大一工程材料___第三章铁碳相图专题讲解.ppt

,讨论题1,画出铁碳相图，标明C、S、P、E、F点的碳的质量分数及ECF、PSK线的温度，标明各相区。 画出纯铁的冷却曲线，并说明它的同素异构转变。 说明铁碳合金中各相的本质，指出-Fe与相，-Fe与相的区别。 写出相图中C、S两点进行相变的反应式，指出各是什么反应，说明其相变特点；说明ECF、PSK、ES、GS各线的意义。 什么 是相？什么是组织？什么是组织组成物？相和组织有什么关系？下面所列哪些是相？哪些是组织？哪些是组织组成物： F、P、Ld、A、F+P、Fe3C、 Ld+ Fe3C、 Fe3C,(1) 奥氏体A() 碳溶于-Fe中形成的固溶体，面心 立方，强度低, 塑性好。 (2) 铁素体F( )碳溶于 Fe中形成的固溶体，体心 立方，强度、硬度低, 塑性、韧性好。 (3) 渗碳体Fe3C(Cm) 金属化合物。成分固定,为6.69%C。 性质硬而脆。是铁碳合金的强化相。,3.2 铁碳相图,3.2.1 铁碳合金的基本相,渗碳体Fe3C(Cm)是铁碳合金中最重要的强化相，它的数量、分布、形态等都对材料的机械性能有很大影响。根据生成条件不同可分为： Fe3C：直接从液体中结晶出来的，条、块状； Fe3C：从奥氏体中析出的，易聚集在晶界上； Fe3C：从铁素体中析出的，粒状，量少； 共晶Fe3C：共晶反应产物，作为基体； 共析Fe3C：共析反应产物，呈片状；,3.2.1 铁碳合金的基本组织 （基本的机械混合物、基本相组成方式）,莱氏体：共晶产物，1148进行， L ( + Cm )（Ld）,珠光体：共析产物， 727进行， ( +Cm ) （P）,3.2.2 Fe-Fe3C相图分析(点、线、区，组成相）,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,奥+铁,铁素体+渗碳体,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,d,液+d,奥+d,液体,液+奥,A,B,N,J,奥氏体,A3,A1,Acm,铁碳合金分类,3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（共晶部分）,共晶: L (A+Fe3C) Ld,3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（共析部分）,共析: A (F+Fe3C) P Ld Ld,3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（各组成相的组织形态）,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+ 渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,3.2.3 典型合金结晶过程 1. 共析钢的结晶过程(含碳0.77%珠光体) 珠光体：由铁素体和渗碳体组成的片层状共析体。其中铁素体约占80%，渗碳体约占12%。,3-7 Fe- Fe3C,P,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+ 渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,1,2,3,1,2,3,3,2.亚共析钢的结晶过程 含碳量为0.02%0.77%。铁素体+珠光体组织。,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+ 渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,1,2,3,4,1,2,3,4,3. 过共析钢的结晶过程 含碳在0.77%2.1%之间的铁碳合金。珠光体+渗碳体。,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+ 渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,Fe3C,Fe3C,1,2,3,4,1,2,3,4,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+ 渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,L,Ld,Ld,1,2,1,2,2,1,4.共晶白口铁的结晶过程,5. 亚共晶(白口)铸铁的结晶过程 含碳量为2.1%4.3%之间的铁碳合金。 室温组织为P+Fe3C+Ld 。,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,T,1227,0.77,2.11,4.3,珠光体,奥+铁,铁 + 珠,渗碳体II +珠光体,奥氏体+ 渗碳体II,液体+奥氏体,液体 +渗碳体,液体,奥氏体+渗碳体II +莱氏体,渗碳体+莱氏体,渗碳体 +低温莱氏体,珠光体+渗碳体II +低温莱氏体,莱氏体,低温 莱氏体,G(913 ),727,1148,铁素体,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,奥氏体,A3,A1,Acm,1,2,3,1,2,3,3.3.1 判断合金的组织 根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。,3.3 相图的应用,铁碳合金室温组织比例图,100%,F,Fe3C,Fe3C,P,Ld,0,0.77,2.11,4.3,6.69,C%,1. 单相固溶体 固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。,3.3.2 根据相图分析机械性能,溶剂晶格畸变亦使其电阻增大，所以，高电阻合金都是固溶体合金。单相固溶体在电解质中不会象多相固溶体那样构成微电池，故单相固溶体合金的耐蚀性较高。,B%,A,B,sb HB,B%,A,B,3必须指出，双相合金，特别是含共析体和共晶体的合金的机械性能，与其组织的细密程度有关。组织细密、强度、硬度升高。,2. 两相混合物 当合金为两相混合物时(如P、P+F等)。合金的性能大致为两相的体积加权平均值。 =1V1+2V2 HB=HB1V1+HB2V2,3. 碳钢的机械性能,铁素体 珠光体 渗碳体,1. 相图与材料工艺性的关系 (1) 铸造工艺性 有较好的流动性，产生分散缩孔(缩松)的倾向小。 共晶或近共晶合金,3-23 ,集中缩孔,分散缩孔,缩孔倾向,流动性,3.3.3 相图与加工工艺之间的关系,(2) 锻压工艺性 锻压要求材料有较好的塑性和较小的变形抗力(强度)。 奥氏体区好,2. 制定工艺参数 相图是制定热加工及热处理工艺参数的重要依据。,补充题（是非题）,过冷是结晶的必要条件，它能保证结晶过程自发进行。 金属结晶时，增大过冷度可以细化晶粒。 金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。 金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。 材料的E值越大，其塑性越差。,材料硬度越低，其切削加工性能就越好 测量淬火钢及某些表面硬化件的硬度时，一般应用HRC。 铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金。 过共晶合金发生共晶反应的液相成分与共晶合金成分是一致的。 珠光体是单相组织。,思考题,从原子结合的观点来看，金属、陶瓷、高分子材料有何主要区别？在性能上有何表现？ 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高