工程材料第五章-铁碳合金相图及应用课件.ppt

1、 铁碳合金：以铁和碳为基本元素的合金。铁碳合金：以铁和碳为基本元素的合金。钢钢:0.02182.11%C，铸铁大于，铸铁大于2.11%C。低低碳钢碳钢:0.60C。铁与碳可以形成间隙固溶体、化合物铁与碳可以形成间隙固溶体、化合物Fe3C、Fe2C、FeC等。等。铁碳铁碳相图中的组元是相图中的组元是Fe和和Fe3C。第一节第一节 铁碳合金基本相铁碳合金基本相一、一、铁素体铁素体相相 高温铁素体：高温铁素体：固溶体。固溶体。相相 铁素体：铁素体：-Fe中的固溶体，中的固溶体，“F”表示。表示。F的强度、硬度低、塑性好的强度、硬度低、塑性好 溶解度：溶解度：727：0.0218%C；室温：；室温：0

2、.0008%C铁素体的力学性能铁素体的力学性能b180230MPa/m2 7080%0.2100170 MPa/m2 3050%硬度硬度5080HBSak 160200J/m2二、奥氏体二、奥氏体 碳溶于碳溶于-Fe中的固溶体，中的固溶体，“A”表示表示。溶解度：溶解度：1148时时 2.11C。727时时 0.77%C。A（727以上）强度低，易变形加工；以上）强度低，易变形加工；A化是热处理重要步骤。是热处理重要步骤。三、渗碳体三、渗碳体 Fe3C相，由相，由Fe与与C组成一种复杂结构的间隙化合物。组成一种复杂结构的间隙化合物。Fe3C中中C含量含量6.69，熔点高，熔点高，硬而脆，塑性、

3、韧性硬而脆，塑性、韧性几乎为零。几乎为零。Fe3C在钢中的形态：条状、网状、片状、粒状等在钢中的形态：条状、网状、片状、粒状等,对机械性能影响很大。对机械性能影响很大。F0.0218%C0.0218%C的的Fe-CFe-C合金合金板条马氏体板条马氏体(过饱和过饱和F)F+P 0.2%C 0.2%C的的Fe-CFe-C合金合金(20(20钢钢)过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁5.0%C的的Fe-C合金合金 P Fe3C 针状马氏体针状马氏体(过饱和过饱和F)1.0%C的的Fe-C合金合金(T10)第二节第二节 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析一、相图中的三条水平线和三个重要点一、相图

4、中的三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线）包晶转变线HJB，J为包晶点。为包晶点。1495，C%=0.09-0.53%L L+A（2）共晶转变线）共晶转变线ECF,C点为共晶点。点为共晶点。LA（2.11%C）+Fe3C（6.69%C）奥氏体与渗碳体的混和物奥氏体与渗碳体的混和物,称莱氏体。称莱氏体。（3）共析转变线）共析转变线PSK，S点为共析点。点为共析点。在在727,S点成分的点成分的A发生共析反应：发生共析反应：A F +Fe3C（渗碳体）（渗碳体）（0.0218%C）（）（6.69%C）铁素体与渗碳体的混合物铁素体与渗碳体的混合物,称珠光体称珠光体,P表示。表示。珠光体的强度较高珠

5、光体的强度较高,塑性、韧性和硬度介塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间：于渗碳体和铁素体之间：抗拉强度极限抗拉强度极限b 770MPa 延伸率延伸率20%35%硬度：硬度：180 HBP中中F与与Fe3C的质量分数的质量分数 F Fe3C2液固相线液固相线 液相线液相线ABCD 固相线固相线AECF二、二、Fe-CFe-C合金平衡结晶过程合金平衡结晶过程 7种典型种典型Fe-C合金的平衡结晶过程：合金的平衡结晶过程：1.工业纯铁工业纯铁 2.共析钢共析钢3.亚共析钢亚共析钢4.过共析钢过共析钢5.共晶白口铁共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁7.过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 熔点或凝固

6、点：熔点或凝固点：1538；密度密度7.87；两次同素异构转变：两次同素异构转变：1394 A 912 A1 1工业纯铁工业纯铁(C%0.0218%(C%0.0218%）L L+L+L +A A A+F A A+F FF F+FeF+Fe3 3C CIIIIII相组成物：相组成物：F+FeF+Fe3 3C C相相对量：相相对量：F%=FeF%=Fe3 3C%=C%=组织组成物：组织组成物：F F 和和 FeFe3 3C CIIIIII1 1工业纯铁（工业纯铁（C%0.0218%C%0.0218%）相组成物：相组成物：F F 和和 FeFe3 3C C相相对量：相相对量：组织组成物组织组成物 ：

7、P PF Fe3C共析钢的结晶过程如图及金相组织共析钢的结晶过程如图及金相组织 L A A+F A+P+F P+F 相组成物：相组成物：F F，FeFe3 3C C相相对量：相相对量：F%=FeF%=Fe3 3C%=C%=组织组成物：组织组成物：F F、P P P%=F%=P%=F%=L L+A A A+Fe3CII A+P+Fe3CII P+Fe3CII 相组成物：相组成物：F%=FeF%=Fe3 3C%=C%=组织相对量：组织相对量：FeFe3 3C CIIII%=P%=%=P%=LL+Le Le(A+Fe3C)Le(A+Fe3C+Fe3CII)Le(P+Fe3CII+Fe3C)相组成物：

8、相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：组织组成物：P，Le，Fe3CII 相组成物：相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：组织组成物：Le%=Lc%=Fe3C%=含碳量与性能含碳量与性能:C%硬度 C%C%0.9%塑性、韧性：塑性、韧性：C%塑性塑性、韧性、韧性 力学性能力学性能 加工工艺加工工艺建材用钢；汽车零件等建材用钢；汽车零件等 机械零件要求强度、塑性及韧性都较好的材料机械零件要求强度、塑性及韧性都较好的材料,选用碳含量适中的中碳钢。选用碳含量适中的中碳钢。工具要用硬度高和耐磨性好的材料工具要用硬度高和耐磨性好的材料,选碳含量高的钢（选碳含量高的钢（大于大于0.60 C）。白口铸铁

9、硬度高、脆性大，不能切削白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，不能锻造。加工，不能锻造。但耐磨性好，铸造性能好，用于耐磨、但耐磨性好，铸造性能好，用于耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、犁铧、泵体、阀门等。冷轧辊、犁铧、泵体、阀门等。共晶白口铸铁的铸造性能最好共晶白口铸铁的铸造性能最好,凝固温度区间最小凝固温度区间最小,流动性好流动性好,分散缩孔少分散缩孔少,精密铸件选在共晶成分附近。精密铸件选在共晶成分附近。铸钢零件铸钢零件 碳含量碳含量0.15-0.6%之间之间,这个范围内钢的结晶这个范围内钢的结晶温度区间较小温度区间较小,铸造性能较好

10、。铸造性能较好。钢在奥氏体状态时强度较低钢在奥氏体状态时强度较低,塑性较好塑性较好,锻锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻温度为一般始锻温度为11501250,终锻温度终锻温度为为750850。制定钢的热处理工艺（退火、正火、制定钢的热处理工艺（退火、正火、淬火等），需要参照淬火等），需要参照Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图。在热处理工艺方面的应用在热处理工艺方面的应用在运用在运用Fe-Fe3C相图时应注意：相图时应注意：Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态,如含有其它元素如含有其它元素,相图将发生相图将发生变化。变化。Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金的组织状态相图反映的是平衡条件下铁碳合金的组织状态,若快速冷却或加热时若快速冷却或加热时,其其组织状态将有变化。组织状态将有变化。作业：作业：1）T12碳素工具钢是碳的质量分数为 1.2的过共析钢。简述该钢平衡结晶（缓慢冷却）过程并画出其示意图；计算T12钢平衡结晶后组织组成P和Fe3C的相对量（质量分数）；相组成F和Fe3C的相对量。2）某厂要用中碳钢作零件，但仓库的一批碳钢（退火态）却不知其化学成分，经金相观察，组织为 F P，其中F占视野面积的45。问这批钢的含碳量大约为多少？能否使用？