[工学]5第二章223.ppt

铁碳合金指铁和碳的合金系列，铁的溶碳量有限，所以铁和碳能形成一系列金属化合物，如：Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都具有稳定的熔点，可以作为纯组元。工业上当含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，形成的合金脆性大，已失去实际使用价值。所以讨论铁碳合金相图实际是讨论铁碳合金中Fe-Fe3C相图。 简化的Fe - Fe3C相图 简化的Fe - Fe3C相图 铁素体组织金相图 奥氏体: Austenite 奥氏体组织金相图 渗碳体组织金相图 三个重要反应： 包晶反应： L0.53+δ0.09→ ? 0.17 LB+δH→ ? J 由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一定成分新固相的反应称包晶反应。 共析反应 A0.77→（F0.0218+ Fe3C6.69） AS→（ FP+ Fe3Ck ） 共析转变的产物是F与Fe3C 的机械混合物，称作珠光体Pearite，用P表示。 A0.77→P0.77 ?b=770MPa δ=20%～35% HBS=180 ak =3×105 J/m2～? 4×105 J/m2 2. 典型铁碳合金的平衡结晶过程 室温下组成相的相对质量为： 亚共析钢室温下的组织为F+P。P呈层片状，F呈白色块状或网状。 在0.0218-0.77%C范围内珠光体的量随含碳量的增加而增加。 图为45钢的平衡组织  相组成为：?? Fe3C  组织组成为：? +P 亚共析钢的含碳量可以利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比进行近似估算：C%=P面积%×0.77% 两个粗略处理： 1、忽略? 中的含碳量， 2、P和F密度相近，所以面积百分比近似于质量百分比。 室温下两相的相对质量百分比为： 过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。P呈层片状， Fe3C Ⅱ呈白色网状。 Fe3CⅡ量随含碳量增加而增加，当含碳量为2.11%时， Fe3CⅡ量最大，为： w(c)= 4.30%合金冷却到C点发生共晶反应，全部转变为莱氏体(Le)。莱氏体是共晶? 与共晶Fe3C的机械混合物，呈蜂窝状。 Fe3C为白色基体。 共晶转变结束时，两相的相对质量为: 室温下两相的相对质量为： 自1点起L中结晶出初生? ，至2点时L的成分变为4.3%，? 成分变为2.11%。 2- 2’点4.3% 成分的L发生共晶反应，转变为Le，?不变化。 2’-3之间, ? 成分沿ES线变化，初生?中析出Fe3CⅡ 。 温度降到3点，? 成分达到0.77%, 3-3’点? 发生共析反应，转变为珠光体P。 2点以下，共晶体Le的变化同共晶白口铸铁，全部转变为Le’。 过共晶白口铸铁的平衡结晶过程： 1-2点间从液相中析出Fe3C，这种渗碳体称为一次渗碳体，用 Fe3CⅠ表示，呈粗条状。到2点，剩余的液相成分变到C点并恒温转变为Le。 2点以下, Fe3CⅠ成分质量不再发生变化， Le变化同共晶白口铸铁，室温组织为：Fe3CⅠ+Le’。 组织组成与相组成标注区别主要在?+Fe3C和?+Fe3C两个相区。?+Fe3C相区中分四个组织组成物区，?+Fe3C相区中分七个组织组成物区。 组织组成物在简化Fe-Fe3C相图上的标注 3. 铁碳合金成分—组织—性能关系 含碳量与相组成关系如上图所示。 w(c) %↑→W(F) %↓，w(Fe3C)↑。 含碳量与组织组成关系如上图所示。 随w(c) %↑，组织变化： F、F+P、P、P+Fe3CⅡ 、P+Ld’+Fe3CⅡ 、 Ld’ 、 Ld’+Fe3CⅠ、 Fe3CⅠ。 含碳量与机械性能的关系如下图所示。 硬度随含碳量增加呈线性增加。 塑性、韧性：随C%↑而↓。 强度是一个对组织形态很敏感的性能。随含碳量的增加，亚共析钢中珠光体增多而铁素体减少。珠光体的强度比较高，其大小与细密程度有关。组织越细密，则强度值越高。铁素体的强度较低。所以亚共析钢的强度随碳质量分数的增大而增大。但当含碳量超过共析成分之后，由于强度很低的二次渗碳体沿晶界出现，合金强度的增加变慢，到w(C) =0.9% 时最大。再增加碳含量，由于组织中二次渗碳体沿晶界形成完整的网，强度迅速降低 ，随着含碳量的进一步增加，强度不断下降。w(C) ＞2.11%，组织中有以Fe3C为基的Le’,合金太脆，强度值很低，变化不大。 含碳量对工艺性能的影响 ① 切削性能: 中碳钢合适。 ② 可锻性能: 低碳钢好。 ③ 焊接性能: 低碳钢好。 ④ 铸造性能: 共晶合金好。 模锻 切削加工的基本形式 铸造 焊缝组织 w(c)=0.01%工业纯铁的组织 室温组织