第3章铁碳合金合金与铁碳相图讲义.pptVIP

工程材料;第3章 铁碳合金与铁碳相图;3.1 Fe-Fe3C系合金的组元和基本相;重点与难点; 碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解和掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因分析有很重要的指导意义。 ;铁和碳可以形成一系列的化合物：Fe3C、Fe2C、FeC等，由于钢中的含碳量最多不超过2.11%,铸铁中的含碳量最多不超过5%,所以在研究铁碳合金相图时一般仅研究Fe-Fe3C部分(碳含量不超过6.69%)。 铁碳合金中的碳存在形式：渗碳体Fe3C和石墨。在通常情况下，碳以Fe3C形式存在。但Fe3C是一个亚温相，在一定条件下可以分解为更稳定的Fe和石墨。 所以，铁碳相图就有Fe-Fe3C和Fe-石墨两种形式，本章只研究前一种。 ;Fe-C相图说明;3、1、1 组元 （1）纯铁：介绍铁元素 ;1394℃;纯铁的主要力学性能指标： σb = 176-274 MPa σ0.2= 98-166 MPa HB= 50-80 纯铁具有良好的塑性、韧性，但强度、硬度太低，故工业上应用很少,多用铁碳合金。;（2）Fe3C（渗碳体） 是铁与碳形成的间隙化合物Fe3C，含碳量为6.69%,用符号Cm表示,也是铁碳相图中的重要基本相。 渗碳体的晶体结构非常复杂，在此不作介绍。 渗碳体的性能：具有很高的硬度，约为800HB ;塑性很差，延伸率接近于零；在低温下具有一定的铁磁性，但在230℃以上这种磁性就消失了。所以， 230℃是渗碳体的磁性转变温度，称为A0转变；渗碳体的熔点为1227℃。 ;3、1、2 基本相 Fe-Fe3C相图中除了高温时存在的液相L，化合物相Fe3C外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： （1）高温铁素体（ δ ）：碳溶于δ-Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号δ表示。 （2）铁素体（ F或a ）：是碳溶于a-Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号F或a表示。铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。其力学性能与工业纯铁相当。;3、1、2 基本相 （3）奥氏体（ A或γ ）：是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为面心立方晶格，用符号 A或γ表示。奥氏体的强度、硬度低，塑性、韧性高。在铁碳合金平衡状态时，奥氏体为高温下存在的基本相，也是绝大多数钢种进行锻压、轧制等加工变形所要求的组织。 注意：δ和a 是相同的合金相，都是碳在体心立方的铁中的间隙固溶体，仅是存在温度区间不同，溶解度不同。 ;3.2 Fe-C相图与Fe-Fe3C相图 ; ;;点 ;;二、相图分析;相图分析;;(1) Fe-Fe3 C相图的组元;（三）相图中的相区; Fe;莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。;高温莱氏体和低温莱氏体。奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称高温莱氏体，用符号Ld或（A+Fe3C）表示。由于其中的奥氏体属高温组织，因此高温莱氏体仅存于727℃以上。高温莱氏体冷却到727℃以下时，将转变为P珠光体和渗碳体机械混合物（P+Fe3C）,称低温莱氏体，用Ld表示。莱氏体含碳量为4.3%。由于莱氏体中含有的渗碳体较多，故性能与渗碳体相近，即极为硬脆。 ;珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。珠光体中的渗碳休也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体. 用符号P表示，含碳量为ωc＝0.77％。在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多. ; 球化退火?：球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为淬火作准备。;;简化的Fe-Fe3C相图;3.3、铁碳合金的平衡结晶;1、工业纯铁在平衡状态下的结晶过程;合金液体在1～2点间转变为?，3～4点间?→?，5～6点间?→?。到7点，从?中析出Fe3C。;随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+Fe3CⅢ。 室温下Fe3CⅢ最大量为: ;2、共析钢在平衡状态下的结晶过程;;