工程材料第三章铁碳相图专题讲解

工程材料第三章铁碳相图专题讲解第一页，共二十八页，2022年，8月28日讨论题1画出铁碳相图，标明C、S、P、E、F点的碳的质量分数及ECF、PSK线的温度，标明各相区。画出纯铁的冷却曲线，并说明它的同素异构转变。说明铁碳合金中各相的本质，指出α-Fe与α相，γ-Fe与γ相的区别。写出相图中C、S两点进行相变的反应式，指出各是什么反应，说明其相变特点；说明ECF、PSK、ES、GS各线的意义。什么是相？什么是组织？什么是组织组成物？相和组织有什么关系？下面所列哪些是相？哪些是组织？哪些是组织组成物：F、P、Ld、A、F+P、Fe3CⅡ、Ld’+

Fe3CⅠ、Fe3C第二页，共二十八页，2022年，8月28日(1)奥氏体A(γ)

碳溶于γ-Fe中形成的固溶体，面心

立方，强度低,塑性好。

(2)铁素体F()碳溶于

－Fe中形成的固溶体，体心

立方，强度、硬度低,塑性、韧性好。

(3)渗碳体Fe3C(Cm)

金属化合物。成分固定,为6.69%C。

性质硬而脆。是铁碳合金的强化相。3.2铁碳相图3.2.1铁碳合金的基本相第三页，共二十八页，2022年，8月28日渗碳体Fe3C(Cm)是铁碳合金中最重要的强化相，它的数量、分布、形态等都对材料的机械性能有很大影响。根据生成条件不同可分为：Fe3CⅠ：直接从液体中结晶出来的，条、块状；Fe3CⅡ：从奥氏体中析出的，易聚集在晶界上；Fe3CⅢ：从铁素体中析出的，粒状，量少；共晶Fe3C：共晶反应产物，作为基体；共析Fe3C：共析反应产物，呈片状；第四页，共二十八页，2022年，8月28日

3.2.1铁碳合金的基本组织（基本的机械混合物、基本相组成方式）莱氏体：共晶产物，1148℃进行，

L→(γ+Cm)（Ld）

珠光体：共析产物，727℃进行，

γ→(+Cm)（P）第五页，共二十八页，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相图分析(点、线、区，组成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁素体+渗碳体液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm第六页，共二十八页，2022年，8月28日铁碳合金分类工业纯铁------------------<0.0218%C铸铁过共晶铸铁----4.3~6.69%C亚共晶铸铁-------2.11~4.3%C共晶铸铁----------4.3%C共析钢-------------0.77%C过共析钢----------0.77~2.11%C亚共析钢----------0.0218~0.77%C钢第七页，共二十八页，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相图分析（共晶部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)ͼ3-7Fe-Fe3CºÏ½ðÏàͼSPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm

共晶:L(A+Fe3C) Ld第八页，共二十八页，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相图分析（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)Fe-Fe3CSPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm共析:A(F+Fe3C) PLdL’d第九页，共二十八页，2022年，8月28日3.2.2Fe-Fe3C相图分析（各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1Acm第十页，共二十八页，2022年，8月28日3.2.3典型合金结晶过程

1.共析钢的结晶过程(含碳0.77%珠光体)

珠光体：由铁素体和渗碳体组成的片层状共析体。其中铁素体约占80%，渗碳体约占12%。ͼ3-7Fe-Fe3CºÏ½ðÏàͼP0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-33ÒÔÏÂ1ÒÔÉÏLA1-2L1231233第十一页，共二十八页，2022年，8月28日2.亚共析钢的结晶过程

含碳量为0.02%～0.77%。铁素体+珠光体组织。FP4ÒÔÏÂ0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-3AF3-4A1-2LL12341234第十二页，共二十八页，2022年，8月28日3.过共析钢的结晶过程

含碳在0.77%～2.1%之间的铁碳合金。珠光体+渗碳体。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA3-41ÒÔÉÏLA1-2LA2-3LP4ÒÔÏÂFe3CFe3C12341234第十三页，共二十八页，2022年，8月28日0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1ÒÔÉÏLPA第十四页，共二十八页，2022年，8月28日0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1ÒÔÉÏLPA第十五页，共二十八页，2022年，8月28日0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmLLd’Ld12122’1’4.共晶白口铁的结晶过程第十六页，共二十八页，2022年，8月28日5.亚共晶(白口)铸铁的结晶过程

含碳量为2.1%～4.3%之间的铁碳合金。

室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld‘。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-3Ld3ÒÔÏÂLd’PA1-2L1ÒÔÉÏL123123第十七页，共二十八页，2022年，8月28日3.3.1判断合金的组织

根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。3.3相图的应用第十八页，共二十八页，2022年，8月28日铁碳合金室温组织比例图100%FFe3CFe3C¢òPLd’00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+

渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm第十九页，共二十八页，2022年，8月28日1.单相固溶体

固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。

B%ABAsbHBsbHBB%AB3.3.2根据相图分析机械性能溶剂晶格畸变亦使其电阻增大，所以，高电阻合金都是固溶体合金。单相固溶体在电解质中不会象多相固溶体那样构成微电池，故单相固溶体合金的耐蚀性较高。第二十页，共二十八页，2022年，8月28日B%ABsbHBB%AB3．必须指出，双相合金，特别是含共析体和共晶体的合金的机械性能，与其组织的细密程度有关。组织细密、强度、硬度升高。2.两相混合物

当合金为两相混合物时(如P、P+F等)。合金的性能大致为两相的体积加权平均值。

=1V1+2V2

HB=HB1V1+HB2V2第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日3.碳钢的机械性能

400MPa800MPa1200MPaHB(100HB)(200HB)(300HB)00.40.81.2akdysbsbHB60%14J/cm2d,y40%12J/cm220%8J/cm2akC%铁素体珠光体渗碳体第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日1.相图与材料工艺性的关系

(1)铸造工艺性

有较好的流动性，产生分散缩孔(缩松)的倾向小。

共晶或近共晶合金ͼ3-23״̬ͼÓëÖýÔìÐÔÄܹØϵ集中缩孔分散缩孔缩孔倾向流动性3.3.3相图与加工工艺之间的关系第二十三