3-3 铁碳合金相图简析（课件）《机械基础》同步精品课堂（高教版·第三版）

3-3 机械工程材料-铁碳合金相图简析 机械基础 同步精品课堂 高等教育出版社（第三版） 1 铁碳合金的基本组织 Fe和C L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 铁碳合金中的组元：Fe、C 铁与碳相互作用形成的主要组织有以下几种： 铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体 金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C 铁碳合金的基本组织 一、铁素体 定义：碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示； 性能：铁素体的塑性、韧性很好（δ=30%～50%、AKU=160～200J／cm2），但强度、硬度较低(σb=180～280MPa，50～80HBS)。其力学性能几乎与纯铁相同。 结构：体心立方结构。 成分：铁素体的溶碳能力很低，室温时溶解度Wc≤ 0.0008％≈0，最大溶解度在727℃，Wc≈0.0218％。 组织：铁素体的组织为多边形晶粒。 体心立方晶格 铁素体 铁碳合金的基本组织 二、奥氏体: 定义：碳溶于 -Fe中的间隙固溶体；用A或  表示。 结构：面心立方晶格， 成分：溶碳能力比铁素体大，在727℃时，wc＝0.77％，最大溶解度在1148℃时，wc≈2.11％。 性能：奥氏体常存在于727℃以上，是铁碳合金中重要的高温相，强度和硬度不高，但塑性和韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。钢材热加工都在 区进行。 组织：为不规则多面体晶粒，晶界较直。 面心立方结构 奥氏体 铁碳合金的基本组织 铁碳合金的基本组织 三、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) 。 成分与性能：渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点为1227℃，硬度很高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、aKU≈0)，脆性大。渗碳体的结构较复杂，硬度高，脆性大，塑性与韧性极低。是钢中的主要强化相，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。有磁性转变。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。 铁碳合金的基本组织 密排六方晶格 渗碳体显微组织 铁碳合金的基本组织 四、珠光体 ( P ) 珠光体：是由铁素体和渗碳体组成的多相组织，用符号P表示。 珠光体中碳的质量分数平均为0.77%，由于珠光体组织是由软的铁素体和硬的渗碳体组成，因此，它的性能介于铁素体和渗碳体之间，即是一种综合力学性能较好的组织。 在珠光体组织中，渗碳体一般呈片状分布在铁素体基体上，铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠，显微组织形态酷似珍珠贝母外壳形纹 五、莱氏体 1、莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。 碳的质量分数为4.3%的液态铁碳合金冷却到1148℃时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的多相组织称为莱氏体，用符号Ld表示。 铁碳合金的基本组织 2、在727℃以下莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为低温莱氏体，用符号Ld′表示。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。其显微组织可以看成是在渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体 ⇄ ⇄ ⇄ 特性点符号 温度/℃ ωc/% 含 义 A C D E G S P 1538 0 纯铁的熔点或结晶温度 1148 4.3 共晶点：发生共晶转变 L4.3→Ld（A2.11+Fe3C） 1227 6.69 渗碳体的熔点 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度点 912 0 同素异构转变点 727 0.77 共析点：发生共析转变 A0.77→P(F0.0218+Fe3C） 727 0.02 碳在α-Fe中的最大溶解 18 度点 铁碳合金相图 特性线含义 特性线 含义 AC CD AE ECF ES GS GP PSK PQ 液体向奥氏体转变的开始线。即：L→A 液体向渗碳体转变的开始线。即：L→Fe3CⅠ AE线 液体向奥氏体转变的终了线 共晶线（ L→A+Fe3C） 又称Acm线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。 即：L→Fe3CⅡ 又称A3线，奥氏体中析出铁素体的开始线 奥氏体向铁素体转变的终了线 共析线（727℃），又称A1线 A→P(F+Fe3C） 碳在铁素体中的溶解度曲线 铁碳合金状态图及其应用 A C D E F G S P Q 1148℃ 727℃ L A L+A 4.3%C 2.11%C 0.0218%C 6.69%C Ld Ld+Fe3CⅠ A+Ld+Fe3CⅡ F A+F P 0.77%C Ld’ K ( P+Fe3C ) P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’+Fe3CⅠ P+F P+Fe3CⅡ ( F+ Fe3C ) A+ Fe3CⅡ L+ Fe3CⅠ ( A+Fe3C ) T° Fe3C 0 Fe 简述碳的质量分数为0.4%和1.2%的铁碳合金从液态冷却至室温时的结晶过程。 典型铁碳合金的结晶过程 1 2 3 4 1）在1点以上为L，到达1点时L A ，在1点到2点之间为L+A，此时L 、A 2）温度到达2点时，L全部转化为A，2点到3点之间全部为A。 3）3点开始部分A Fe3CⅡ 3点到4点之间为A+ Fe3CⅡ 4）温度到达4点时，剩余A P，室温组织：P+ Fe3CⅡ 过共析钢 共析钢 共晶白口铁 亚共晶白口铁 过共晶白口铁 碳素钢 白口铸铁 亚共析钢 工业纯铁 铁碳合金的分类 感谢观看 $$