金属学与热处理 第4章 铁碳合金

1 上节要点回顾 概念 包晶转变 共析转变 偏晶转变 熔晶转变 合晶转变 包析转变包晶合晶的凝固过程复杂二元相图的分析 2 Pt Ag相图 包晶相图 3 Pt Ag合金的平衡凝固 含42 4 Ag的Pt Ag合金 42 4 Ag 66 8 的Pt Ag合金 10 5 Ag 42 4 的Pt Ag合金 4 Fe B相图 熔晶转变相图熔晶转变是一个固相转变为另一个固相和一个液相的恒温转变 5 偏晶转变的相图由一定成分的液相在恒温下 同时转变为另一个一定成分的液相和一定成分的固相的过程 称为偏晶转变 Cu Pb相图 6 合晶转变的相图由两个一定成分的液相L1和L2 在恒温下转变为一个一定成分的固相的过程 称为合晶转变 7 共析转变的相图由一个一定成分的固相 在恒温下同时转变成另外两个一定成分的固相的过程 称为共析转变 Fe Ti相图 8 包析转变的相图由两个一定成分的固相 在恒温下转变成另一个一定成分的固相的过程 称为包析转变 Fe B相图 9 对于一个复杂的二元相图 首先看是否有稳定的化合物 如果有则以稳定化合物为界把相图划分成几个简单相图再进行下一步分析 根据相区接触法则 区别各相区 找出恒温转变的水平线 根据水平线周围相邻的相区情况确定恒温转变的类型 这是分析相图的关键 利用相图分析典型合金结晶过程及组织 复杂二元相图的分析步骤 10 第4章铁碳合金 11 本章知识结构 Fe Fe3C相图分析 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 铁碳合金的组元及基本相 钢中的杂质元素及钢锭组织 12 钢铁材料 由Fe C组元构成 C钢与铸铁 合金钢与合金铸铁 纯Fe C合金 Fe C中加入合金元素 因此 要研究钢铁材料 首先要熟悉Fe C合金这一基础合金 而研究Fe C合金离不开Fe C相图 T Fe C C Fe3C Fe2C FeC 当 5 性能很脆 无实用价值 只研究Fe Fe3C相图 13 铁碳相图 14 4 1铁碳合金的组元及基本相 1 纯铁 15 M 55 851大气压下 T熔点 1538 20 时 7 87 103g cm3 纯铁的同素异构转变 组成元素相同的金属在固态下由一种晶格向另一种晶格的转变 纯铁具有两个同素异构转变 16 纯铁的同素异构转变 Fe 1394 Fe 912 Fe f c c b c c Fe f c c 17 也是重结晶过程 遵循结晶的一般规律 有一定的转变温度 形核 长大 需要 T 有结晶潜热 纯铁的性能 b 180 280Mpa 0 2 100 170Mpa HBS 50 80 40 50 70 80 软 强度低 塑性好 很少作结构材料 18 2 渗碳体 复杂晶格的间隙化合物 分子式为Fe3C C 6 69 硬 脆 800HBW k 0 0 熔点高 1227 属于亚稳相 Fe3C 3Fe G 石墨 高温 形状 片 网 条状 不易受硝酸酒精腐蚀 在显微镜下呈白亮色 19 3 铁的固溶体 20 铁素体 或F C溶于 Fe中的间隙固溶体 Fe的晶格间隙很小 约0 364 比C原子半径 0 77 小很多 故溶C量很小 在727 最大溶C量为0 0218 室温下几乎为0 因而性能与纯铁相近 属于铁磁相 21 奥氏体 或A C在 Fe中的的间隙固溶体 Fe的晶格间隙半径为0 535 故溶C量比 Fe大 在1148 为2 11 在727 为0 77 其力学性能特点是强度低 塑性好 易于锻压成型 b 400 800Mpa 40 50 22 4 2铁碳相图分析 1 特性点 23 铁碳相图中的特征点 14个点 24 25 2 特性线 26 27 ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线 含碳量大于0 77 的合金 从1148 冷到727 的过程中 将自奥氏体中析出渗碳体 这种渗碳体称为二次渗碳体 Fe3CII PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线 铁碳合金由727 冷却到室温的过程中 铁素体中会有渗碳体析出 这种渗碳体称为三次渗碳体 Fe3CIII GS线是冷却过程中 奥氏体向铁素体转变的开始线 或者说是加热过程中 铁素体向奥氏体转变的终了线 具有同素异晶转变的纯金属 其固溶体也具有同素异晶转变 但其转变温度有变化 28 3 相区 29 恒温转变线HJB 3 三相平衡水平线 30 含碳量在0 09 0 53 之间的合金冷却到1495 时 均要发生包晶反应 形成奥氏体 含碳量为0 17 的铁碳合金 在包晶反应终了时 相与液相同时耗尽 变为单相奥氏体 含碳量为0 09 0 17 的铁碳合金 在包晶反应终了时 有多余的 随后通过同素异构转变变为奥氏体 含碳量为0 17 0 53 的铁碳合金 在包晶反应终了时 有多余的液相 随后冷却过程中结晶成为奥氏体 31 恒温转变线ECF 32 莱氏体 又称高温莱氏体 共晶反应的产物 用符号 Ld 表示 变态莱氏体 又称低温莱氏体 是由珠光体 二次渗碳体和共晶渗碳体组成 用符号 Ld 表示 共晶白口铸铁平衡组织 33 恒温转变线PSK 34 珠光体是铁素体和渗碳体两相的混合物 是共析反应的产物 用符号 P 表示 珠光体是一种双相组织 一般情况下 两相呈层片状分布 强度较高 硬度适中 有一定塑性 共析钢的室温组织 35 简化后的Fe Fe3C相图 36 本节要点 概念 铁素体 奥氏体 渗碳体 莱氏体 珠光体Fe Fe3C相图分析 下节内容 铁碳合金的平衡结晶过程及组织 37 1 匀晶 共晶和包晶转变有何共同特点 A这三个转变都是在恒温下进行的 B这三个转变的反应相中都有液相 而生成相都是固相 C这三个转变都不是恒温转变 思考题 答案 B这三个转变的反应相中都有液相 而生成相都是固相 这也是它们的名称中都含有一个 晶 字的原因 表示转变为从液态到固态的结晶过程 38 2 共晶和共析转变有何共同特点 A都是由一个相同时转变成二个相 B都是恒温转变 C生成相都是固相 思考题 答案 ABC这三条都是它们的共同特点 共晶和共析的区别仅在于共晶的反应相是液相 而共析的反应相是固相 39 3 共晶和共析转变有何共同特点 A都是由一个相同时转变成二个相 B都是恒温转变 C生成相都是固相 思考题 答案 ABC这三条都是它们的共同特点 共晶和共析的区别仅在于共晶的反应相是液相 而共析的反应相是固相 40 4 共析与包析转变有何不同 A都是固态转变 B都是恒温转变 C共析转变是由一个固相转变成二个固相 包析转变则相反 思考题 答案 C共析与包析转变都是固态相变 他们的区别就在于 共析转变是由一个固相转变成二个固相 包析转变则是两个固相转变成一个固相 41 5 下列说法正确的是 A铁素体是碳溶解于 Fe中形成的固溶体 具有体心立方晶体结构 B渗碳体是碳溶解于 Fe中形成的固溶体 具有体心立方晶体结构 C奥氏体是碳溶解于 Fe中形成的固溶体 具有面心立方晶体结构 思考题 答案 AC渗碳体是化合物 不是固溶体 所以B是错的 42 6 下列共析钢的室温组织是 A珠光体P 二次渗碳体Fe3CII B珠光体P 100 C莱氏