铁碳合金合金与铁碳相图课件.ppt

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1、工程材料2013年10月第3章铁碳合金与铁碳相图工程材料3.1Fe-Fe3C系合金的组元和基本相3.2Fe-Fe3C相图3.3铁碳合金的平衡结晶3.4含碳量对铁碳合金组织与力学性能的影响3.5钢中的杂质元素3.6金属铸锭宏观组织第3章铁碳合金与铁碳相图重点与难点教学重点教学难点铁碳合金的组元及基本相铁碳相图分析铁碳合金的平衡结晶过程及组织含碳量对铁碳合金组织与力学性能的影响铁碳合金的平衡结晶过程及组织含碳量对铁碳合金组织与力学性能的影响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

2、工艺的制订以及工艺废品原因分析有很重要的指导意义。第3章铁碳合金与铁碳相图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。第3章铁碳合金与铁碳相图Fe-C相图说明Fe3CFe2CFeC温度FeC(6.69%

3、C)3、1、1组元（1）纯铁：介绍铁元素§3.1Fe-Fe3C系合金的组元和基本相同素异构转变——是指金属在结晶成固态以后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生变化的现象，也称同素异晶转变。1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feγ-Feα-Fe纯铁的冷却曲线纯铁的主要力学性能指标：σb=176-274MPaσ0.2=98-166MPaHB=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

4、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

5、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。3.2Fe-C相图与Fe-Fe3C相图铁和碳可形成一系列稳

6、定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。Fe-Fe3C相图的建立FeT°Fe3C点温度碳量含义A15380纯铁熔点B14950.53包晶转变时的液相成分C11484.3共晶点LC---------(AE+Fe3C)≡LdD12276.69Fe3C熔点E11482.11C在γ-Fe中的最大溶解度F11486

7、.69共晶Fe3C成分点G9120γ-Fe-----α-Fe同素异构转变点H14950.09C在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶成分点LB+δH--------AJK7276.69共析Fe3C成分点N13940δ-Fe-----γ-Fe同素异构转变点P7270.0218C在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点AS---------(FP+Fe3C)≡PQ室温0.0008（一）状态图中的特性点二、相图分析主要线温度（℃）含义ACD1538~1227液相线AECF