工程材料学 第3章.ppt
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- 工程材料学 第3章 工程 材料
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1、南京航空航天大学Nanjing University of Aeronautics and Astronautics3-1 铁碳合金的组元分析铁碳合金的组元分析 (1) 纯纯Fe组元组元 -Fe (bcc) -Fe (fcc) -Fe (bcc) 同素异构转变同素异构转变 韧性、塑性好韧性、塑性好; 强度低、硬度低。强度低、硬度低。9121394纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的冷却曲线及晶体结构变化( (体心立方体心立方) )( (体心立方体心立方) )( (面心立方面心立方) )1583(2) 渗碳体渗碳体( Fe3C)n具有复杂结构的间隙化合物,具有复杂结构的间隙化合物,Fe原子与原子与
2、C原子原子之比之比3:1。nFe3C熔点高(熔点高(1227),),不发生不发生同素异晶转变。同素异晶转变。nFe3C硬而脆硬而脆,塑性、韧性几乎为零。,塑性、韧性几乎为零。n室温平衡状态下,铁碳合金中的碳大多以室温平衡状态下,铁碳合金中的碳大多以Fe3C形式存在。形式存在。3-2 Fe-Fe3C相图分析相图分析3-2-1 五个基本相五个基本相SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Fe-Fe3C五个基本相五个基本相之一之一(1) 液相液相L液相液相L是铁与碳的液溶体。是铁与碳的液溶体。(2) 相相n碳在碳在-Fe中的间隙固溶体,呈
3、体心立方中的间隙固溶体,呈体心立方晶格,在晶格,在1394以上存在。以上存在。n称为称为固溶体,又称固溶体,又称高温铁素体高温铁素体。n碳在碳在-Fe中的最大溶解度为中的最大溶解度为1495时的时的0.09%(H点点)。)。Fe-Fe3C五个基本相五个基本相之二之二Fe-Fe3C五个基本相五个基本相之三之三(3) 相相 n碳在碳在-Fe中的间隙固溶体,呈面心立方中的间隙固溶体,呈面心立方晶格。晶格。n常称常称奥氏体奥氏体,用符号,用符号A表示表示.n奥氏体中碳的固溶度较大,在奥氏体中碳的固溶度较大,在1148时时碳溶量最大达碳溶量最大达2.11%(E点点)。)。n奥氏体的强度较低,硬度不高,易
4、于塑奥氏体的强度较低,硬度不高,易于塑性变形。性变形。(4) 相相n碳在碳在-Fe中的间隙固溶体,呈体心立方中的间隙固溶体,呈体心立方晶格。晶格。n也称也称铁素体铁素体,用符号,用符号F 或或表示。表示。n碳在碳在-Fe中的最大溶解度为中的最大溶解度为727时的时的0.0218%(P点点)。)。n 强度、硬度低;塑性好。强度、硬度低;塑性好。Fe-Fe3C五个基本相五个基本相之四之四(5) Fe3C相相n 是一个是一个化合物相化合物相,渗碳体根据生成条,渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形件不同有条状、网状、片状、粒状等形态,是钢中主要的强化相,对铁碳合金态,是钢中主要的强化相,
5、对铁碳合金的力学性能有很大影响。的力学性能有很大影响。n由于由于Fe3C是是稳定化合物稳定化合物, Fe3C相区在相区在碳的质量分数为碳的质量分数为6.69%的成分垂线上的成分垂线上(DFK)。)。Fe-Fe3C五个基本相五个基本相之五之五SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%3-2-2 特性点特性点【A点点】SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【B点点】 ASPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【C点
6、点】Fe CSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【D点点】Fe C的熔点。的熔点。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【E点点】Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【G点点】Fe -Fe同素异构转变。同素异构转变。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【H点点】 Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。S
7、PNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【J点点】 LB + HAJSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【N点点】 -Fe -Fe同素异构转变点。同素异构转变点。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【P点点】碳在碳在-Fe中的最大溶解度。中的最大溶解度。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%【S点点】共析点,共析点,ASFP+Fe3CSPNJ
8、HGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【Q点点】600-Fe中的溶解度。中的溶解度。n(室温,(室温, -Fe中的溶解度)中的溶解度)(1) 三条水平线三条水平线(三个重要点三个重要点)3-2-3 特性线特性线SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【线线1】包晶点包晶点J与包晶转变线与包晶转变线HJBn1495 ,C%=0.17 LB+HAJ n即即 L0.53+ 0.09 A0.17n包晶反应生成碳在包晶反应生成碳在-Fe中的间隙固溶体,中的间隙固溶体,即奥氏体组织,用
9、即奥氏体组织,用A表示。表示。n碳的质量分数碳的质量分数0.09%0.53%的铁碳合的铁碳合金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【线线2】共晶点共晶点C与共晶转变线与共晶转变线ECFn1148 ,C%=4.3%,LC AE + Fe3CF (共晶渗碳体)(共晶渗碳体)nL4.3 A2.11+Fe3C6.69n共晶反应产物是奥氏体共晶反应产物是奥氏体(A)与与渗碳体渗碳体(Fe3C)的机械混合物,称为的机械混合物,称为莱氏体莱氏体组织组织(Ld)。n碳的质量分数
10、在碳的质量分数在2.11%6.69%间的铁碳合间的铁碳合金,在平衡结晶过程中均发生共晶反应。金,在平衡结晶过程中均发生共晶反应。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【线线3】共析点共析点S与共析转变线与共析转变线PSKA1线线727 ,C%=0.77% AS FP+Fe3C(共析渗碳体)(共析渗碳体)A0.77 F0.0218+Fe3C共析反应产物是共析反应产物是铁素体铁素体与与渗碳体渗碳体的机械混合物,的机械混合物,称称珠光体珠光体,以,以P表示。表示。在显微镜下珠光体形态呈片状。在放大倍数很高在显微镜下珠光体形态呈片状。在
11、放大倍数很高时,可清楚看到相间分布的渗碳体片时,可清楚看到相间分布的渗碳体片(窄条)(窄条)与与铁素体铁素体(宽条)(宽条)。珠光体的强度较高,塑性、韧。珠光体的强度较高,塑性、韧性和硬度介于性和硬度介于Fe3C和和F之间。之间。碳的质量分数碳的质量分数0.0218%6.69%的铁碳合金,在的铁碳合金,在平衡结晶过程中均发生共析反应。平衡结晶过程中均发生共析反应。PSK线亦称线亦称A1线。线。(2) 液固相线液固相线固相线固相线AHJECFSPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q液相线液相线ABCD(3) 溶解度线溶解度线SPNJ
12、HGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【ES线线】ES线线:碳在奥氏体:碳在奥氏体A中的固溶线中的固溶线Acmn1148 ,2.11%(E);n727 ,0.77% (S)n碳的质量分数大于碳的质量分数大于0.77%的铁碳合金自的铁碳合金自1148冷至冷至727的过程中,将从的过程中,将从A中析出中析出Fe3C,称为,称为二次渗碳体二次渗碳体(Fe3C)。)。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q【PQ线线】PQ线线:碳在铁素体:碳在铁素体F中的固溶线中的固溶线n727
13、,0.0218%n室温,室温,0.0008%。n铁碳合金自铁碳合金自727冷至室温的过程中,冷至室温的过程中,将从将从F中析出中析出Fe3C,称为,称为三次渗碳体三次渗碳体(Fe3C)。)。Fe3C数量极少,往往予数量极少,往往予以忽略。以忽略。(4) GS线线A3线线合金冷却时自奥氏体合金冷却时自奥氏体A中开始析中开始析出铁素体出铁素体F的开始线;的开始线;或者或者,加,加热时热时F溶入溶入A的终了线。的终了线。SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3C+ Fe3CKFD FeFe3CC%Q3-3 铁碳合金平衡结晶分析铁碳合金平衡结晶分析 3-3-1铁碳合金的分类铁碳
14、合金的分类 根据根据Fe-Fe3C相图,铁碳合金可分为相图,铁碳合金可分为三类三类: (1) 工业纯铁工业纯铁wc 0.0218% (2) 钢钢0.0218% wc 2.11% (3) 白口铸铁白口铸铁2.11% wc 6.69% 工业纯铁室温平衡组织为工业纯铁室温平衡组织为铁素体铁素体(F),呈白色),呈白色状。强度低、硬度低,不宜用作结构材料。状。强度低、硬度低,不宜用作结构材料。钢的共同特点:高温下都有塑性良好的钢的共同特点:高温下都有塑性良好的奥氏体奥氏体(A)组织,适合于压力加工。组织,适合于压力加工。白口白口铸铸铁因为在高温时都有脆性的铁因为在高温时都有脆性的共晶莱氏体共晶莱氏体,
15、所以不能进行锻压;但共晶成分合金的流动性好,所以不能进行锻压;但共晶成分合金的流动性好,适合于铸造。适合于铸造。 3-3-2 典型合金的结晶典型合金的结晶(1) 工业纯铁工业纯铁工业纯铁工业纯铁 wc 0.0218%SPNJHGECBA+ Fe3C+ +L+ L+ LL+ Fe3CKFD FeFe3CQ wc=0.01%1234567匀晶转变匀晶转变同素异构转变同素异构转变同素异构转变同素异构转变三次渗碳体三次渗碳体Fe3CIIFe3CIII相组成物:相组成物: Fe3C ;F 相相对量:相相对量: 组织组成物:组织组成物:F(等轴晶)和(等轴晶)和Fe3CIII(小片状)(小片状)%1000
16、008. 069. 669. 6%Fx%1000008. 069. 60008. 0%CFe3x工业纯铁组织金相图工业纯铁组织金相图(2) 共析钢共析钢 wc=0.77%123匀晶转变匀晶转变共析转变共析转变相组成物:相组成物:F和和Fe3C 组织组成物组织组成物 : P (层片状层片状) 100%88%10069. 677. 069. 6%F%12%88%100%CFe3共析钢金相共析钢金相组织组织图图(3)亚亚共析钢共析钢(0.0218%C%0.77%) wc=0.45%【简化处理简化处理】不考虑包晶反应。不考虑包晶反应。1以上以上12233444相中析相中析出出相相共析反应:共析反应:铁
17、素体铁素体Fe3C先共析铁素体先共析铁素体先共析先共析FP亚共析钢组织金相图亚共析钢组织金相图先共析铁素体先共析铁素体珠光体珠光体相组成物相组成物:F,Fe3C相相对量:相相对量:组织组成物:组织组成物:F、P%10069. 669. 6%F1x%10069. 60%CFe13x%1000218. 077. 00218. 0%P1x%P1%F(4) 过共析钢过共析钢(0.77%C%2.11%) wc=1.2%沿沿A晶界析晶界析出出Fe3CII共析反应:共析反应:铁素体铁素体Fe3C (P)Fe3CIIP过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图相组成物:相组成物:F,Fe3C 组织组成物:组织组成物
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