金属材料及热处理：第9章铁碳相图及其应用

1、材料与材料分类材料科学与工程,钢铁材料,金属材料及热处理铁碳相图第九章 Page 247263,第9章 铁碳相图及其应用,第一节 纯铁 p.247 第二节 铁的碳化物 p.249 第三节 铁碳相图 p.250 第四节 铁碳合金的凝固 p.253 第五节 缓冷过程中的固态转变与组织 p.255,第一节 纯铁、碳与纯铁形成的固溶体相 一、纯铁 p.247-248 铁的冷却曲线 p.248 图9-1 具有同素异构转变: -Fe -Fe -Fe L A3 A4 Tm 具有A2磁性转变：770C 纯铁结晶组织及其在降温过程中的演变 p.248 图9-2,铁碳相图与铁碳合金缓冷后的组织 第一节 纯铁及碳与

2、其形成的固溶体相,二、碳在铁中的固溶体 碳在-Fe中形成的固溶体称为铁素体，以或F表示，晶格为b.c.c. 碳在-Fe 中形成的固溶体称为奥氏体，以 或A表示，晶格为f.c.c. 碳在-Fe中形成的固溶体也称为铁素体（铁素体或高温铁素体），以表示，晶格为b.c.c. 共同性能特点：硬度低、塑性高,铁碳相图与铁碳合金缓冷后的组织 第一节 纯铁及碳与其形成的固溶体相,铁的碳化物的化学式及晶体点阵 p.249表9-1 其详细说明见 p.250 渗碳体: 渗碳体晶胞： p.250图9-3 是铁和碳形成的间隙化合物，分子式Fe3C，常以Cm表示。 性能：熔点高，硬度HB800，塑韧性差，为硬脆相。 是亚

3、稳相，条件适合时向稳定相石墨转变： Fe3C 3Fe + C (石墨,第二节 铁碳合金中的铁的碳化物,铁碳相图与铁碳合金缓冷后的组织 第一节 纯铁及碳与其形成的固溶体相,二元三相共晶反应,二元三相共析反应,二元三相包晶反应,第九章 第三节 铁碳相图 p.251 图9-4 表9-2,1.液相线 ABCD, 固相线AHJECFD 2.单相区五个: 液相区L, 固溶体区,奥氏体区( 或A), 铁素体区(或F)，渗碳体区(Fe3C或Cm) 3.双相区七个 4.等温转变水平线三条,第三节 铁碳相图 p.251 图94,铁碳相图与铁碳合金缓冷后的组织 第一节 纯铁及碳与其形成的固溶体相,包晶转变HJB水平

4、线: LB+ H J, 自由度 f=0, 含碳量在0.09-0.53%均发生包晶转变 共晶转变ECF水平线 Lc E+ Fe3C, 自由度 f=0, 莱氏体Ld 含碳量在2.11-6.69%均发生共晶转变 共析转变PSK水平线 S P+ Fe3C, 自由度 f=0, 珠光体P 含碳量0.0218%均发生共析转变,第九章 第三节 铁碳相图 p.251 图9-4 表9-2,5. 固态转变线 3条: ES线: 碳在奥氏体中的饱和溶解度曲线, 随温度降低, 析出二次渗碳体Fe3CII GS线 (A3线): PQ线: 碳在铁素体中的饱和溶解度曲线, 随温度降低, 析出三次渗碳体Fe3CIII 6. 相图

5、中的特性点,第九章 第三节 铁碳相图 p.251 图9-4 表9-2,根据合金成分和组织的不同, 可分为三类: 工业纯铁: 含碳0.0218% 碳钢: 含碳0.0218 -2.11%, 可分为三种: 亚共析钢: 含碳0.0218 -0.77% 共析钢: 含碳0.77% 过共析钢: 0.77- 2.11% 白口铸铁:含碳2.11-6.69%, 可分为三种: 亚共晶白口铁:含碳2.11-4.3% 共晶白口铁:含碳4.3% 过共晶白口铁:含碳4.3-6.69,第九章 第三节 铁碳相图 p.251 图9-4 表9-2,典型铁碳合金的平衡结晶过程 (注意液相线、固相线,第四节 铁碳合金的凝固,第四节 铁

6、碳合金的凝固,典型铁碳合金的平衡结晶过程 (注意液相线、固相线): 工业纯铁(含碳小于0.0218%) 共析钢(含碳0.77%) 亚共析钢(例如含碳0.45%) 过共析钢(例如含碳1.2%) 共晶白口铸铁(含碳4.3%) 亚共晶白口铸铁(例如含碳3.0%) 过共晶白口铸铁(例如含碳5.0,第四节 铁碳合金的凝固 p.253,一、含碳小于0.09的铁碳合金（纯铁或钢）的凝固 p.253 图9-6 二、含碳0.09-0.53%的铁碳合金（钢）的凝固 发生包晶反应 p.253 图9-6; p.254 图9-7 三、含碳0.53%-2.11的铁碳合金（钢）的凝固 四、含碳2.11-6.69%的铁碳合金

7、（铸铁）的凝固 发生共晶反应 p.255 图9-8,钢,第五节 铁碳合金在缓冷过程中的 固态转变和室温组织 p.255,典型铁碳合金的固态缓冷过程: 工业纯铁(含碳小于0.0218%) 共析钢(含碳0.77%) 亚共析钢(例如含碳0.45%) 过共析钢(例如含碳1.2%) 共晶白口铸铁(含碳4.3%) 亚共晶白口铸铁(例如含碳3.0%) 过共晶白口铸铁(例如含碳5.0,第五节 铁碳合金在缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,室温下，铁碳合金均由+ Fe3C两相组成。 随含碳量不同可分为多个典型组织区,珠光体P：为F+Fe3C的混合物，呈层片状，基体为铁素体。相比例约为8:1,室温下，铁碳

8、合金均由+ Fe3C两相组成。 随含碳量不同可分为多个典型组织区,莱氏体：为A+Fe3C的混合物，基体为Fe3C ，硬而脆。室温时A已转化为P,共析体与共晶体的形态：其基体完全不同,室温下，铁碳合金均由+ Fe3C两相组成，但组织多变。 数一数随含碳量不同室温下可分为多少个典型组织区,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,典型铁碳合金的缓冷固态相变过程: 一、工业纯铁 p.256 图9-9、图9-10 二、钢 共析钢: p.257 图9-11、9-12; p.258 图9-13、9-14 亚共析钢: p.257 图9-11 p.259 图9-15、-16; p.260 图9-17

9、 过共析钢: p.257 图9-11、p.262 图9-22、9-23 三、铸铁 p.261-263 图9-24、图9-25、图9-26、图9-27,网状铁素体与网状渗碳体的形态,练习：在相图中画出如下室温组织所在区域： 铁素体 三次渗碳体； 珠光体 先共析铁素体； 珠光体 先共析渗碳体,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,注意区分： 相组成物 组织组成物 例如共析钢： 珠光体（组织组成物） 铁素体渗碳体 （相组成物,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,练习：

10、在相图中画出如下室温组织所在区域： 变态莱氏体 一次渗碳体； 变态莱氏体 先共晶奥氏体转变成的珠光体 二次渗碳体,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,注意区分： 相组成物 组织组成物 例如共析钢： 莱氏体（组织组成物） 铁素体渗碳体 （相组成物,课堂练习： 亚共晶（白口）铸铁由液态单相区缓冷至室温的相变过程分析 与相变产物预报,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,亚共晶铸铁,凝固第一阶段：L L + A 生成先共晶奥氏体,亚共晶铸铁,凝固第二阶段：L A Fe3C 共晶反应，生成莱氏体,亚共晶铸铁,固态相变第一阶段： A过饱和 A饱和 + Fe3C 脱溶反应，生

11、成二次渗碳体,亚共晶铸铁,固态相变第二阶段： A F + Fe3C 共析反应，生成珠光体,亚共晶铸铁,固态相变第三阶段： F过饱和 F饱和 + Fe3C 脱溶反应，生成三次渗碳体,亚共晶铸铁,亚共晶铸铁缓冷室温组织： 变态莱氏体（包括原共晶反应产物中的共晶 Fe3C，以及共晶奥氏体转变而成的珠光体）； 和先共晶奥氏体转变而成的珠光体。 变态莱氏体和珠光体中均有可能存在二次和三次渗碳体,室温下铁碳合金的相组成： + Fe3C 两相,课堂练习： 过共析钢由奥氏体单相区缓冷至室温的相变过程分析与相变产物预报,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,过共析钢,在奥氏体单相区单纯缓慢冷却：

12、无相变，但可能发生晶粒长大,过共析钢,由奥氏体单相区缓慢冷却进入两相区： 二次渗碳体由过饱和奥氏体中析出,课堂练习,随着二次渗碳体的不断析出，奥氏体成分逐渐变成共析成分，发生共析反应，生成珠光体： A P（ F + Fe3C,过共析钢,过共析钢,随温度降低，珠光体中的铁素体出现碳的过饱和，发生脱溶反应，生成三次渗碳体： F过饱和 F饱和 + Fe3C,过共析钢缓冷室温组织： 珠光体（其中含有三次渗碳体） 二次渗碳体,过共析钢,室温下铁碳合金的相组成： + Fe3C 两相,问：过共析钢缓冷室温组织中 （1）珠光体（包括其中的三次渗碳体）和 先共析渗碳体各有多少？ （2）渗碳体相（包括其中的二次渗

13、碳体、共析渗碳体和三次渗碳体）和铁素体相各占多大比例,室温下铁碳合金的相组成： + Fe3C 两相,含碳1.2%的过共析钢,课堂练习,提示：（1）在A1温度对A + Fe3C两相区使用杠杆定律； （2）在室温对F + Fe3C两相区使用杠杆定律,课堂练习： 亚共析钢由奥氏体单相区缓冷至室温的相变过程分析与相变产物预报,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,亚共析钢,在奥氏体单相区单纯缓慢冷却： 无相变，但可能发生晶粒长大,课堂练习,亚共析钢,由奥氏体单相区缓慢冷却进入两相区： 先共析铁素体由过饱和奥氏体中析出,随着先共析铁素体的不断析出，奥氏体成分逐渐变成共析成分，发生共析反应，

14、生成珠光体： A P（ F + Fe3C,亚共析钢,随温度降低，珠光体中的铁素体出现碳的过饱和，发生脱溶反应，生成三次渗碳体： F过饱和 F饱和 + Fe3C,亚共析钢,亚共析钢缓冷室温组织： 珠光体 先共析铁素体 （其中均含有三次渗碳体）,课堂练习,亚共析钢,室温下铁碳合金的相组成： + Fe3C 两相,问：该亚共析钢缓冷室温组织中 （1）珠光体和 先共析铁素体各占多少比例？ （2）渗碳体相（包括其中的共析渗碳体和三次渗碳体）和铁素体相各占多大比例,室温下铁碳合金的相组成： + Fe3C 两相,含碳0.45%的亚共析钢,课堂练习,提示：（1）在A1温度对A + F 两相区使用杠杆定律； （2

15、）在室温对F + Fe3C两相区使用杠杆定律,珠光体P：为F+Fe3C的混合物，呈层片状，基体为铁素体。由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好； 亚共析钢：由F+P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能 过共析钢：P+ Fe3CII组成，当含碳量1%， Fe3CII断续分布在晶界处，强度性能；当含碳量1%， Fe3CII呈网状分布在晶界处，强度性能 莱氏体：为A+Fe3C的混合物，基体为Fe3C ，硬而脆。室温时A已转化为P,第五节 缓冷过程中的固态转变和室温组织 p.255,课后思考题与练习题,复习第9章基本概念，并默绘铁碳相图 复习总结与包晶反应有关的铁碳合金凝固过程（思考：其熔化过程？） 复习总结与共晶反应有关的铁碳合金凝固过程（思考：其熔化过程？） 复习总结不发生包晶反应和共晶反应的铁碳合金凝固过程（思考：其熔化过程,课后思考题与练习题（续,5. 复习工业纯铁的降温固态转变过程（思考：升温过程呢？） 6. 复习碳钢（共析碳钢、亚共析碳钢、过共析碳钢）