第4讲铁碳合金基本组织及铁碳合金相图分析.docVIP

授课章节 铁碳合金 授课时数 3 教学目 的与要求 掌握有关合金的基本概念及结晶规律 了解常用铁碳合金的结晶过程 掌握碳对铁碳合金的组织和性能的影响 难点 相、固溶体、金属化合物、合金相图 重点 合金的内部结构对力学性能的影响 钢的结晶过程，碳对铁碳合金的组织和性能的影响 授课方式 课堂讲授 第三章 铁碳合金 1、铁素体（F） 铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。 由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是几乎不含碳的纯铁。 性能：σb =180～230Mpa HB=50～80 δ=30～50% φ=70～80% ak=156～196J·cm-2 显微镜下观察，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。 2、渗碳体（Fe3C） 渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。 含碳量为6.69% 性能：HB=800，硬度很高，脆性极大，是钢中的强化相。 显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽。 渗碳体在一定条件下可以分解出石墨， 3、奥氏体（A） 奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。 γ-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃）。 由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。 显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。 性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织。 4、珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体。 珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。 显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因此得名。 性能：σb =750Mpa HB=160～180较高 δ=20～25% φ=30～40%适中 5、莱氏体（Ld） 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。 铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发生共晶转变，生成高温莱氏体。合金继续冷却到727℃时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体。统称莱氏体。 第二节 铁碳合金相图分析 各主要线的意义： 相图中的线是把具有相同转变性质的各个成分合金的开始点和终了点，分别用光滑曲线连接起来得到的，代表了铁碳合金内部组织发生转变的界限。 ①ACD线—液相线 ②AECF线—固相线 ③AC线—奥氏体结晶开始线 ④AE线—奥氏体结晶终了线 ⑤GS线—铁素体析出开始线 ⑥GP线—铁素体析出终了线 ⑦PQ线—Fe3CⅢ析出线 ⑧ES线—Fe3CⅡ析出线 ⑨PSK线—共析线 ⑩CD线—一次渗碳体结晶开始线 ⑾ECF线—共晶线 总结： 1、相区与相区内的组织不一样； 2、对于每个相区，不论温度成分怎么变，其组织种类不变，但相的成分和相对量可能变化； 3、相图左侧两个单相固溶体： á-Fe、 γ-Fe ；相区右侧一个单相Fe3C，之间为上述固溶体组成的两相共存区； 4、共析点、共析线 5、共晶点、共晶线 第三节典型铁碳合金的结晶过程 一、共析钢的结晶过程 图中表示共析钢（Wc＝0.77％），合金在1点以上为液体（L），当缓冷至稍低于1点温度时，开始从液体中结晶出奥氏体（A），A的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（P）。727以下，P基本上不发生变化。故室温下共析钢的组织为P。共析钢的结晶过程如下图所示。 二、亚共析钢的结晶过程 图中合金表示亚共析钢。合金在1点以上为液体。缓冷至稍低于1点，开始从液体中结晶出奥氏体，冷却到2点结晶终了。在2～3点区间，合金为单一的奥氏体组织，当冷却到与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出时，就会将多余的碳原子转移到奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量增加。沿着GS线变化。当温度降至4点（727）时，剩余奥氏体含碳量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件，转变为珠光体。原铁素体不变保留了在基体中。4点以下不再发生组织变化。故亚共析钢的室温组织为铁素体＋珠光体。亚共析钢的结晶过程如图3－8所示。 三、过共析钢的结晶过程 图中合金表示过共析钢。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奥氏组织。缓冷至3点时，奥氏体中开始沿晶界析出渗碳体（即二次渗碳体）。随着温度不断降低，由奥氏体中析出的二次渗碳愈来愈多，而奥氏体中的含碳量不断减少，并沿着ES线变化。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，于是这部分奥氏体发生共析反应，转变为珠光体