材料科学与基础-chapter

铁碳合金相图典型铁碳合金结晶过程分析:铁-碳合金总体分类铁碳合金相图典型铁碳合金结晶过程分析:铁-碳合金总体分类（在相图中）工业纯铁钢亚

共过共

析

共析

钢

析钢亚共晶过共晶白口铁共晶铁碳合金相图典型铁碳合金结晶过程分析:铁-碳合金总体分类（在相图中）(1) (3)

(2)

(4)

(5)(6)(7)铁碳合金相图典型铁碳合金结晶过程分析:（1）纯铁（wc<0.0218%）的结晶过程：合金溶液在

1-2

点温度区间结晶出δ固溶体。冷却至3点时，开始发生固溶体的同素异构转变δ→γ。这一转变在4

点结束，合金为单相γ。冷至

5-6点之间又发生同素异构转变γ→α

，6点以下全部为α。冷却至

7

点时，碳在α中的溶解度达到饱和，在7点以下，将从α中析出三次渗碳体Fe3CIII。因此,工业纯铁的室温组织：α+Fe3CIII组织形态：白色块状铁素体及晶界上少量分布的片状Fe3C。铁碳合金相图典型铁碳合金结晶过程分析:（2）共析钢（wc=0.77%）的结晶过程：合金液体在1-2点温度区间结晶出γ固溶体，在2点凝固完毕，合金为单相γ。冷至3(S)点（727℃）时，在恒温下发生共析转变：S⇄+Fe3C,γ全部转变为珠光体。转变产物为珠光体，即P，是α和Fe3C的层片状混合物。

P

中的Fe3C

称为共析渗碳体。因此共析钢的室温组织为P。典型铁碳合金结晶过程分析:（2）共析钢（wc=0.77%）的结晶过程：铁碳合金相图S⇄+Fe3C,根据杠杆定律，相变结束时：𝑤𝛼=

𝑆𝐾

=

6.69

−

0.77𝑃𝐾 6.69

−

0.0218=

88.8%𝑤Fe3C=100-88.8=11.2%室温下：𝑤𝛼=

𝑆′𝐿

=

6.69

−

0.77=

88.5%𝑄𝐿 6.69

−

0.008𝑤Fe3C=100-88.5=11.5%Q3129S’典型铁碳合金结晶过程分析:（3）亚共析钢（0.0218%<wc<0.77%）的结晶过程：铁碳合金相图+Fe3C(3)GSPABJH0.09~0.53%C亚共析钢冷却时发生包晶反应。以0.4%C的钢为例，合金在4点以前通过匀晶—包晶—匀晶反应全部转变为。到4点，由

中析出。到5

点,

成分沿GS线变到S点，发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，中析出3

Ⅲ

3Fe

C，由于与共析Fe

C结合,且量少,忽略不计。典型铁碳合金结晶过程分析:（3）亚共析钢（0.0218%<wc<0.77%）的结晶过程：铁碳合金相图亚共析钢的室温组织为P+α。组织形态：白色块状α和层片状P0.4％C的亚共析钢的显微组织课堂习题铁碳合金相图以0.4%C的钢为例，求合金在常温时

和Fe3C的相比例，及

和P的组织比例。根据杠杆定律，常温时(点6)：0.4%6.69%𝑤𝛼=

L6

=

6.69

−

0.4QL 6.69

−

0.008=

94.1%𝑤Fe3C=100-94.1=5.9%0.0218%0.008%共析反应完成时(点5)：0.77%𝑤𝛼=

𝑆5

=

0.77

−0.4SP 0.77

−0.0218=

49.5%𝑤γ=100-59.5=50.5%由于共析反应为γ转为珠光体P，则𝑤P=𝑤γ=50.5%典型铁碳合金结晶过程分析:（4）过共析钢（0.77<wc<2.11%）的结晶过程：铁碳合金相图(4)合金在1~2点转变为

,到3点,开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈网状分布。温度下降,Fe3CⅡ量增加。到4点，

成分沿ES线变化到S点，余下的

转变为P。过共析钢室温组织为P+Fe3C

Ⅱ。典型铁碳合金结晶过程分析:（5）共晶白口铁（wc=4.3%）的结晶过程：铁碳合金相图合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体(Le)，呈蜂窝状。共晶转变结束时，两相的相对重量百分比为：γ𝑤=

6.69

−

4.3=

52.2%6.69

−

2.11𝑤Fe3C=100-52.2=47.8%(5)典型铁碳合金结晶过程分析:（5）共晶白口铁（wc=4.3%）的结晶过程：铁碳合金相图C点以下,

成分沿ES线变化，共晶将析出Fe3CⅡ。Fe3CⅡ与共晶Fe3C

结合，不易分辨。温度降到2点,

成分达到0.77%,此时,相的相对重量：γ𝑤=

6.69

−

4.3=

40.4%6.69

−

0.77𝑤Fe3C=100-40.4=59.6%(5)典型铁碳合金结晶过程分析:（5）共晶白口铁（wc=4.3%）的结晶过程：铁碳合金相图在2点,

共晶

发生共析反应，转变为珠光体，这种由P与

Fe3C组成的共晶体称低温莱氏体,

用Le’表示。2点以下，共晶体中P的变化同共析钢。室温下两相的相对重量百分比为：6.69−

4.3𝑤𝛼

=

6.69

−

0.008

=

35.7%𝑤Fe3C=100-35.7=64.3%(5)典型铁碳合金结晶过程分析:（6）亚共晶白口铁（2.11%<wc<4.3%）的结晶过程：铁碳合金相图(6)合金在1~2点间析出。到2点，液相成分变到C点,并转变为Le。2~3点间从中析出Fe3CⅡ，一次的Fe3CⅡ被共晶

衬托出来。到3点，

转变为P。亚共晶白口铁室温组织为P+Fe3CⅡ+Le’。铁碳合金相图(7)典型铁碳合金结晶过程分析:（7）过共晶白口铁（4.3%<wc<6.69%）的结晶过程：1~2点间从液相中析出Fe3C,

这种渗碳体称一次渗碳体，用Fe3CⅠ表示，呈粗条片状。到2点，余下的液相成分变到C点并转变为Le。2点以下,Fe3CⅠ成分重量不再发生变化,Le变化同共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。

+Fe3C

+Fe3C铁碳合金相图组织组成物在铁碳合金相图上的标注总结:含碳量对铁碳合金组织和性能的影响:杂质对铁碳合金性质的影响含碳量对力学性能的影响：随着含碳量的不断增加：

硬度：不断增加；塑性：不断减小韧性：不断减小强度：先增后减。杂质对铁碳合金性质的影响其他杂质影响：硫：硫在钢中以FeS形式存在，使钢变脆。FeS和Fe能形成低的共晶体，当钢进行轧制时，共晶体融化，钢材变脆，此现象称为热脆性。磷：磷会使钢的脆性转化温度升高而导致塑性、韧性下降，此现象称为冷脆性。磷在钢中溶于铁素体也使钢的强度、

硬度显著增加。硅：量少起强化作用，量多增大脆性。锰：量少起强化作用，量多增大脆性。氮：少量的氮化物能细化钢的晶粒。氮化物多时，挥师钢的塑性和韧性降低。氧：氧化物回增加钢的脆性。氢：氢在铁的晶格内造成高应力状态，导致脆性：氢脆。杂质对铁碳合金性质的影响非铁金属材料概括：与钢铁相比，非铁金属及其合金具有许多特殊的力学、物理和化学性能，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等。因而成为现代工艺、国防、科学研究领域中不可缺少的工程材料。铝、镁、钛等金属及其合金，具有密度

小、比强度高的特点，在航天航空工业、汽车制造、船舶制造等方面应用十分广

泛；银、铜、铝等金属，导电性能和导热性能优良，是电器工业和仪表工业不可缺少的材料；钨、钼、铌是制造在1300℃以上使用的高温零件及电真空元件的理想材料。铜及其合金：纯铜为紫红色,常称紫铜。密度为8.96g/cm3，

为1083℃，面心立方晶格,无同素异晶转变。纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高（氧化膜的作用）。铜是抗磁性物质。纯铜的强度很低，具有极好的塑性，适用于压力加工成型。非铁金属材料铜及其合金：铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。黄铜为以锌为主要合金元素的铜合金。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。铜与锌的二元合金称为普通黄铜。压力加工普通黄铜的牌号为：H(黄)+表示铜平均百分含量的数字，如H68。非铁金属材料铜及其合金：青铜原指铜锡合金，但工业上都称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜基合金为青铜，所以青铜实际上包括有锡青铜、铝青铜、铍青铜，等等。以镍为主要合金元素的铜

合金称为白铜。在固态下，铜与镍无限固溶，因此工业白铜的组织为单相α

固溶体。它有较好的强度和优良