《机械制造基础》第2版 课件 第2章 铁碳合金

Chapter铁碳合金2第2章铁碳合金案例导入图2-1工业纯铁图2-220钢图2-3T12钢初步分析

不同的材料，其内部的碳的质量分数不同，其组织形态也不同。由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。碳的质量分数的差别也会影响力学性能，在＜1%时，随碳的质量分数的增加，钢的强度、硬度增加，塑性和韧性降低；在＞1%时，随碳的质量分数的增加，钢的硬度增加，强度、塑性、韧性都降低。

第2章铁碳合金材料是零件承载能力的基础。在材料的选用中，更多的时候要根据材料的内部组织去判定材料的力学性能。

铁碳合金的基本组织

钢铁材料是现代工业中应用最为广泛的金属材料，其中碳钢和铸铁都是铁和碳的合金。在铁碳合金中，铁与碳可以形成固溶体，也可以形成化合物，还可以形成混合物。在铁碳合金中有以下几种基本相及组织。第2章铁碳合金铁素体---碳溶解于体心立方晶格α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（用F表示）。放大倍数500×铁素体晶界图2-4铁素体的模型

图2-5铁素体的显微组织

第2章铁碳合金铁碳合金的基本组织

第2章铁碳合金铁碳合金的基本组织

第2章铁碳合金铁碳合金的基本组织

渗碳体---由铁与碳形成的具有复杂晶格结构的金属化合物称为渗碳体，用符号Fe3C表示。奥氏体

--奥氏体是碳在-，呈面心立方晶格，用符号A或表示。图2-7奥氏体的模型图2-8奥氏体的显微组织图2-9片状珠光体的显微组织

第2章铁碳合金铁碳合金的基本组织

珠光体

---珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。莱氏体

--莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示，由Wc=4.3%的液态铁碳合金在凝固过程中发生共晶转变形成。

图2-10低温莱氏体的显微组织第2章铁碳合金铁碳合金相图

图2-8Fe－Fe3C合金相图

第2章铁碳合金

铁碳合金相图铁碳合金相图主要点、线、区的分析

表2-1Fe-Fe3C相图中的特性点符号温度/℃(%)含义A15380纯铁的熔点C11484.30共晶点D12276.69渗碳体的熔点①E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69共晶渗碳体的成分点G9120α-Fe→γ-Fe同素异晶转变点(A33)K7276.69共析渗碳体的成分点P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q(室温)(0.0008)碳在α-Fe中的溶解度

第2章铁碳合金

铁碳合金相图特性线的分析相图中ACD为液相线，AECF为固相线。图中有两条水平线分别表示两个等温线。

⑴两条相线液相线与固相线

①ACD线液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，在此线以上处于液相。②AECF线固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。⑵两条水平线共晶转变线与共析转变线

①共晶转变线ECF水平线（1148）为共晶转变线。

②共析转变线PSK水平线（727）为共析转变线或。

⑶三条重要的特征线

①ES线碳在奥氏体中的固溶线，通常称为Acm线。②GS线冷却时由奥氏体析出向铁素体的开始线，通常称为A3线。③PQ线碳在铁素体中的固溶线。第2章铁碳合金

铁碳合金相图

第2章铁碳合金铁碳合金相图铁碳合金的成分、组织与性能的关系

⑴碳的质量分数与铁碳合金平衡组织间的关系

铁碳合金的室温组织都是由铁素体和渗碳体两相组成。随着碳的质量分数的增加，铁素体量逐渐减少，渗碳体量逐渐增多，且它的形状和分布也有所不同，从而形成不同的组织。⑵碳的质量分数与力学性能间的关系

①强度当Wc＜0.9％时，随着Wc增加，不断提高；当Wc＞0.9％时，由于渗碳体在晶界呈网状分布，使钢的强度下降。②硬度随Wc的增加而提高。③塑性随Wc的增加而迅速降低。④冲击韧性随Wc的增加而迅速降低。

第2章铁碳合金铁碳合金相图第2章铁碳合金

典型合金结晶过程分析1.共析钢的结晶过程（Wc=0.77%）

2.亚共析钢的结晶过程（0.0218%＜Wc＜0.77%）

合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点温度时，开始从液体中结晶出奥氏体，其数量随温度的下降而增多。温度降到2点时，液体全部结晶为奥氏体。2～S点之间，合金是单一奥氏体相。继续缓冷至S点时，奥氏体发生共析转变，转变成珠光体。727℃以下，P基本上不发生变化。第2章铁碳合金典型合金结晶过程分析图2-9典型合金结晶过程示意图

第2章铁碳合金典型合金结晶过程分析第2章铁碳合金典型合金结晶过程分析第2章铁碳合金典型合金结晶过程分析3.过共析钢的结晶过程（0.77%＜Wc＜2.11%）合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，直至2点结晶终了。在2～3点之间是含碳时为合金Ⅲ奥氏组织。缓冷至3点时，奥氏体中碳的质量分数达到饱和而析出渗碳体（即二次渗碳体）。二次渗碳体沿奥氏体晶界析出而成网状分布。随着温度不断降低，由奥氏体中析出的二次渗碳体愈来愈多且碳的质量分数不断减少，并沿着ES线逐渐降低。3～4点之间的组织为奥氏体＋二次渗碳体。降至4点（727℃）时，奥氏体的成分达到了共析成分（Wc＝0.77％），于是这部分奥氏体发生共析反应，转变为珠光体。第2章铁碳合金

碳的质量分数对铁碳合金组织与性能的影响随着碳的质量分数的增加，合金的室温组织中不仅渗碳体的数量增加，其形态、分布也有变化。因此，合金的力学性能也相应发生变化。图2-10铁碳合金的成分、组织、性能变化规律第2章铁碳合金

铁碳合金图在工业生产中的应用1.在选材方面的应用

2.在铸造生产上的应用

3.在锻压生产上的应用

4.在热处理生产上的应用

【知识梳理与总结】1.铁碳合金的基本组织

通过对五个基本组织“铁素体、渗碳体、奥氏体、珠光体、莱氏体”的介绍，引入铁碳合金的相，了解基本组织的分类和形成过程。其中注意对比各个基本组织的力学性能、组织的成分、以及在实际工业材料中的应用范围。2.铁碳合金相图

铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。—C相图是由一些基本相图组成的,我们可以将—C相图分成上下两个部分来分析。【知识梳理与总结】【知识梳理与总结】

⑴上半部分--共晶转变

在1148、Wc=4.3%的液相发生共晶转变:Lc(AE+C),转变的产物称为莱氏体,用符号Ld表示。存在于1148～727之间的莱氏体称为高温莱氏体,用符号Ld表示,组织由奥氏体和渗碳体组成；存在于727以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体,用符号表示，组织由渗碳体和珠光体组成。

⑵下半部分--共析转变

在727、Wc=0.77%的奥氏体发生共析转变:AS(F+C),转变的产物称为珠光体。共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不是液体。通过一系列铁碳合金相图中，特征线、特征点、相区的介绍，认识材料在不同温度下、不同的成分下、不同的碳的质量分数下，组织的不同、力学性能的区别。

【知识梳理与总结】【知识梳理与总结】典型合金结晶过程