对对焊接性能焊接性能的影响。的影响。对对切削加工性能切削加工性能的影响。的影响。第五节第五节 铁碳相图的应用铁碳相图的应用1、选用材料、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。2、叛断切削加性能、叛断切削加性能： 低碳钢低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中碳钢中铁素中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。3、制定热加工工艺：、制定热加工工艺： 在在铸造铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最好；在锻造锻造工艺方面，可以工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。4、应用于热处理生产：、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。铁碳相图与铸锻工艺的关系铁碳相图与铸锻工艺的关系