第三章 铁碳合金

第三章 铁碳合金,讨论：目前使用最广泛的金属材料是什么？为什么？,铁碳合金：良好的性能（使用性能、工艺性能），资源较丰富，冶炼较容易，成本较低。,第一节 铁碳合金的基本组织,一、纯铁的同素异晶转变,定义：,金属在固态下晶体结构随温度而发生的转变。,钢：Fe-C 黄铜：Cu-Zn,纯铁的同素异晶转变如下：,1394 ,912 ,1394 ,912 ,（纯铁的相图）纯铁的冷却曲线,一、铁碳合金的基本组织,1、铁素体（F）,定义：,碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体。,结构：,成分：,性能：,体心立方,wc 0.0218%,强度硬度低、塑性韧性好。,组织：,晶界平缓、均匀明亮的多边形晶粒。,2、奥氏体（A）：,定义：,碳溶于 -Fe中形成的间隙固溶体。,结构：,成分：,性能：,面心立方,wc 2.11%,强度硬度较高、塑性韧性很好。所以生产中多把钢加热到高温A进行压力加工。,组织：,晶界较平直的多边形晶粒,3、渗碳体（Fe3C）：,定义：,碳与铁相互化合形成的金属化合物。,结构：,成分：,性能：,复杂晶格,wc = 6.69%,硬度很高、塑性韧性很差。,组织：,以片、粒、网或带状等形态存在于铁碳合金中。,4、珠光体（P）：,定义：,由F和Fe3C组成的机械混合物。,结构：,成分：,性能：,机械混合物,wP = 0.77%,强度硬度较高、具有一定的塑性和韧性。,组织：,F与Fe3C层片状相间分布,5、莱氏体（Ld）：,定义：,由A（或P）和Fe3C 组成的机械混合物，分别称为高温莱氏体和低温莱氏体（ Ld ）。,结构：,成分：,性能：,机械混合物,wc = 4.30%,硬、脆。,组织：,以鱼骨状Fe3C为基体 。,第二节 Fe-Fe3C相图分析,补充：,1、什么叫合金相图？,合金相图就是表示合金结晶过程的简明图解。它表示了合金成分、温度与合金组织之间的关系。,2、合金相图是怎样建立的？,用热分析实验方法建立。,下面以Cu-Ni合金为例简单介绍合金相图的建立步骤。,1、配制Cu-Ni合金（ wNi =0、20、40、60、80、100%）。,2、用热分析法各合金的冷却曲线，得到各合金的结晶临界点（开始温度和结晶终了温度）。,3、将各合金的结晶临界点描绘在温度-成分坐标系中，并用光滑曲线将相同意义的临界点连接起来。,固相线,液相线,一、简化后的Fe-Fe3C相图,0,0.0218,0.77,2.11,4.30,WC，%,温度， ,727,912,1148,1538,1270,A,C,D,E,F,G,S,P,K,6.69,L,L+A,A,A+Fe3C,F,F+ Fe3C,A1,Acm,F+A,A3,L+Fe3CI,Fe,Fe3C,A+Fe3CII,A + Fe3CII +Ld,Ld +Fe3CI,Ld,P,F+Fe3CIII,P+F,P+ Fe3CII,L d,A + Fe3CII + L d,L d +Fe3CI,二、Fe-Fe3C相图分析,1、坐标：温度-成分,2、特性点：A、C、D,E、F,G、S、P、Q,3、特性线：,ACD：,液相线,AECF：,固相线,ECF：,共晶线,PSK：,A1线共析线,GS：,A3线,ES：,Acm线,PQ：,碳在F中的溶解度曲线,4、相区：,单相区：,L、A、F,两相区：,L+A、L+ Fe3C 、A+F、A+ Fe3C、F+ Fe3C,三、铁碳合金的分类,根据含碳量和室温组织的不同，分为三大类：,工业纯铁：,钢：,白口铁,Wc0.0218%：F,共析钢： wc=0.77%：P,亚共析钢：0.0218wc0.77%：P+F,过共析钢：0.77 wc 2.11%：P+Fe3C ,共晶白口铁： wc=4.30%： L d,亚共晶白口铁：2.11wc4.3%： L d+P,过共晶白口铁：4.3% wc 6.69%： L d + Fe3C I,P,P+F,P+ Fe3CII,L d,A + Fe3CII + L d,L d +Fe3CI,A+Fe3CII,A + Fe3CII +Ld,Ld,Ld +Fe3CI,第三节 典型铁碳合金的结晶过程,1.共析钢（T8）：,LL+AAP,2.亚共析钢（45）：,LL+AAA+FP+F,3.过共析钢（T12）：,LL+AAA+Fe3CII P+ Fe3CII,具有高的硬度强度，用于制造工具,具有好的塑性韧性，用于制造结构件,具有较高硬度,很高强度,用于制造工具,4.共晶白口铁：,LLd(A+Fe3C)L d (P+Fe3C),5.亚共晶白口铁：,LL+AA+Fe3CII + Ld P+ Fe3CII + L d,6.过共晶白口铁：,LL+ Fe3CILd + Fe3CI L d +Fe3CII,白口铁因Ld组织存在，性硬脆，工业上多用作炼钢原料。,第四节 Fe-Fe3C相图的应用,一、WC对铁碳合金组织和性能的影响,相组成：WC,F,Fe3C,组织组成：,FPLdFe3CI,力学性能变化趋势：,硬度：,WC,硬度,强度：,WC,强度,(