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文档简介

1、1,第5章 铁碳合金Iron-carbon Alloy,Lecturer: Gui-quan HAN E-mail: ,2,第5章 铁碳合金Iron-carbon Alloy,5.2 铁碳合金相图分析,3,4,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。由于含碳 量高于6.67的铁碳合金脆性极大,没有使用价值, 因而对铁碳合金相图只研究Fe-Fe3C部分。图5-9所示 为Fe-Fe3C相图。 相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见表5-3 所示。,5,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述,6,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 相图中各主要点的涵义: ABCD为液相线,而

2、AHJECF则为固相线。 相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反应: (1) 在1493(HJB水平线)发生包晶反应,其反应式为 LB + H AJ 包晶反应的结果形成了奥氏体。 此反应仅可能在含碳量为O.100.50的铁碳合金中 发生。,7,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 相图中各主要点的涵义: 相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反应: (2)在1147(ECF水平线)发生共晶反应,其反应式为 Lc FP + Fe3C。 共晶反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物, 称此共晶混合物为莱氏体,用字母Ld表示; 冷至室温时成为变态莱氏体,用Ld表

3、示。 此反应发生于所有含碳量 2.06 6.67的铁碳 合金范围内。,8,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 相图中各主要点的涵义: 相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反应: (3)在723(PSK水平线)发生共析反应,其反应式为 As FP + Fe3C 。 共析反应的结果形成了铁素体与渗碳体的共析混合物, 称此共析混合物为珠光体(P)。 所有含碳量超过0.02的铁碳合金中,即实际在工程 上常用的铁碳合金中均发生珠光体(共析体)转变。,9,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 此外,值得注意的是ES和PQ线: (1)ES线碳在奥氏体中的固溶线。 从该线看出,碳在奥氏体中的

4、最大溶解度是在1147, 此时可溶解2.06C,而在723时只能溶解080C。故 凡含碳量大于0.80的铁碳合金自1147冷至723时,均 会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体,称此渗碳体为二次渗碳体 (Fe3C),以区别于从液体中直接结晶的一次渗碳体(Fe3C)。,10,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 此外,值得注意的是ES和PQ线: (2)PQ线碳在铁素体中的固溶线。 从该线看出,碳在铁素体中的最大溶解度是在723, 此时可溶解O.02C, 而在室温平衡状态下, 仅可溶解 0.0008C,故一般铁碳合金凡是从723缓冷至室温时, 均可能从铁素体中沿晶界析出渗碳体,称此渗碳体为三次 渗碳体(Fe

5、3C)。因其数量极少,故一般在讨论中经常予 以忽略。,11,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 所谓一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源和分布有所不同,没有本质区别,其含碳量,晶体结构和本身的性质均相同。 相图中AHN线和GPQ线的左方分别为和的铁素体区域;NJESG包围的范畴为奥氏体区域。,12,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 铁碳合金相图上的各种合金,通常可按其含碳量和组织的不同,分成下列三类: (1)工业纯铁( C0.80); (3)白口铁(2.066.67C):亚共晶白口铁(C4.3)。,13,5.2 铁碳合金相图分析,一、概述 下面列举6个典型的铁碳合金来讨论其结晶过程。钢和白

6、口铁的结晶过程虽然比较复杂,但其分析方法则与前述的相同,并无新颖之处。所选择的各合金的成分如图5-10所示。,14,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析,15,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (一)共析钢(0.80C)的结晶过程分析 图中合金为共析钢,该合金在1点以上的温度为液相(L),缓冷至稍低 于1点的温度开始从L中结晶出奥氏 体(A)。 缓冷至2点温度以下,L全部冷凝 为A。 继续缓冷至3点温度(723)时, A按共析反应转变成珠光体。,16,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (一)共析钢(0.80C)的结晶过程分析 共析钢的结晶

7、过程示意图:,17,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (一)共析钢(0.80C)的结晶过程分析 共析钢的显微组织(珠光体) :,18,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析,19,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 含碳量在0.100.50范围内的亚共析钢,在冷凝至1493时均发生 包晶反应,反应结果形成 奥氏体(A);而含碳量大于 0.50者,在冷凝时,则 不发生包晶反应,而是直 接从L中结晶出A。,20,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢

8、和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 含碳量在0.100.50范围内的亚共析钢,在冷凝至1493时均发生包晶反应,反应结果形成奥氏体(A);而含碳量大于0.50者,在冷凝时,则不发生包晶反应,而是直接从L中结晶出A。,21,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 合金冷凝后得到A组织,继续冷至GS线(3点温度)时,便会发生A F的转变,同时引起母相A中碳浓度的变化。由于合金继续冷却过程中,A的含碳量沿GS线逐渐增浓而趋近于S点,即合金冷至723时,A的含碳量增为0.80,故当合金冷至稍低于72

9、3时,其组织中剩余的A,便会按共析反应而转变成为珠光体,最终的显微组织应为F+P。,22,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 必须指出,所有亚共析钢在缓冷后,最终的显微组织都是F+P。各种亚 共析钢组织的主要差别,在于 其中的F与P的相对量和F的分 布情况不同。凡含碳量距S点 愈近的亚共析钢,其组织中含 P量愈多而F量则愈少。含碳量 大于0.50的亚共析钢组织, 其中F趋向于沿P边界呈网状分 布。,23,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 0.10C的亚共

10、析钢的显微组织。图中白色颗粒为F晶粒;黑色颗粒为珠光体,因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。,24,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 0.30C的亚共析钢的显微组织。图中白色颗粒为F晶粒;黑色颗粒为珠光体,因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。,25,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (二)亚共析钢(0.020.80C)的结晶过程分析 0.10C、0.30C的亚共析钢的显微组织。白色颗粒为F晶粒;黑色颗粒为珠光体,因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。可见,含碳量较高的0.30C亚共析钢显微组织

11、中,P所占面积较大。,26,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (三)过共折钢(0.802.06C)的结晶过程分析,27,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (三)过共折钢(0.802.06C)的结晶过程分析 过共析钢(以合金为例)冷凝后得到A组织,继续冷至ES线(3点温度)时, 即将从A中沿晶界开始析出Fe3C, 随着温度的降低,A的含碳量沿ES 线逐渐减少,与此同时,从A中沿 晶界不断析出Fe3C。合金冷却至 723时,A的含碳量减为0.80, 故当合金冷至稍低于723时,其 组织中剩余的A,便会按共析反应 而转变成为珠光体,最终的显微组 织应为P +

12、Fe3C。,28,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (三)过共折钢(0.802.06C)的结晶过程分析 过共析钢的结晶过程示意图 :,29,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (三)过共折钢(0.802.06C)的结晶过程分析 含1.20C的过共析钢的结晶显微组织:,30,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (四)共晶白口铁(4.3)的结晶过程分析,31,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (四)共晶白口铁(4.3)的结晶过程分析 共晶白口铁(图中合金)首先在1147时发生恒温反应形成莱氏体, 莱氏体在继续冷却过程中,由

13、 于其中A的含碳量沿ES线逐渐 减少,还会不断析出Fe3C。 冷却至723时,A的含碳量减 为0.80,故当合金冷至稍低于 723时,其组织中剩余的A, 便会按共析反应而转变成为珠 光体,最终的莱氏体组织应为 ( P + Fe3CII + Fe3C)。,32,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (四)共晶白口铁(4.3)的结晶过程分析 共晶白口铁结晶过程示意图 :,33,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (四)共晶白口铁(4.3)的结晶过程分析 共晶白口铁显微组织(200 ) :,34,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (五)亚共晶白口

14、铁(2.064.3C)的结晶过程分析,35,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (五)亚共晶白口铁(2.064.3C)的结晶过程分析 亚共晶白口铁的结晶过程比较复杂。在共晶反应之前,在L中已首先结晶 出一部分A晶体。这部分初生A在 继续冷却时的转变过程与莱氏体 中的奥氏体的转变过程完全相同, 即先析出Fe3C,之后含碳量为 0.80的奥氏体再通过共析反应 转变为珠光体。除此变化外,其 它变化与共晶白口铁完全相同。 亚共晶白口铁的最终组织应为 P + Fe3C+Ld(P + Fe3C +Fe3C)。,36,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (五)亚共晶白口铁(2.064.3C)的结晶过程分析 亚共晶白口铁的结晶过程示意图 :,37,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (五)亚共晶白口铁(2.064.3C)的结晶过程分析 含3.0C的亚共晶白口铁的结晶过程示意图 :,38,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (六)过共晶白口铁(4.36.67C)的结晶过程分析,39,5.2 铁碳合金相图分析,二、钢和白口铁结晶过程分析 (六)过共晶白口铁(4.36.67C)的结晶过程分析 过共晶白口铁的结晶过程比亚共晶白口铁要简单得多,因为它在共晶反应 之前首先结晶的是针状Fe3C, 在继续冷却过程中,Fe3C不 会发生成

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