第5章 相平衡与相图原理

1、材料科学基础材料科学基础B （2013-2014） 7章章 二元系相图和合金的凝固与制二元系相图和合金的凝固与制 备原理备原理 李文尧李文尧 上海工程技术大学材料工程学院上海工程技术大学材料工程学院 Tel. 67791474 2021-8-6 5.8 5.8 铁碳合金相图铁碳合金相图 ( Iron Carbon Phase Diagram ) 一一Fe C 相图的基础知识。相图的基础知识。 二二形成形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能。相图组元和基本组织的结构与性能。 三三Fe - Fe3C 相图的建立与分析。相图的建立与分析。 四四碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。

2、碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。 五五Fe - Fe3C 相图的应用。相图的应用。 六六铁碳合金的生产及分类。铁碳合金的生产及分类。 5.8.1 Fe - C相图的基础知识相图的基础知识 1.铁与碳可以形成铁与碳可以形成 Fe3C、Fe2C、FeC 等一系列化合物。等一系列化合物。 2.稳定的化合物可以作为一个独立组元。稳定的化合物可以作为一个独立组元。 3.Fe C 二元相图。二元相图。 纯铁的纯铁的同素异晶同素异晶( allomorph )转变转变 反应式反应式: 纯铁纯铁的同素异晶转变的同素异晶转变 1394 C912 C bccfccbcc - Fe - Fe - Fe 纯铁的

3、冷却曲线纯铁的冷却曲线 1394 1538 1000 600 800 1200 温度 时间 1600 1500 500 700 900 1100 1300 1400 912 - Fe - Fe - Fe Fe C 二元相图二元相图 Fe3C Fe2CFeC 温度 FeC (6.69%C) 5.8.2 形成形成Fe - Fe3C 相图组元相图组元 和基本组织的结构与性能和基本组织的结构与性能 一一. .组元组元 * * 铁铁 ( ferrite ) * * 渗碳体渗碳体 ( Cementite ) 二二.基本组织基本组织 1.铁素体铁素体 ( F ) ( Ferrite ) 碳溶于碳溶于 Fe中

4、形成中形成 的间隙固溶的间隙固溶 体。体。 铁素体组织金相图铁素体组织金相图 2.奥氏体奥氏体 ( A ) - Austenite 碳溶于碳溶于 -Fe中形成中形成 的间隙固溶的间隙固溶 体。体。 奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图 3. 渗碳体渗碳体 ( ( Fe3C ) - Cementite 铁与碳铁与碳 形成的金属形成的金属 化合物。化合物。 渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图 4.珠光体珠光体 ( P ) - Pearite 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 5.莱氏体莱氏体 ( Ld ) - Ledeburite 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。奥氏体和

5、渗碳体组成的机械混合物。 5.8.3 5.8.3 Fe - Fe3C 相图的建立与分析相图的建立与分析 一一. .Fe - Fe3C 相图的建立相图的建立 p 包晶反应相图包晶反应相图 p 共晶反应相图共晶反应相图 p 共析反应相图共析反应相图 Fe - Fe3C 相图相图 二. Fe - Fe3C 相图的分析相图的分析 五个重要的成份点五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶包晶转变反应式、共晶 转变反应式、共析转变反应式。转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度二个重要温度: 1148

6、 、727 。 1.包晶转变反应式包晶转变反应式: LB + H AJ 1495 3.共析转变反应式共析转变反应式: AS ( FP + Fe3C ) P 727 2.共晶转变反应式共晶转变反应式: LC ( AE + Fe3C ) Le 1148 三三. .典型铁碳合金的结晶过程分析典型铁碳合金的结晶过程分析 工业纯铁工业纯铁 ( ingot iron ) 共析钢共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁共晶白口铁 ( eutectoid wh

7、ite iron ) 亚共晶白口铁亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁过共晶白口铁( hypereutectoid white iron ) 1. 工业纯铁工业纯铁 ( Wc 0.6% 2.按钢的质量分类按钢的质量分类: : * * 碳素钢碳素钢: : Wp = (0.035% 0.045%) Ws = (0.035% 0.050%) * * 优质碳素钢优质碳素钢: : Wp = 0.035% Ws = (0.030% 0.035%) * * 高级优质碳素钢高级优质碳素钢: : Wp 0.030% Ws = ( 0.020%0.025% ) 3.按

8、钢的用途分类按钢的用途分类: 碳素结构钢碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 用于制造各种机械零件、工程构用于制造各种机械零件、工程构 件。一般为低、中碳钢。件。一般为低、中碳钢。 碳素工具钢碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 用于制造各种工具。一般为高碳钢。用于制造各种工具。一般为高碳钢。 二二) )碳素钢的编号及用途碳素钢的编号及用途 1.碳素结构钢碳素结构钢: : Q 235 A F 沸腾钢沸腾钢 A等级等级 235 MPa 屈服强度屈服强度 2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 * * 45 - Wc = 45%00 * * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn