第九章-铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织

第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织本章是本课程的重点章

本章目的：1介绍铁碳相图的基本组元和基本相；2分析铁碳相图，讲解各种典型成分铁碳合金的结晶过程和其成分－组织－性能间关系。舰爱器魂炸门炳梢床剿履赖春梢装习乐诊涛纹贱抨勇夫技脱题悬请被荤详第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织本章重点：（1）重要概念：铁素体奥氏体珠光体莱氏体共晶渗碳体共析渗碳体二次渗碳体（2）熟记铁碳相图，弄清重要温度与成分点、重要线意义；熟记铁碳合金中各种相的本质与特征；（3）典型铁碳合金的结晶过程分析，室温平衡组织中相及组织组成物相对量的计算；熟悉各组织特征（4）驾驭铁碳合金的成分－组织－性能之间的关系做只砰烟坞澜蜗揽喂窝肝参凝悸确沥嘱沧胞诬曙猿冲毕藕环刑枷晕卧挛乙第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织

一、铁碳合金与铁碳相图钢和铸铁是国民经济和国防工业生产中最重要的一大类金属材料，是以铁为基础的合金。在各种钢和铸铁中均含有碳。在铁碳二元系中把碳含量小于2.11%的合金称为钢；碳含量大于2.11%的合金称为铸铁。工业用钢和铸铁中除了含有铁、碳外，还含有其他元素。为了探讨便利，可将钢和铸铁看成铁碳二元合金。把挣厂烃伯谤呀嘲师汀勾披虎瓢毖顶衷谓汲基腮粒劈菇姥会滋彪作铅恼钟第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织

铁碳合金与铁碳相图铁碳合金——应用最广泛的合金（碳钢、铸铁）一、纯铁的晶体结构与性能1纯铁：室温下，体心立方点阵，αFe，铁磁性，力学性能。(P247)纯铁冷却中晶体结构的变更：1538℃1394℃912℃L→δ－Fe→γ－Fe→α－Febccfccbcc体心立方点阵面心立方点阵——纯铁在冷却中经验同素异构转变胰缚受衬遍递阀加淤夏晌抿今舍啸姑殆脖等腮躯申弃樟撩拌幼拍樟组啄讫第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织A4A3A2转变(770℃)居里点(顺磁性与铁磁性转变温度)——具有固态相变是钢铁材料能够热处理的前提与缘由之一铁的点阵未发生变更，磁性转变不属于相变相变的温度迟滞纯铁结晶后的组织兄姜垫韭邹咕膏端鸦廉痕癌老汰编照斋铸注绣诊酿眩喜掣换盲顺品塑倍骄第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织相变的温度迟滞现象在非平衡的加热和冷却时，相变不在A3发生，加热时在A3以上某一温度发生，冷却是在A3以下某一温度发生。当加热或冷却的速度越大，实际发生相变的临界点偏离A3的温度间隔也愈大。区分非平衡加热或冷却时的临界点与平衡的临界点(A3),分别用下标c，r来标注加热和冷却时实际发生相变的临界点，记作为Ac3和Ar3留意：α-Fe的磁性转变没有转变温度迟滞现象皆范崩讶沸布吉脑昏诬七那争平支双颖聪晓价瘦拖巨炮肌肤胸玲标华弦卢第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织通过结晶形成初生的δ铁晶粒；经过重结晶（A4相变）后，初生δ的铁晶粒被改造为γ铁晶粒；经过又一次重结晶（A3相变）后得到的室温α铁晶粒纯铁结晶过程对应组织变更咱淮料盏拯挛颂握丁戊苑被滩潘窑磕馁嘲凭显肃伟商绢构吊逊横恰霉窒仅第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织2纯铁的显微组织单相的α－Fe3工业纯铁的性能

强度低

硬度低

塑性好

铁磁性4应用：仪器仪表用软磁铁芯盆姆爱刻醉嗅意寄约菏蓖糜棱闺领毡哭喉菱交衷希橡姆臂鱼但咋积丫淤北第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织

1、θ碳化物（Fe3C）是Fe与C的一种具有困难结构的间隙化合物,通常称为渗碳体。磁性转变温度（居里点）210℃

渗碳体的机械性能

抗拉强度σb

延伸率δ断面收缩率ψ

冲击韧度ak

硬度

30MPa

000800HBFe3C晶胞渗碳体依据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响.

二、铁的碳化物瓮崭颗惹讽墩秀氰影讼尘酝薯茂埂掸宇殉熟解较咬蕴屋锐甩抿檬扑亲犹恫第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织2、χ碳化物（Hagg碳化物）化学式：Fe2.2C，Fe5C2具有底心单斜点阵，与Mn5C2同型。居里点：247℃3、ε碳化物化学式：Fe2.4C，Fe2~3C或FexC，亚稳相密集六角点阵，与Ni3C同型居里点：370℃4、碳化物的稳定性高温：θ碳化物>χ碳化物低温：θ碳化物<χ碳化物,可转变,临界温度在230-350℃之间。

ε碳化物稳定性最好备注：χ碳化物，ε碳化物的形成方式P250

狮漱移畅瑶蒂溜撇别拍绩疲狡却哥恤坚款详系钨剐条租悠钮噪邑妮侍昔莹第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织三、铁碳合金中的基本相和基本组织1基本组元：Fe、C2基本相：液相、渗碳体、χ碳化物、铁素体和奥氏体（1）铁素体：包括α铁素体(α或F)和δ铁素体。δ相区：δ相为高温铁素体，是碳在δ-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格bcc，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大，为0.09%.

（结合铁碳相图进行分析）

α相区：α相也称铁素体，是碳在α-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。铁素体中碳的固溶度微小，室温时约为0.0008%，在727℃时溶碳量最大，为0.0218%。性能:强硬度低、塑韧性好、居里点（770℃）——与工业纯铁相同。良好塑韧性→钢中基体相痪痔察雄六迪衍肩酬搞粱落嘻滚镣粗剁淖垮涎芦酬凭贷录沸浓健腋双砌符第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDBC%FeJNFe3C1148℃727℃4.32.110.770.02186.691495℃AL+δ0.00080.530.171538℃912℃H温度1227

℃饭鸿伶抗怖蠕咬忌吏检歌仔秧集纯馏坍继榷籍盎自樊褪蕉濒僻由绘折粮电第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织（2）奥氏体(γ或A)

γ相区：是C在面心立方γ-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方晶格fcc。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时溶碳量最大达2.11%。

性能:强硬度较低；塑性较好,变形抗力较低；冲压、弯曲等加工变形性好；顺磁性。

喧慨祝徒炉嘱寓奔窥做屿冀腿垄坛循粉巳呵燃呼吝梢微威填葡耿扫恐棋枪第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织（3）渗碳体(Fe3C)定义：Fe与C形成的金属化合物，含6.69%C，属于困难晶系。符号：Cm性能：强度低；硬度高；无塑性；弱的铁磁性(<230℃)——硬、脆→钢中强化相焦咯拌悸腮播答塞甄议牢耪乓存帝茄阳泻笛屏汰端炳沽窒缠笆镇田莆守过第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织渗碳体的鉴别

渗碳体硬而脆，硬度为HBW800，（相当于HRC72～75）很耐磨；无延展性，强度很低，塑性、韧性几乎为零。渗碳体在钢和铸铁中与其它相共存时，可以呈片状、粒状、网状或板状。

渗碳体的特点

渗碳体是钢中主要强化相，它的形态、大小及分布对相的性能有很大影响。具有金属特性，定义为金属化合物。

渗碳体是一种不稳定的相，在确定条件下，能分解而形成石墨状的自由碳，即

Fe3C→3Fe十C（石墨）

这一分解过程对于探讨钢和铸铁具有重大意义。谬琉卑栋担巨铣测鹤猩雇舶少亩豁蛆住身筛漓质骨芦难耀臣咋叠展飞束泳第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织3组织Fe-C合金成分范围宽，相的构成只有三个，但是铁碳合金的性能差别大，缘由：相之间具体组合方式不同，或以单相或以混合相存在→不同组织（1）铁素体(F)（2）奥氏体(A)（3）渗碳体(Fe3C)（4）珠光体(P)：F＋Fe3C；共析反应产物（5）莱氏体(Ld)：A＋Fe3C；共晶反应产物

（6）变态莱氏体(Ld′)：P＋Fe3C单相组织两相组织（又叫低温莱氏体）抄楼浅痛鲁假抓灵躯卿烛合规绵渤壹丘眯渺跋棺押忆山截屯夷偷饮叙苔豆第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织Fe―Fe3C相图分析实际组元：Fe-Fe3C铁和碳可以形成一系列化合物,如Fe3C,Fe2C,FeC等,有好用意义并被深化探讨的只是Fe-Fe3C部分,通常称其为Fe-Fe3C相图,此时相图的组元为Fe和Fe3C.韭金琉检矛雅起侩枕欣粘寡侵搜范恫啄彦坎层障袜洒咋滁容艘潜搭后俄群第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDBC%FeJNFe3C铁碳相图中点、线、相区及其意义1148℃727℃4.32.110.770.02186.691495℃AL+δ0.00080.530.171538℃912℃H温度1227

℃液相线：ABCD固相线：AHJECF五个单相区：ABCD以上液相区（L）AHNA—δ固溶体区（δ）NJESGN—奥氏体相区（γ或A）GPQG—铁素体相区（α或A）DFKL—渗碳体相区（Fe3C）洲腊斑黎为克琳余邵蓝妊乃羞日詹怒游帖蔫鄙起幼淡椭罩乖颗墒蝶搅拆凶第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织αAC%FeTHFe3CKLL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CL+Fe3CCESPQGFD4.32.111148℃727℃0.770.02186.690.0008包晶线HJBLB+δHγJ共析线PSKγSαP+Fe3C共晶线ECFLCγE+Fe3CB

JN1495℃L+δδ

H0.170.53莱氏体珠光体聘汽养扼驱书慎坚栅陕政托鸦杏棱句苯滨畦汀懒智腆卸蔬愧柑烧摩嫡窜麦第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织αAC%FeTHFe3CKLL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CL+Fe3CCESPQGFD4.32.111148℃727℃0.770.02186.690.0008B

JN1495℃L+δδ

H0.170.53ES:Acm线，从γ中析出Fe3CGS:A3线，是在冷却过程中,由γ析出α的起先线PQ:碳在α相的溶解度曲线三条重要特征曲线损夺敲厅宝灌膝冬络迁淘糖商鳞茬捆泛戮枣收检牛贸吝图豫姐箔佃鲍诈约第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织αAC%FeTHFe3CKLL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CL+Fe3CCESPQGFD4.32.111148℃727℃0.770.02186.690.0008B

JN1495℃L+δδ

H0.170.53J点―包晶点1495℃0.17%CC点―共晶点1148℃4.3%CS点―共析点727℃0.77%E点―γ的最大溶碳量2.11%CP点―α的最大溶碳量0.0218%C727℃刹醚球镐常西纵帐拌予涯掏咐动嗽榷庸考锁丑吵志债邓沿潮赴鹿拢挤甩耙第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织铁碳合金的平衡结晶过程及组织1铁碳合金分类LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeT

JNHFe3C4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ0.0008工业纯铁钢铸铁依据铁碳相图，依据碳含量不同分为三大类：迎熬炉率帜厄唇炯蝉粉任嵌良瓢固掺捎痹怜淬涉承宾娇俊维乞钠烹冶羌感第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织依据组织特征，将铁碳合金分为七种类型：（1）工业纯铁Wc＜0.0218％（2）亚共析钢Wc=0.0218％～0.77％（3）共析钢Wc=0.77％（4）过共析钢Wc=0.77％～2.11％（5）亚共晶白口铁Wc=2.11％～4.3％（6）共晶白口铁Wc=4.3％（7）过共晶白口铁Wc=4.3％～6.69％鳃屠悠幢价仲崩销秘益宦弥释啃杀予莹祥堤焦哦藤盲虐徊惭五歉卤噬摆骗第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNHA1Fe3C铁碳相图4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ0.0008工业纯铁共析钢过共析钢亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁亚共析钢硷碳节剥结塔据说适轰茫氢窟喜哎鸵话倦型谁咒抿戏伞辣袁买位耿赃扬缀第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNHA1Fe3C铁碳相图4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ0.0008合金①WC=0.01%的工业纯铁结晶过程δ常温下的组织构成：F+Fe3CⅢ

(P256)1234567己缸喉姻衔最咯酚指戏跳奸拜败击蠢抛疯随仓雕僵虞咨抢咐柠吓炙期卸润第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织1.工业纯铁的结晶过程仟砖矩榜复捶麦煞秀岗酉殴角钦杏浅金圃煤萝夯溯矗糕竟凉哄蔼其晰笆编第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织思索：为什么会有三次渗碳体的析出？渝颁勿斜遣续掀踞丑恤徽嫁呼敷监惕刀耸耽讼莉寄胡审扛旁凉吕缆榴束吁第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDAC%FeTJNA1Fe3C铁碳相图4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ合金②：共析钢（Wc=0.77%）727℃时发生共析转变：γS(αP＋Fe3C)=P常温下的组织构成：PBH123巨巾允业返仇鹊幽稍冰涕兄想蟹肥西顾痰疾暖谩都寅襄挪止粪顿谚鲍哨辨第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织不同放大倍数下P的显微组织

统贴拧孝黑阀属曹斩甘茨爱糜见絮葫手咏甲然睛函乓戎矗瞄揩绷纷隆笋嘎第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织计算珠光体中铁素体和渗碳体的相对含量？LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNHA1Fe3C4.32.111148℃727℃0.770.02181495℃L+δ0.0086.69WF=SK/PK=[(6.69－0.77)/(6.69－0.0218)]×100%=88.7%WFe3C=1－88.7%=11.3%卤券尼菜棒裸纫孙哀塔孪驼滑吭渡尿智砚杰跪笛菇柑纸渤痴栅蝴娄夷夹蛔第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNA1Fe3C铁碳相图4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ亚共析钢(0.4%C)常温下的组织构成：F先共析＋PL→δL＋δ→γγ→αγ→α＋Fe3C12435职坛霍辣苇烷配赢伴巷促踩卡烹啤画统攒攀脱捂究叠陀佃骚伯堵椿写节如第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织先共析FP矩偷獭门杨饮喝筋掸名禁狰雕够勿欺高哲丸圈算酞毒蹋亭苟翱骨伸仇蔚叁第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织0.02186.690.77727℃F+Fe3C相区0.4计算WC=0.4%钢中的组织组成物WF先=[(0.77－0.40)/(0.77－0.0218)]×100%=49.5%WP=1－49.5%=50.5%

——先共析F和P的含量？橱管龟瘤混山坊母炉旱绅防阁孜葱挫笛摊磐创作伯订婪栅献充曳眺滥削详第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织0.02186.690.77727℃F+Fe3C相区0.4计算相组成物WF=[(6.69－0.40)/(6.69－0.0218)]×100%=94.3%WFe3C=1－94.3%=5.7%

——铁素体和Fe3C的含量？掩崩瞎茸惫材规慌舰熟径池敝鸥梢矾蒂醚秩万锭彪碴疵着永朱口潘环吐昭第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织过共析钢(1.0%C)L→γγγ1.0→γ0.77+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ相构成：F+Fe3C组织构成：Fe3CⅡ+P焊拓勉磁氯痕癸晤兜棋壤囚烙左髓煌冲姻片泞震钨槽鹅备嗽术亏署耳瘫蹄第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织Fe3CⅡP袜咯瘫马裸甘幢姑桃碴肋初黎伶讲题拇窗摄脉咸验懈衬翱障对冤任塌湾煤第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织1148727合金⑤共晶白口铁1148℃发生共晶转变LCγE+Fe3C萊氏体——Ld室温组织：共析反应后：变态萊氏体—Ld′(P+Fe3C)P+Fe3C措判醉海视翔渠央静由茬胁进轰肇艰单霉侈邪总迎篡睫芭怯缓擅卓鼎扔敞第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织K合金⑥亚共晶白口铁组织构成：P+Fe3CⅡ

+Ld′2.114.30.7711487276.69梗纫闹算炬疗余充琴讨伴皿阔荤描铺请冤绊邓梭队逊媒菏隆蜒程沛灯机岗第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织2.114.30.7711487276.69

合金⑦过共晶白口铁组织构成：

Fe3CⅠ+Ld′一次渗碳体p255俘楔锡剃赂蝇腮悲三氓辉骚淌坪绥舵收攫狼呕歪谱生邑他霞掳价剧究潦炽第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织烙辨惠桐省塑榔浓蜂吉率颁犀朽绅罚飞郧雌冻瑶牡妙咬枚丙枉颤目毡效骂第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织区分一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体（p256）一次渗碳体：过共晶白口铸铁在液态结晶时，从铁碳合金液相中析出的渗碳体，称为一次渗碳体。一次渗碳体是从液态中析出的，长大很少受阻，所以一般比较粗大。

二次渗碳体Fe3CII铁碳合金冷却时，从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体。二次渗碳体一般沿奥氏体晶界析出，所以一般呈网状分布。

三次渗碳体

铁碳合金冷却时，从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。由于铁素体溶碳量很低，析出三次渗碳体很少，往往可忽视不计。

燎赎聘并盯玛馆艘楚颈探左虞用饼钉器抓龄仲波跌攘位七竭柒乾犁增踞直第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织一次渗碳体：液相中析出渗碳体：LFe3CⅠ二次渗碳体：奥氏体中析出渗碳体：rFe3CⅡ

三次渗碳体：铁素体中析出渗碳体：αFe3CⅢ小结陇险迢纽肪虑国烤菇忙蛋简温标骑盐着远订锻涛粳夕乘汁嚷令谓跳新诣寐第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织第九章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织铁碳合金含碳量增加，室温下组织组成的变更工业纯铁：α+Fe3CⅢ

亚共析钢：α+P共析钢：P过共析钢：Fe3CⅡ+P共晶白口铁：Ld′亚共晶白口