第二章2金属材料的晶体结构与结晶-铁碳合金相图

1、1 第第2 2章章 金属材料的晶体结构与结晶2.3 铁碳合金相图231Fe组元组元-Fe(bcc)1394-Fe(fcc)912-Fe(bcc) (同素异构转变同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好强度低、硬度低、韧性、塑性好2.3.1 金属的同素异构转变金属的同素异构转变一、一、Fe-Fe3C相图的组元相图的组元同素异构转变同素异构转变: :金属在固态下随温度的改变，从一种晶格转变成另外一种晶构的现金属在固态下随温度的改变，从一种晶格转变成另外一种晶构的现象。属二次结晶或重结晶。铁（钢）热处理的基础。与液态结晶类似，也为形核、象。属二次结晶或重结晶。铁（钢）热处理的基础。与液态结晶类似，

2、也为形核、长大两个过程。长大两个过程。2Fe3C （ Cem， Cm）熔点高，硬而脆，塑性、韧性几熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。乎为零。4碳与铁可以形成多相固溶体及系列化合物碳与铁可以形成多相固溶体及系列化合物(Fe3C、Fe2C、FeC等等)。F e3CF e2CF e C温度F eC( 6 .6 9 %C )F e3CF e3CF e2CF e2CF e CF e C温度F eC温度F eC( 6 .6 9 %C ) Fe3C: 在在Fe-C相图中表现为位于相图中表现为位于6.69C处的竖直线，高于此处的竖直线，高于此数值的钢铁材料无力学使用价值。数值的钢铁材料无力学使用价值。 Fe

3、3C熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 碳在钢铁组织里主要是以碳在钢铁组织里主要是以Fe3C的方式存在，其形态、数量、分的方式存在，其形态、数量、分布形式是钢铁组织力学性能的最重要影响因素。布形式是钢铁组织力学性能的最重要影响因素。51液相液相L2相高温铁素体相高温铁素体 （C固溶到固溶到-Fe中中相）相）2.3.2 铁碳合金的基本相铁碳合金的基本相4相、相、A奥氏体奥氏体 （C固溶到固溶到-Fe中中相）相） 强度低，易塑性变形强度低，易塑性变形3相、相、铁素体铁素体F （C固溶到固溶到 -Fe中中相）相） 强度、硬度低、塑性好强度、硬度低、塑性好 （室温

4、：（室温：C%=0.0008%, 727 ：C%=0.0218%） 5Fe3C6 铁素体铁素体( F ) - Ferrite :单相组织单相组织 奥氏体奥氏体( A ) - Austenite ：单相组织单相组织 渗碳体渗碳体( Fe3C ) - Cementite：单相组织单相组织 珠光体珠光体 ( P ) - Pearite 双相组织：铁双相组织：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。素体和渗碳体组成的机械混合物。 莱氏体莱氏体( Ld ) - Ledeburite 双相组织：双相组织：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。Fe-Fe3C相图中的组织（钢铁基本组织）相图

5、中的组织（钢铁基本组织）四种固体相组成五种基本组织,室温下组合成八种复杂的组织形态 FAFe3CP Ld71三条水平线三条水平线和三个重要点和三个重要点2.3.3 铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析（1）包晶转变线）包晶转变线HJB： 1495 ，C%=0.090.53%LB+HAJ 即即 L0.53+ 0.09 A0.17（2）共晶转变线）共晶转变线ECF，1148 ，C%=2.116.69%L4.3 A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体高温莱氏体 Le，Ld8A0.77 (F0.0218+Fe3C)P（珠光体珠光体） 珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于珠

6、光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和和F之间之间LeP+Fe3CII+Fe3C共晶共晶低温莱氏体低温莱氏体 Le（3）共析转变线）共析转变线PSK，727 ，C%=0.02186.69%AsFP+Fe3C（共（共析渗碳体）析渗碳体）9（1）液固相线）液固相线 液相线ABCD 固相线AHJECF（2）溶解度线）溶解度线 ES线碳在A中的固溶线，1148 ，2.11%727 ，0.77%，Fe3CII PQ线 碳在F中的固溶线，727 ，0.0218%0.0008%室温，Fe3CIII（3）GS线线2其他重要线和点其他重要线和点10铁碳相图铁碳相图（小结）（小结）一、一、Fe-Fe3C相

7、图的组元相图的组元 Fe组元、Fe3C二、二、Fe-Fe3C相图中的相相图中的相 液相L、相 、相、 相、Fe3C三、三、Fe-Fe3C相图分析相图分析 液相线、固相线、2条溶解度线、GS线 3条水平线、3个重要点四、基于四、基于Fe-Fe3C 相图的相图的 Fe-C合金分类合金分类 三大类共7种液相线液相线ABCD固相线固相线AHJECF碳在铁素体碳在铁素体F中的溶解度线中的溶解度线PQ碳在奥氏体碳在奥氏体A中的溶解度线中的溶解度线ES奥氏体奥氏体A开始析出铁素体或者铁素开始析出铁素体或者铁素体全部溶入奥氏体体全部溶入奥氏体A的转变线的转变线GSL LB B+H H A AJ J14950C

8、L LC C A AE E +Fe+Fe3 3C C11480CA AS S F FP P +Fe+Fe3 3C C7270C11工业纯铁工业纯铁 C% C% 0.0218%亚共析钢亚共析钢 0.0218%0.0218% C%C% 0.77% % 共共 析析 钢钢 C%=C%= 0.77% %过共析钢过共析钢 0.77%0.77% C%C% 2.11%2.11% 钢钢0.0218%0.0218% C%C% 2.11%2.11%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11%2.11% C%C% 4.3%4.3%共共 晶晶 白口铸铁白口铸铁 C%=C%= 4.3%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 4

9、.3 %4.3 % C%C% 6.69%6.69% 白口铸铁白口铸铁2.11%2.11% C%C% 6.69%6.69%12Fe-C合金平衡结晶过程合金平衡结晶过程工业纯铁共析钢 过共析钢亚共析钢 共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁合金典型分类：合金典型分类：131工业纯铁工业纯铁 (C%0.0218%） 工业纯铁结晶过程示意图14L-L+- - + F- F-F+Fe3CIII相组成物：相组成物： F+Fe3C C%0.0008% F C%0.0008%相相对量：相相对量： F%= Fe3CIII%= 组织组成物：组织组成物：F和和Fe3CIII15工业纯铁组织金相图工业纯铁组织金相图

10、162共析钢共析钢 (C%=0.77%)17L L+A A A+P P相组成物：相组成物：F和和Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物组织组成物 ： P P%=100%18共析钢室温平衡状态显微组织共析钢室温平衡状态显微组织低倍放大低倍放大高倍放大高倍放大19共析钢组织金相图共析钢组织金相图20L L+A A A+P P相组成物相组成物：F和Fe3C组织组成物组织组成物 ： P 组织转变组织转变：组织相对含量组织相对含量：P=100%相相对含量相相对含量：F%=Fe3C%=（X1=0.77%）共析钢结晶过程示意图共析钢结晶过程示意图共析钢共析钢 (C%=0.77%） -小结小结2122X1

11、3亚共析钢亚共析钢 (0.0218%C%0.77% ) LL+A A A+F A+P+F P+F相组成物：相组成物：F，Fe3C相相对量：相相对量：F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：F、P组织相对量：组织相对量：P%= F%= PX1SQX1K2345#金相PF亚共析钢室温平衡状态显微组织亚共析钢室温平衡状态显微组织24亚共析钢组织金相图亚共析钢组织金相图25相组成物相组成物：F和Fe3C组织组成物组织组成物 ： F+P 组织转变组织转变：亚共析钢（亚共析钢（0.0218% C% 0.77%）-小结小结(不同不同C%亚共析钢？亚共析钢？) L L+A A A+F A+F+P F+P

12、相相对含量相相对含量：F%=Fe3C%=（X1=0.0218-0.77%）组织相对含量组织相对含量：P%=F%=亚共析钢结晶过程示意图亚共析钢结晶过程示意图26亚共析钢室温平衡状态显微组织亚共析钢室温平衡状态显微组织0.15%C0.4%C0.77%C0.7%C27284过共析钢过共析钢(0.77%C%2.11% ) LL+AAA+Fe3CIIA+P+Fe3CIIP+Fe3CII相组成物：相组成物：F，Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：P，Fe3CII组织相对量：组织相对量：Fe3CII%= P%= QX1KSX1K29T12钢金相PFe3CII过析钢室温平衡状态显微组织过

13、析钢室温平衡状态显微组织30过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图31相组成物相组成物：F和Fe3C组织组成物组织组成物 ： Fe3CII+P 组织转变组织转变： L L+A A A+Fe3CII A+Fe3CII+P Fe3CII+P组织相对含量组织相对含量：Fe3CII%=P%=相相对含量相相对含量：F%=Fe3C%=（X=0.77-2.11%）过共析钢结晶过程示意图过共析钢结晶过程示意图过共析钢过共析钢(0.77%C%2.11% ) -小结（不同小结（不同C%过共析钢？）过共析钢？） 32过共析钢室温平衡状态显微组织过共析钢室温平衡状态显微组织硝酸硝酸+酒精酒精 腐蚀腐蚀碱性苦味酸钠碱性苦

14、味酸钠 腐蚀腐蚀0.9%C1.2%C333445#金相T12钢金钢金相相过共析钢过共析钢亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢比 较355共晶白口铁（共晶白口铁（C%=4.3%） LL+LeLe (A+Fe3C共晶共晶) Le (A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII) Le(P+Fe3CII+Fe3C) 相组成物：相组成物：F，Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：LeLe%=100%36共晶白口铁金相37 共晶白口铁组织金相图共晶白口铁组织金相图386亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.11%C%4.3% )相组成物：相组成物：F，Fe3C相相对量：相相对量：F%= Fe3C%= 组织

15、组成物：组织组成物：P，Le，Fe3CII39亚共晶白口铸铁金相40 亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织金相图417过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.3%C%6.69% )过共晶白口铸铁结晶过程示意图过共晶白口铸铁结晶过程示意图相组成物：相组成物： F，Fe3CF%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：Le，Fe3C Fe3C%= Le%=Lc%= 42过共晶白口铸铁金相43过共晶白口铁组织金相图过共晶白口铁组织金相图44 钢钢0.0218%0.0218% C%C% 2.11%2.11% 白口铸铁白口铸铁2.11%2.11% C%C% 6.69%6.69%454647碳的质量分数对力学性能的影响碳的质量分数对力学性能的影响482.3.3 铁碳相图的应用与局限铁碳相图的应用