金属材料显微组织观察（V18版）

金属材料显微组织观察

铁碳合金相图

目的

1.铁碳合金基本相和组织

2.铁碳合金相图分析

3.铁碳合金成分、组织与性能的关系简介铁碳合金—碳钢和铸铁使用最广泛的金属材料。铁与碳两个组元可形成的化合物：Fe3C(wC=6.67%),Fe2C,FeC研究

Fe-Fe3C

为主铁碳合金中的C有两种存在形式：渗碳体Fe3C

和石墨∴铁碳相图存在Fe-Fe3C

和Fe–石墨两种形式工业纯铁：wC≤0.0218%碳钢：0.0218%<wC≤2.11%

铸铁：2.11%<wC≤6.67%

1.铁碳合金基本相和组织铁具有典型的同素异构转变TmFe=1538℃δ-Feγ-Feα-Fe1394℃912℃体心立方面心立方体心立方1.纯铁一、基本相强度、硬度低，塑性好。2.铁素体F(Ferrite)①铁素体—C在-Fe

中形成的间隙固溶体，具有体心立方晶格，用符号F表示铁素体的溶碳能力差

—由于体心立方晶格的间隙远小于碳的原子半径；最大溶碳量：727℃，wC=0.0218%最小溶碳量：室温，wC=0.0008%③硬度、强度较低；塑性较高最大溶碳量：1148℃，wC=2.11%最小溶碳量：727℃，wC=0.77%3.奥氏体/A(Austenite)②奥氏体的溶碳能力较大

—-Fe晶格间隙与C半径比较接近；①奥氏体—C在-Fe中形成的间隙固溶体，具有面心立方结构4.渗碳体Cm(Cementite

Fe3C)①渗碳体—Fe

与C

形成的间隙化合物Fe3C,含碳量为

6.67%

，有固定的化学成分。②渗碳体具有很高的硬度和耐磨性，塑性很差，延伸率为零，熔点1227℃

是铁碳合金的主要强化相③Fe3C的形态对铁碳合金的力学性能产生重大影响二、基本组织◆铁素体（Ferrite)◆奥氏体（Austenite）◆渗碳体（Cementite）orFe3C◆珠光体（Pearlite）（F+Fe3C）机械混合物◆高温莱氏体（Ledeburite）orLd（A+Fe3C）机械混合物，727℃以上◆低温莱氏体用Le’orLd’表示

（P+Fe3C）机械混合物，727℃下奥氏体呈颗粒状或块状分布在渗碳体的基体上片状P:α和Fe3C呈片状相间分布粒状P:Fe3C呈粒状分布在α基体上Fe-C合金分类工业纯铁——C%≤0.0218%钢（0.0218%＜C%≤2.11%）

亚共析钢＜0.77%

共析钢＝0.77%

过共析钢＞0.77%白口铸铁（2.11%＜C%＜6.67%）

亚共晶白口铁＜4.3%共晶白口铁＝4.3%过共晶白口铁＞4.3%类型亚共析钢共析钢过共析钢钢号204560T8T10T12碳质量分数／％0.200.450.600.801.001.20几种常见碳钢三、典型合金的平衡结晶过程(1)工业纯铁(C%≤0.0218%)结晶过程室温组织

F

+

Fe3CⅢ(微量)

500×Fe3CⅢ(2)共析钢

(C%=0.77%)结晶过程室温组织:

层片状

P

(

F

+

共析

Fe3C

) 500×

P中各相的相对量：Fe3C%=(0.77–xF)

/(6.67–xF)

≈0.77

/6.67=11.5%F%≈1–

11.5%=88.5%珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C

和

F

之间。共析钢共析钢(3)亚共析钢(C%=0.4%)结晶过程室温组织:

F

+

P，500×各组织组成物的相对量：P%=(0.4–0.0218)

/(0.77–0.0218

)

≈51%

F%≈1–

51%=49%各相的相对量：Fe3C%≈0.4

/6.67=6%

F%≈1–6%=94%亚共析钢亚共析钢(4)过共析钢

(C%=1.2%)结晶过程室温组织:

P

+

Fe3CII

400×各组织组成物的相对量：Fe3CII%=(1.2–0.77)

/(6.67–0.77

)

≈7%

P%≈1–7%=93%各相的相对量：Fe3CII%≈1.2

/6.67=18%

F%≈1–18%=82%过共析钢过共析钢(5)共晶白口铁(C%=4.3%)结晶过程共晶铸铁共晶铸铁（6）亚共晶白口铁(Wc=3.0%)亚共晶白口铁组织金相图黑色树枝状：珠光体树枝状P体周围的白色网状物：二次渗碳体黑白相间的混合物：低温莱氏体（7）过共晶白口铁(Wc=5.0%)

过共晶白口铁组织金相图白色条状：一次渗碳体其余：珠光体标注了组织组成物的相图3．铁碳合金的

成分-组织-性能关系含碳量与相的相对量关系：

C%↑→F%↓，Fe3C%↑含碳量与组织关系：

图（a）和（b）含碳量与性能关系

HB：取决于相及相对量强度：C%=0.9%时最大塑性、韧性：随C%↑而↓4.相图的实际应用1）为选材提供成分依据2）为制定热加工工艺提供依据3）局限性1）为选材提供成分依据若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容器等，应选用低碳钢（0.10~0.25%C）；若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应选用中碳钢（0.25~0.60%C）；若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（0.6~1.3%C）。白口铁具有很高的硬度和脆性，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数需要耐磨而不受冲击的零件，如：拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等。2）为制定热加工工艺提供依据对铸造：确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏.对于锻造：确定锻造温度。对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性。对热处理：相图更为重要，这在下面一章中详细介绍。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。3）局限性概述1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。

2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度＞3.5);Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5);Al、Mg等。贵重金属;Au、Ag、Pt等。稀有金属;W、Ti、Ra、Nb等。半金属;Si、Te、B等。滑动轴承合金(bearingalloy)在滑动摩擦下工作的轴承《工程材料与热加工基础》——程晓宇一.定义:工件体轴轴瓦二.性能要求:1.在工作温度下,应具有足够的抗压强度、疲劳强度和高的耐磨性。2.具有足够的塑性与韧性。3.具有较小的摩擦系数。4.具有良好的磨合性。5.具有良好的抗蚀性。6.具有良好的导热性。7.具有较小的膨胀系数。8.具有良好的抗咬合性。各类型轴瓦三.组织要求:1.在高速中、低载荷情况下,用软基体上分布硬质点组织的材料。润滑油空间轴硬质点软基体轴瓦锡锑轴承合金(锡基巴氏合金)Z

Ch

Sn

Sb11–6

其它元素的含量为6%主加元素锑其含量为