《工程材料与金属热加工》 课件 项目3 铁碳合金相图

项目3铁碳合金相图

铁碳合金相图分析铁碳合金相和组织组成纯铁及其同素异构转变学习目标与技能要求1．掌握Fe-Fe3C相图，理解相图中各点、线、区的意义，利用相图进行典型合金的结晶过程分析。2．掌握典型铁碳合金的平衡结晶过程和组织特点。3．掌握铁碳合金成分、组织、性能三者之间的关系，掌握铁碳相图的应用。金属的多晶型性（同素异构现象）多晶型转变（同素异构转变）纯铁的同素异构转变1394℃912℃δ-Fe

γ-Fe α-Febccfccbcc符合形核、长大的结晶规律固态金属在不同的温度和压力范围内，具有二种或二种以上晶格结构的现象转变过程恒温、可逆

§1

纯铁及其同素异构转变纯铁的同素异构转变

纯铁的成分及性能纯铁（工业纯铁）：含杂质0.10%～0.20%性能及组织：

σb=180～230MPa

σ0.2=100～170MPa

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

Ak=128～160J

HBS=50～80铁素体（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体

晶格结构：bcc

最大溶解度：0.02%（727℃）

性能组织：

σb=180～230MPa

σ0.2=100～170MPa

HBS=50～80

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

ak=160～200J/cm2δ-铁素体：碳溶于δ-Fe中所形成的间隙固溶体

最大溶解度：0.09%（1495℃）

§2铁碳合金的相和组织组成奥氏体（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体晶格结构：fcc

最大溶解度：2.11%（1148℃）（高温组织）

性能组织：

σb≈400MPa

HBS=170～220

δ=40%～50%

高塑性、无磁

渗碳体（Fe3C）：Fe与C所形成的金属化合物晶格结构：复杂正交性能：σb≈30MPa

HBS=800

δ≈0

ψ≈0

硬而脆（耐磨性好）亚稳定：Fe3C

3Fe+C（石墨）

合金渗碳体：(Fe、Me)3C Fe3(C、N)或Fe3(C、B)

石墨碳晶格结构：简单六方性能:

加工性能机械性能高温

珠光体（P）F与Fe3C所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%）性能组织：

σb≈750MPa

HBS=180

δ≈20%～25%

ak=30～40J/cm2

综合性能莱氏体（）A与Fe3C所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%）性能组织：硬而脆ABCDFENGPSKQJHA(γ)LF(α)δFe-Fe3C亚稳平衡相图T(℃)wC（%）FeFe3C

4+2个单相区

7个双相区相区6.69%

§3铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3CH：0.09%1495℃J：0.17%1495℃B：0.53%1495℃2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%0.0008%包晶反应(0.09～0.53)共晶反应(2.11～6.69)共析反应(0.02～6.69)基本转变铁碳合金相图分析ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3C1538℃1227℃912℃2.11%6.69%0.02%0.0008%1394℃A—

Fe熔点D

—Fe3C熔点N—同素异构转变点G

—同素异构转变点H—

c在δ

最大溶解度点E

—

c在A

最大溶解度点P

—

c在F

最大溶解度点Q

—

c在F

中室温溶解度点铁碳合金相图分析J包晶点C共晶点S共析点重要点ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3C132一次渗碳体Fe3CⅠABCDAHJECFCD液相线的一部分1148℃固相线液相线T铁碳合金相图分析HJB包晶线ECD共晶线PSK共析线重要线ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3CA3AcmGS（A3）F和A两相平衡线Fe3C和A两相平衡线C

在A

溶解度曲线1148℃，AE

=A2.11TAX+Fe3C727℃AS=A0.77二次渗碳体Fe3CⅡ铁碳合金相图分析重要线ES（Acm）PSK（A1）A1ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃1495℃ALFδwC（%）FeFe3CA3Acm？

Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、

Fe3CⅢ

有何异同Fe3C和F两相平衡线C在F

溶解度曲线727℃，FP

=F0.0218TFX+Fe3C室温℃FQ=F0.0008三次渗碳体Fe3CⅢPQ铁碳合金相图分析重要线A1ABCDFENGPSKQJH1148℃727℃ALFδwC（%）FeFe3CA3AcmA1ECF共晶线TAX+Fe3CⅡA0.77+Fe3CⅡ727℃+Fe3CⅡ铁碳合金相图分析重要线2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工业纯铁共析钢亚共析钢过共析钢亚共晶白口铁过共晶白口铁共晶白口铁钢铸铁ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%铁碳合金分类共析钢[wc=0.77%]ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320铁碳合金的结晶过程分析共析钢[wc=0.77%]室温平衡组织:100%P（F和Fe3C）组成相的质量分数为：铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%亚共析钢[0.0218%<wc<0.77%]13204铁碳合金的结晶过程分析0.20%C组成相的质量分数为：室温平衡组织:F+P，其相对量为：0.40%C亚共析钢[0.0218%<wc<0.77%]铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%1320过共析钢[0.077%<wc<2.11%]4铁碳合金的结晶过程分析硝酸酒精侵蚀苦味酸侵蚀室温平衡组织:P+Fe3CⅡ

，其相对量为：过共析钢[0.077%<wc<2.11%]铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%120共晶白口铁[wc=4.3%]铁碳合金的结晶过程分析共晶白口铁[wc=4.3%]室温平衡组织:100%铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%130亚共晶白口铁[2.11%<wc<4.3%]24铁碳合金的结晶过程分析亚共晶白口铁[2.11%<wc<4.3%]室温平衡组织:P+Fe3CⅡ+铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%13024过共晶白口铁[4.3%<wc<6.69%]铁碳合金的结晶过程分析过共晶白口铁[4.3%<wc<6.69%]室温平衡组织:

+Fe3C铁碳合金的结晶过程分析ABCDFENGPSKQJHALFδFeFe3C铁碳合金平衡组织含碳量对铁碳合金组织和性能的影响相组成物相对量组织组成物相对量项目碳钢

亚共析钢共析钢过共析钢含碳量0.02%

0.77%

2.11%各种组织的相对量工艺性能力学性能应用结构用钢工具用钢切削性能焊接性能铸造性能锻造性能强度塑性硬度韧性钢的成分、