金属材料与热加工工艺3

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1、第三章铁碳合金相图第一节铁碳合金的组元及基本相第二节Fe-Fe3C相图第三节含碳量对碳钢组织与性能的影响第一节铁碳合金的组元及基本相一、纯铁及其同素异构转变(重结晶)1394°C912°Cbccfccbccδ-Feγ-Feα-Fe纯铁的力学性能特点：强度、硬度低，塑性、韧性好，一般不用于结构件。磁性转变：770°C以上无磁性770°C以下有磁性二、铁碳合金中的基本相Fe和CL相：液态下无限互溶、成分均匀固溶体相：C溶于Fe中形成F、A等金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C铁碳合金中的组元：Fe、C铁碳合金中的相：液相L、α、γ和δ固溶体、Fe3C金属化合物在铁碳合金中碳既可溶入α–Fe、γ-

2、Fe，也可以溶入δ-Fe，形成不同的固溶体。1）铁素体体心立方结构碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示；铁素体的组织为多边形晶粒，其力学性能几乎与纯铁相同。铁素体铁素体的溶碳能力很低，为体心立方晶格；2）奥氏体:碳溶于-Fe中的间隙固溶体；用A或表示。面心立方晶格，溶碳能力比铁素体大；组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在区进行。奥氏体面心立方结构3、渗碳体（Fe3C）定义：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化相，高温下可分解，Fe3C→3Fe+C(石墨)。特点：含碳量为6.69%，晶格构造十分复杂。性能很硬很脆，而塑性和韧性极低，伸长率和冲击韧性几

3、乎为零，在钢中主要起强化作用，不能单独应用。第二节铁碳合金状态图铁和碳可形成一系列稳定化合物：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。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→一、Fe-Fe3C相图的建立1.配制不同成分的铁碳合金，加热后缓慢地冷却，记录数据，绘制它们的冷却曲线（时间、温度）；2.从冷却曲线上找出临界点，并画到成分—温度坐标中；3.相同意义的点连接起来。Cu-Ni合金相图的建立过程Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃L

4、AL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)二、铁碳合金状态图的分析1.特性点⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++(3)钢、铁分界点E（2.11%C）(1)共晶点C1148℃,4.3%C共晶成分反应式：Lc→(AE+Fe3C)共晶体，即高温莱氏体Ld;(2)共析点S727℃0.77%C共析成分反应式:As→

5、(Fp+Fe3C共析)共析体，即珠光体;⒉特征线⑴液相线—ABCD，固相线—AHJECF⑵三条水平线：LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++727℃⑶其它相线GS,GP—⇄固溶体转变线,GS又称A3线。HN,JN—δ⇄固溶体转变线，ES—碳在-Fe中的固溶线。又称Acm线。PQ—碳在-Fe中的固溶线。LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++⑶三个三相区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平线⒊相区⑴五个单相区：L、、、、Fe3C⑵七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C

6、、+、+Fe3C4.铁碳合金分类（1）工业纯铁<0.0218%C亚共析钢<0.77%C（2）碳钢共析钢0.77%C过共析钢>0.77%C亚共晶白口铸铁<4.3%C（3）白口铸铁共晶白口铸铁4.3%C过共晶白口铸铁>4.3%C三、典型铁碳合金的结晶过程11珠光体1)共析钢的结晶过程室温组织为：P（F+Fe3C）112)亚共析钢的结晶过程L→L+A→A→A+F先共析AS(0.77%C)→P室温组织为：P+F亚共析钢室温下的组织为F+P。在0.0218~0.77%C范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。含0.45%C钢的组织含0.20%C钢的组织含0.60%C钢的组织利用杠杆定律，可以计算出

7、含碳量为0.40%的亚共析钢，在室温下组织组成物和相组成物的相对含量。113)过共析钢的结晶过程含1.4%C钢的组织室温组织：P+Fe3CⅡ11补充：工业纯铁的结晶过程4）共晶白口铁结晶过程L共晶反应→Ld（AE+Fe3C共晶）AE→Fe3CⅡ剩余A为ASAS→P(FP+Fe3C)室温组织为：Le‘115）亚共晶白口铁的结晶过程室温组织为P+Fe3CⅡ+Le’。116）过共晶白口铁的结晶过程室温组