铁碳合金相图详解

铁碳合金

Iron-carbonAlloy5.2铁碳合金相图分析1整理ppt2整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述铁碳合金相图是研究铁碳合金的根底。由于含碳量高于6.67％的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究Fe-Fe3C局部。图5-9所示为Fe-Fe3C相图。相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见表5-3所示。3整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述4整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：ABCD为液相线，而AHJECF那么为固相线。相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反响：(1)在1493℃(HJB水平线)发生包晶反响，其反响式为LB+δHAJ包晶反响的结果形成了奥氏体。此反响仅可能在含碳量为O.10～0.50％的铁碳合金中发生。

5整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反响：(2)在1147℃(ECF水平线)发生共晶反响，其反响式为LcFP+Fe3C。共晶反响的结果形成了奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称此共晶混合物为莱氏体，用字母Ld表示；冷至室温时成为变态莱氏体，用L′d表示。此反响发生于所有含碳量>2.06％<6.67％的铁碳合金范围内。6整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述相图中各主要点的涵义：相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温反响：(3)在723℃(PSK水平线)发生共析反响，其反响式为AsFP+Fe3C。共析反响的结果形成了铁素体与渗碳体的共析混合物，称此共析混合物为珠光体(P)。所有含碳量超过0.02％的铁碳合金中，即实际在工程上常用的铁碳合金中均发生珠光体(共析体)转变。7整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述此外，值得注意的是ES和PQ线：

(1)ES线——碳在奥氏体中的固溶线。从该线看出，碳在奥氏体中的最大溶解度是在1147℃，此时可溶解2.06％C，而在723℃时只能溶解0．80％C。故凡含碳量大于0.80％的铁碳合金自1147℃冷至723℃时，均会从奥氏体中沿晶界析出渗碳体，称此渗碳体为二次渗碳体(Fe3CⅡ)，以区别于从液体中直接结晶的一次渗碳体(Fe3CⅠ)。8整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述此外，值得注意的是ES和PQ线：(2)PQ线——碳在铁素体中的固溶线。从该线看出，碳在铁素体中的最大溶解度是在723℃，此时可溶解O.02％C，而在室温平衡状态下，仅可溶解0.0008％C，故一般铁碳合金但凡从723℃缓冷至室温时，均可能从铁素体中沿晶界析出渗碳体，称此渗碳体为三次渗碳体(Fe3CⅢ)。因其数量极少，故一般在讨论中经常予以忽略。9整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述

所谓一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源和分布有所不同，没有本质区别，其含碳量，晶体结构和本身的性质均相同。相图中AHN线和GPQ线的左方分别为δ和α的铁素体区域；NJESG包围的范畴为奥氏体区域。10整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述铁碳合金相图上的各种合金，通常可按其含碳量和组织的不同，分成以下三类：(1)工业纯铁(C<0.02％)；(2)钢(0.02～2.06％C)：亚共析钢(C<O.80％)、共析钢(C=O.80％)、过共析钢(C>0.80％)；(3)白口铁(2.06～6.67％C)：亚共晶白口铁(C<4.3％)、晶白口铁(C=4.3％)、过共晶白口铁(C>4.3％)。11整理ppt5.2铁碳合金相图分析一、概述下面列举6个典型的铁碳合金来讨论其结晶过程。钢和白口铁的结晶过程虽然比较复杂，但其分析方法那么与前述的相同，并无新颖之处。所选择的各合金的成分如图5-10所示。12整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析13整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析图中合金①为共析钢，该合金在1点以上的温度为液相(L)，缓冷至稍低于1点的温度开始从L中结晶出奥氏体(A)。缓冷至2点温度以下，L全部冷凝为A。继续缓冷至3点温度(723℃)时，A按共析反响转变成珠光体。14整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析共析钢的结晶过程示意图：15整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析共析钢的显微组织(珠光体)：16整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析17整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析含碳量在0.10～0.50％范围内的亚共析钢，在冷凝至1493℃时均发生包晶反响，反响结果形成奥氏体(A)；而含碳量大于0.50％者，在冷凝时，那么不发生包晶反响，而是直接从L中结晶出A。18整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析含碳量在0.10～0.50％范围内的亚共析钢，在冷凝至1493℃时均发生包晶反响，反响结果形成奥氏体(A)；而含碳量大于0.50％者，在冷凝时，那么不发生包晶反响，而是直接从L中结晶出A。19整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析合金②冷凝后得到A组织，继续冷至GS线(3点温度)时，便会发生AF的转变，同时引起母相A中碳浓度的变化。由于合金继续冷却过程中，A的含碳量沿GS线逐渐增浓而趋近于S点，即合金冷至723℃时，A的含碳量增为0.80％，故当合金冷至稍低于723℃时，其组织中剩余的A，便会按共析反响而转变成为珠光体，最终的显微组织应为F+P。20整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析必须指出，所有亚共析钢在缓冷后，最终的显微组织都是F+P。各种亚共析钢组织的主要差异，在于其中的F与P的相对量和F的分布情况不同。凡含碳量距S点愈近的亚共析钢，其组织中含P量愈多而F量那么愈少。含碳量大于0.50％的亚共析钢组织，其中F趋向于沿P边界呈网状分布。21整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析

0.10％C的亚共析钢的显微组织。图中白色颗粒为F晶粒；黑色颗粒为珠光体，因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。22整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析

0.30％C的亚共析钢的显微组织。图中白色颗粒为F晶粒；黑色颗粒为珠光体，因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。

23整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析

0.10％C、0.30％C的亚共析钢的显微组织。白色颗粒为F晶粒；黑色颗粒为珠光体，因放大倍数过低而使珠光体中层片无法分辨。可见，含碳量较高的0.30％C亚共析钢显微组织中，P所占面积较大。24整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢(0.80～2.06％C)的结晶过程分析

25整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢(0.80～2.06％C)的结晶过程分析过共析钢(以合金③为例)冷凝后得到A组织，继续冷至ES线(3点温度)时，即将从A中沿晶界开始析出Fe3CⅡ，随着温度的降低，A的含碳量沿ES线逐渐减少，与此同时，从A中沿晶界不断析出Fe3CⅡ。合金冷却至723℃时，A的含碳量减为0.80％，故当合金冷至稍低于723℃时，其组织中剩余的A，便会按共析反响而转变成为珠光体，最终的显微组织应为P+Fe3CⅡ。

26整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢(0.80～2.06％C)的结晶过程分析过共析钢的结晶过程示意图：27整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(三)过共折钢(0.80～2.06％C)的结晶过程分析含1.20％C的过共析钢的结晶显微组织：28整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁(4.3％)的结晶过程分析

29整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁(4.3％)的结晶过程分析共晶白口铁(图中合金④)首先在1147℃时发生恒温反响形成莱氏体，莱氏体在继续冷却过程中，由于其中A的含碳量沿ES线逐渐减少，还会不断析出Fe3CⅡ。冷却至723℃时，A的含碳量减为0.80％，故当合金冷至稍低于723℃时，其组织中剩余的A，便会按共析反响而转变成为珠光体，最终的莱氏体组织应为(P+Fe3CII+Fe3C)。

30整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁(4.3％)的结晶过程分析共晶白口铁结晶过程示意图：31整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(四)共晶白口铁(4.3％)的结晶过程分析共晶白口铁显微组织〔200×〕：32整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁(2.06～4.3％C)的结晶过程分析33整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁(2.06～4.3％C)的结晶过程分析亚共晶白口铁的结晶过程比较复杂。在共晶反响之前，在L中已首先结晶出一局部A晶体。这局部初生A在继续冷却时的转变过程与莱氏体中的奥氏体的转变过程完全相同，即先析出Fe3CⅡ，之后含碳量为0.80％的奥氏体再通过共析反响转变为珠光体。除此变化外，其它变化与共晶白口铁完全相同。亚共晶白口铁的最终组织应为P+Fe3CⅡ+L′d(P+Fe3CⅡ+Fe3C)。34整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁(2.06～4.3％C)的结晶过程分析亚共晶白口铁的结晶过程示意图：35整理ppt5.2铁碳合金相图分析二、钢和白口铁结晶过程分析(五)亚共晶白口铁(2.06～4.3