金属材料与热加工工艺课件

第三章铁碳合金相图第一节铁碳合金的组元及基本相第二节Fe-Fe3C相图第三节含碳量对碳钢组织与性能的影响第一节铁碳合金的组元及基本相一、纯铁及其同素异构转变(重结晶)1394°C912°Cbccfccbcc

δ-Feγ-Feα-Fe纯铁的力学性能特点：强度、硬度低，塑性、韧性好，一般不用于结构件。磁性转变：770°C以上无磁性770°C以下有磁性二、铁碳合金中的基本相Fe和CL相：液态下无限互溶、成分均匀固溶体相：C溶于Fe中形成F、A等金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C铁碳合金中的组元：Fe、C铁碳合金中的相：液相L、α、γ和δ固溶体、

Fe3C金属化合物在铁碳合金中碳既可溶入α–Fe、γ-Fe，也可以溶入δ-Fe，形成不同的固溶体。1）铁素体体心立方结构碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示；铁素体的组织为多边形晶粒，其力学性能几乎与纯铁相同。铁素体铁素体的溶碳能力很低，为体心立方晶格；2）奥氏体:碳溶于

-Fe中的间隙固溶体；用A或表示。面心立方晶格，溶碳能力比铁素体大；组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在区进行。奥氏体面心立方结构3、渗碳体（Fe3C）定义：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化相，高温下可分解，Fe3C→3Fe+C(石墨)

。特点：含碳量为6.69%，晶格构造十分复杂。性能很硬很脆，而塑性和韧性极低，伸长率和冲击韧性几乎为零，在钢中主要起强化作用，不能单独应用。第二节铁碳合金状态图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。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。FeFe3CFe2C

FeCCC%(at%)→一、Fe-Fe3C相图的建立1.配制不同成分的铁碳合金，加热后缓慢地冷却，记录数据，绘制它们的冷却曲线（时间、温度）；2.从冷却曲线上找出临界点，并画到成分—温度坐标中；3.相同意义的点连接起来。Cu-Ni合金相图的建立过程

Fe-Fe3C

相图Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe

Fe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)二、铁碳合金金状态图的分分析1.特性点点⇄⇄⇄⇄⇄LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

(3)钢、、铁分界点点E（2.11%C）(1)共晶晶点C1148℃℃,4.3%C共晶成分反反应式式：Lc→(AE+Fe3C)共晶体，即即高温莱氏氏体Ld;(2)共析点S727℃0.77%C共析成分反反应应式:As→(Fp+Fe3C共析)共共析体，，即珠光体体;⒉特征线线⑴液相线—ABCD，固相线线—AHJECF⑵三条水平线线：LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

727℃⑶其它相线GS,GP—⇄固溶体转变变线,GS又称A3线。HN,JN—δ⇄固溶体转变变线，ES—碳在-Fe中的固溶溶线。又称Acm线。PQ—碳在-Fe中的固溶溶线。LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

⑶三个个三相区区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平平线⒊相区区⑴五个个单相区区：L、、、、Fe3C⑵七个两相相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C4.铁铁碳合金金分类（1）工工业纯纯铁<0.0218%C亚共析析钢<0.77%C（2））碳钢共共析析钢0.77%C过共析析钢>0.77%C亚共晶晶白口口铸铁铁<4.3%C（3））白口铸铸铁共共晶白白口铸铸铁4.3%C过共晶晶白口口铸铁铁>4.3%C三、典典型铁铁碳合合金的的结晶晶过程程11珠光体1)共析钢钢的结结晶过过程室温组组织为为：P（F+Fe3C）112)亚共析钢的的

结晶过过程L→L+A→A→→A+F先共析AS(0.77%C)→P室温组织为为：P+F亚共析钢室室温下的组组织为F+P。在0.0218~0.77%C范围内珠光体的量量随含碳量量增加而增增加。含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织利用杠杆定定律，可以以计算出含含碳量为0.40%的亚共析钢钢，在室温温下组织组组成物和相相组成物的的相对含量量。113)过共析钢的的结晶过程程含1.4%C钢的组织室温组织：：P+Fe3CⅡ11补充：工业业纯铁的结结晶过程4）共晶白口口铁结晶过过程L共晶反应→→Ld（AE+Fe3C共晶）AE→Fe3CⅡ剩余A为ASAS→P(FP+Fe3C)室温组织为为：Le‘115）亚共晶白白口铁的结结晶过程室温组织为为P+Fe3CⅡ+Le’。116）过共晶白白口铁的结结晶过程室温组织为为：Fe3CⅠ+Le‘Le‘（P+Fe3C共晶+Fe3CⅡ）11一、含碳碳量对碳钢钢室温平衡衡组织的影影响含碳量与缓缓冷后相及及组织组成成物之间的的定量关系系为：钢铁素体亚共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢白口铸铁二次渗碳体工业纯铁珠光体莱氏体一次渗碳体Fe3C钢铁分类组织组成物相对量%相组成物相对量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次渗碳体第三节含含碳量对对碳钢组织织与性能的的影响11二、含碳碳量对力学学性能的影影响亚共析钢随含碳量增增加，P量增加，钢的强度、、硬度升高高，塑性、、韧性下降降。0.77%C时，组织为100%P,钢的性能即即P的性能。＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续续网状，强度度下下降降,但硬硬度度仍仍上上升升。。＞2.11%C，组织织中中有有以以Fe3C为基的Le’,合金太脆.三、含碳量量对工艺性能能的影响①切削性能:中碳钢合适②可锻性能:低碳钢好③焊接性能:低碳钢好④铸造性能:共晶合金好⑤热处理性能:第四章介绍铸造焊缝组织模锻切削加工的基本形式车刨钻铣磨四、铁碳合金金相图的应用用1.选材料方面的的应用；2.制定热加工工工艺方面的应应用在铸造生产方方面，根据相相图可以确定定铸钢和铸铁铁的浇注温度度。在锻造造生产产方面面，可可确定定始锻锻、终终锻温温度。。在焊接接方面面，可可分析析碳钢钢的焊焊接组组织。。对热处处理来来说，，可确确定加加热范范围。。9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:54:3521:54:3521:5412/29/20229:54:35PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2221:54:3521:54Dec-2229-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。21:54:3521:54:3521:54Thursday,December29,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2221:54:3521:54:35December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20229:54:35下午午21:54:3512月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月229:54下午午12月-2221:54December29,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2921:54:3521:54:3529December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。9:54:35下午午9:54下午午21:54:3512月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。21:54:3521:54:3521:5412/29/20229:54:35PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2221:54:3521:54Dec-2229-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。21:54:3521:54:3521:54Thursday,December29,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2221:54:3521:54:35December29,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。29十二二月20229:54:35下下午21:54:3512月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月229:54下下午午12月月-2221:54December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/2921:54:3521:54:3529December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。。9:54:35下下午9:54下下午午21:54:3512月月-229、杨柳散散和风，，青山澹澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅读一切切好书如同同和过去最最杰出的人人谈话。21:54:3621:54:3621:5412/29/20229:54:36PM11、越是没有本本领的就越加加自命不凡。。12月-2221:54:3621:54Dec-2229-Dec-2212、越越是是无无能能的的人人，，越越喜喜欢欢挑挑剔剔别别人人的的错错儿儿。。21:54:3621:54:3621:54Thursday,Decembe