第三章铁碳合金状态图

1、知识回顾知识回顾合金合金 将将一种一种金属元素金属元素同一种或几种同一种或几种其它元素结合在其它元素结合在一起所形成的一起所形成的具有金属特性具有金属特性的新物质，称为合金。的新物质，称为合金。相相在金属或合金中，凡在金属或合金中，凡成分相同成分相同、结构相同结构相同并与并与其它部分其它部分有界面分开有界面分开的均匀组成部分，均称之为的均匀组成部分，均称之为相。相。组组 元：元： 通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质称为组元。存在的物质称为组元。知识回顾知识回顾合金的结构：合金的结构：固溶体：固溶体： 置换固溶体：置换固溶体： 间隙固溶体：

2、间隙固溶体：金属化合物：金属化合物： 机械混合物：机械混合物： 1394 C912 C体心立方面心立方体心立方 - Fe Fe - Fe纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变知识回顾知识回顾 纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013001400912 - Fe - Fe - Fe 第三章第三章 铁碳合金状态图铁碳合金状态图nFe C 相图的基础知识。相图的基础知识。n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。nFe - Fe3C 相图的建立与分析。相图的建立与分

3、析。n碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。nFe - Fe3C 相图的应用。相图的应用。第一节、铁碳合金的基本第一节、铁碳合金的基本相及其性能相及其性能铁素体（铁素体（F）：碳溶与碳溶与-Fe中形中形成的间隙固溶体。成的间隙固溶体。性能性能-强度和硬强度和硬度低，塑性和韧度低，塑性和韧性好性好奥氏体（奥氏体（A）：碳与碳与-Fe形成的间形成的间隙固溶体。高温组隙固溶体。高温组织，在大于织，在大于727时时存在。存在。性能性能-塑性好，强塑性好，强度和硬度高于度和硬度高于F。在。在锻造、扎制时常要锻造、扎制时常要加热到加热到A，可提高塑，可提高塑性，易

4、于加工。性，易于加工。奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图渗碳体渗碳体（ Fe3C ）：铁：铁与碳形成的金属与碳形成的金属化合物。化合物。在在Fe - Fe3C相相图中，既是组元图中，既是组元又是基本相。又是基本相。性能性能-硬度高，硬度高，脆性大脆性大。渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图珠光体（珠光体（ P ）：）：铁素体（铁素体（F）和渗碳体（）和渗碳体（Fe3C）组成）组成的机的机 械混合物。械混合物。性能性能-力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。莱氏体（莱氏体（ Ld ）： 奥氏体（奥氏体（A）和渗碳体（）和渗碳体（Fe3C）组成的机械）组成的机械混合物。混合物。性能性能-硬度高，塑

5、性差。硬度高，塑性差。 铁碳合金状态图又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。 它表示在平衡状态下不同成分的铁碳合金，在不同温度时所具有的状态或组织的图形。 它是长期生产实践和科学实验的结晶，是研究钢和铸铁的基础。 铁碳合金相图，纵坐标表示温度，横坐标表示碳含量。 第第 二节二节 Fe - FeFe - Fe3 3C C 相图分析相图分析n铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。，它们都可以作为纯组元看待。n含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，合金）时，合金太脆，已无实用价值。太脆，已无实用价值。n实

6、际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图相图。FeTFe3CFe - Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相图共析相图匀晶相图( P+Fe3C )Fe - Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C TLdL

7、d+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK( P+Fe3C )P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C( F+ Fe3C )A+ Fe3CL+ Fe3C( A+Fe3C ) Fe - Fe3C 相图相图两种反应两种反应1148 1、共晶反应共晶反应 一定成分的一定成分的液相液相在一定的温度下同时在一定的温度下同时结晶结晶出两种成分和结构均出两种成分和结构均不相同不相同的固相的反应。的固相的反应。L 4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物共晶反应的产物Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2 、共析反应、共析反应 一定成分的一定成分的固相固

8、相在一定的温度下同时在一定的温度下同时析出析出两两种成分和结构均种成分和结构均不相同不相同的的 新的新的固相固相的反应。的反应。A2.11%c 727 F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体共析反应的产物即珠光体 PF0.02%c+Fe3C6.69%c 铁碳合金相图中主要特性点的含义铁碳合金相图中主要特性点的含义 特性点的特性点的符号符号温度温度t/ 含碳量含碳量wc%含义含义A AC CD DE EG GP PS SQ Q 15381538 1148 1148 1227 1227 1148 1148 912 912 727 727 727 727 室温室温0 04.34.

9、36.696.692.112.110 00.020.020.770.770.00080.0008纯铁的熔点纯铁的熔点共晶点共晶点 渗碳体的熔点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度-Te -Te -Te-Te同素异晶转变点同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度碳在铁素体中的最大溶解度共析点共析点碳在铁素体中的溶解度碳在铁素体中的溶解度 相图中主要线的含义相图中主要线的含义ACD线线液相线液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线线固相线固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终

10、止线。线。ECF水平线水平线共晶线共晶线 含碳量为含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，的液态合金冷却到此线时，在在1148 由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。此反应称为共晶反应。PSK水平线水平线共析线共析线（A1线）线） 含碳量为含碳量为0.77%的奥氏体冷却到的奥氏体冷却到此线时，在此线时，在727 同时同时析出析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。称为共析反应。GS线线（A3线）线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。

11、ES线线称称Acm线线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。铁碳合金含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。共晶白口铸铁： 含碳量为4.3%;亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%4.3%之间；过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%6.69%之间；含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁钢白口铸铁 含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据金相 组织的不同，可分为三种。共析钢： 含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%2.11%之间；第三节第三