铁碳合金相图与共析钢结晶过程ppt课件

《铁碳合金相图与共析钢结晶过程ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铁碳合金相图与共析钢结晶过程ppt课件（33页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、铁铁碳合金碳合金相图与共析钢结晶过程相图与共析钢结晶过程1 1、铁碳合金的基本相与性能铁碳合金的基本相与性能2 2、铁碳合金相图与共析钢结晶过程、铁碳合金相图与共析钢结晶过程3 3、含碳量对铁碳合金组织性能的影响、含碳量对铁碳合金组织性能的影响4 4、铁碳合金相图的应用、铁碳合金相图的应用l铁碳合金铁碳合金碳钢碳钢和和铸铁铸铁，是工业应用，是工业应用最广的金属材料。最广的金属材料。l含碳量为含碳量为0.0218%2.11%的称的称钢。钢。l含碳量为含碳量为 2.11%6.69%的称的称铸铁铸铁。l铁和碳可形成一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们都可以

2、作为相图的组元看待。，它们都可以作为相图的组元看待。l含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，合金太脆，已）时，合金太脆，已无实用价值。无实用价值。l实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图相图。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%)铁碳合金相图铁碳合金相图是是研究铁碳合金最研究铁碳合金最基本的基本的工具工具，是是研究碳钢和铸铁研究碳钢和铸铁的的成分成分、温度温度、组织及性能组织及性能之间之间关系的关系的理论基础理论基础,是制定热加工、是制定热加工、热处理、冶炼和热处理、冶炼和铸造等工艺铸造等工艺依据依据.一、铁碳合金的基本相和性能一、铁碳合

3、金的基本相和性能l碳在碳在-Fe中的固溶体称中的固溶体称 -铁素体铁素体，用，用 表示。表示。l都是体心立方都是体心立方间隙固溶体间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低。铁素体的溶碳能力很低,在在727时最大为时最大为0.0218%，室温下仅为，室温下仅为0.0008%。l铁素体的组织为铁素体的组织为多边形晶粒多边形晶粒，性能与纯铁相似性能与纯铁相似。铁素体铁素体l 铁素体：铁素体：l碳在碳在-Fe中的固溶体称中的固溶体称铁素体铁素体,用用F 或或 表示。表示。l 奥氏体奥氏体:l碳在碳在 -Fe中的固溶体称中的固溶体称奥氏体奥氏体。用。用A或或 表示。表示。l是是面心立方面心立方晶格的晶格的间隙固

4、溶体间隙固溶体。溶碳能力比。溶碳能力比铁素体铁素体大，大，1148时最大为时最大为2.11%。l组织为不规则多面体组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。晶粒，晶界较直。强强度低、塑性好度低、塑性好，钢材钢材热加工都在热加工都在A 区进行区进行.l碳钢室温组织中无奥碳钢室温组织中无奥氏体。氏体。奥氏体奥氏体 构转变构转变。同素异构转变属于同素异构转变属于相变之一相变之一固态相变固态相变。l铁的同素异构转变铁的同素异构转变l铁在固态冷却过程中有两次铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：晶体结构变化，其变化为：1394912-Fe -Fe -Fel物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称物质在固

5、态下晶体结构随温度变化的现象称同素异同素异纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变l 渗碳体：渗碳体：即即Fe3C,含碳含碳6.69%,用用Fe3C或或Cm表示。表示。lFe3C硬度高硬度高、强度低强度低(b 35MPa),脆性大脆性大,塑性几乎为塑性几乎为零零lFe3C是一个亚稳相，在一是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨),该反该反应对铸铁有重要意义。应对铸铁有重要意义。l由于碳在由于碳在-Fe中的溶解度中的溶解度很小，因而很小，因而常温下碳在铁常温下碳在铁碳合金中主要以碳合金中主要以Fe3C或或石石墨墨的形式存在的形式存在。铸铁中的石墨铸铁中

6、的石墨钢中的渗碳体钢中的渗碳体三三个个基基本本相相：铁铁素素体体、奥奥氏氏体体和和渗渗碳碳体体。但但奥奥氏氏体体一一般般仅仅存存在在于于高高温温下下，所所以以室室温温下下所所有有的的铁铁碳碳合合金金平平衡衡组织组织中只有中只有两个相两个相，就是，就是铁素体铁素体和和渗碳体渗碳体。五种组织组成物：五种组织组成物：是是构构成成显显微微组组织织的的独独立立部部分分，可可以以是是单单相相，也也可可以以是是两两相相或或者者多相混合物多相混合物。铁素体铁素体 奥氏体奥氏体 渗碳体渗碳体 珠光体珠光体 莱氏体莱氏体珠珠光光体体：共共析析反反应应的的产产物物，是是F F与与FeFe3 3C C片片层层相相间间

7、的的两两相混合物相混合物莱莱氏氏体体：共共晶晶反反应应的的产产物物，高高温温莱莱氏氏体体是是A A与与FeFe3 3C C两两相混合物相混合物,室温莱氏体室温莱氏体是是珠光体珠光体与与FeFe3 3C C的两相混合物的两相混合物二、铁碳合金相图的分析二、铁碳合金相图的分析相图的简化相图的简化l 特征点特征点 L+Fe3C l 特征线特征线l 液相线液相线ACD，固相线固相线AECFl 两条水平线：两条水平线：lECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3Cl共晶产物是共晶产物是A与与Fe3C的机械的机械混合物，称作混合物，称作莱氏体莱氏体,用用Le表示。表示。为蜂窝状为蜂窝状,以以Fe3C为为基，性

8、能硬而脆。基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体lPSK：共析线：共析线 S FP+Fe3Cl共析转变的产物是共析转变的产物是 F与与Fe3C的机械混合物，称的机械混合物，称作作珠光体珠光体，用，用P表示。表示。珠光体珠光体L+Fe3Cl珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。PSK线又称线又称A1线线。l 其它相线其它相线lGSA F 固溶固溶体转变线体转变线,GS又又称称A3 线。线。lES碳在碳在 -Fe中中的固溶线。的固溶线。又称又称Ac m线。线。lPQ碳在碳在-Fe中的固溶线。中的固溶线。l 两个三相区：两个三相区：l即即

9、ECF(L+A+Fe3C)、PSK(A+F+Fe3C)两两条水平线条水平线 l 相区相区l 单相区：单相区：L、A、F、Fe3C l 两相区两相区:L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、A+F、F+Fe3C l 钢钢(0.02182.11%C)高温组织为单相高温组织为单相A l 亚共析钢亚共析钢 (0.02180.77%C)l 共析钢共析钢(0.77%C)l 过共析钢过共析钢 (0.772.11%C)l铁碳合金按铁碳合金按成分成分可分为可分为三类三类：l 工业纯铁工业纯铁(0.0218%C)组织为单相铁素体。组织为单相铁素体。三、三、典型铁碳合金典型铁碳合金的平衡结晶过程的平衡结晶过程l 白口铸

10、铁白口铸铁 (2.116.69%C)铸造性能好铸造性能好,硬而脆硬而脆l 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.114.3%C)l 共共晶晶白白口口铸铸铁铁(4.3%C)l 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.36.69%C)l(一一)共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程 l合合金金液液体体在在1-2点点间间转转变变为为A。到到S点点发发生生共共析析转变：转变：AS FP+Fe3C,A 全全部部转转变变为为珠光体。珠光体。1 1点以上：点以上：L L1 12 2点：点：L LA A2 23 3点：点：A A3 333点：点：A AP P3点以下：点以下：P Pl珠光体珠光体在光镜下呈指纹状在光镜下呈

11、指纹状.l转变结束时，珠光体中相转变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：的相对重量百分比为：l珠光体中的渗碳体称珠光体中的渗碳体称共析共析渗碳体渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 F 中析出中析出Fe3C，与共析，与共析Fe3C结合不结合不易分辨。易分辨。室温组织为室温组织为P。珠光体珠光体l室温下，珠光体中室温下，珠光体中两两相的相对重量百分比相的相对重量百分比是多少？是多少？Q43219l共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程总结：总结：钢的结晶过程钢的结晶过程1、共析钢的结晶过程、共析钢的结晶过程3、过共析钢的结晶过程、过共析钢的结晶过程2、亚共析钢的结晶过程、亚共析钢的结晶过程L L+A

12、 A PL L+A A P相组成物相组成物：F F，FeFe3 3C C LL+A A A+F P+FLL+A A A+F P+F相组成物相组成物：F F，FeFe3 3C CLL+AAA+FeLL+AAA+Fe3 3C CII IIP+FeP+Fe3 3C CII II相组成物相组成物：F F，FeFe3 3C C 四、四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响l 含碳量对室温平衡组织的影响含碳量对室温平衡组织的影响 l含碳量含碳量与缓冷后与缓冷后相相及及组织组成物组织组成物之间的定量关系之间的定量关系为：为：钢钢铁素体铁素体 亚共析钢亚共析钢 过共析钢过共析钢亚共

13、晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%00.0218 0.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体F F+P P P+FeF F+P P P+Fe3 3C CII II P+Fe P+Fe3 3C CII II +L+L L L L L+Fe+Fe3 3C CI I 含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响硬硬度度

14、主主要要决决定定于于组组织织中中组组成成相相或或组组织织组组成成物物的的硬硬度度和和质质量量分分数数,随随碳碳含含量量的的增增加加,由由于于硬硬度度高高的的FeFe3 3C C增增多多,硬硬度度低低的的F F减减少少,合合金金的的硬硬度度呈呈直直线线关关系系增增大大,由由全全部部为为F F的的硬硬度度约约80 80 HBHB增增大大到到全全部部为为FeFe3 3C C时时的约的约800 HB800 HB。强强度度是是一一个个对对组组织织形形态态很很敏敏感感的的性性能能。随随碳碳含含量量的的增增加加,亚亚共共析析钢钢中中P P增增多多而而F F减减少少。P P的的强强度度比比较较高高,其其大大小

15、小与与细细密密程程度度有有关关。组组织织越越细细密密,则则强强度度值值越越高高。F F的的强强度度较较低低。所所以以亚亚共共析析钢钢的的强强度度随随碳碳含含量量的的增大增大而而增大增大。但但当当碳碳质质量量分分数数超超过过共共析析成成分分之之后后,由由于于强强度度很很低低的的FeFe3 3C CII II沿沿晶晶界界出出现现,合合金金强强度度的的增增高高变变慢慢,到到约约0.9%C0.9%C时时,FeFe3 3C CII II沿沿晶晶界界形形成成完完整整的的网网,强强度度迅迅速速降降低低,随随着着碳碳质质量量分分数数的的进进一一步步增增加加,强强度度不不断断下下降降,到到2.11%C2.11%

16、C后后,合合金金中中出出现现LeLe时时,强强度度已已降降到到很很低低的的值值。再再增增加加碳碳含含量量时时,由由于于合合金金基基体体都都为为脆脆性性很很高高的的FeFe3 3C C,强强度度变变化化不不大大且且值值很很低低,趋趋于于FeFe3 3C C的的强强度度(约约20 MPa20 MPa30 MPa)30 MPa)。塑塑性性铁铁碳碳合合金金中中FeFe3 3C C是是极极脆脆的的相相,没没有有塑塑性性。合合金金的的塑塑性性变变形形全全部部由由F F提提供供。所所以以随随碳碳含含量量的的增增大大,F F量量不不断断减减少少时时,合合金金的的塑塑性性连连续续下下降降。到到合合金金成成为为白

17、白口口铸铸铁铁时时,塑塑性性就就降降到到近近于于零零值了。值了。五、铁碳相图的应用五、铁碳相图的应用(1)(1)钢铁选材钢铁选材1 1、需需要要韧韧性性、塑塑性性好好的的（起起重重机机构构架架、输输电电铁铁塔塔）可可选选用用含含碳碳小小于于0.25%0.25%的碳钢的碳钢2 2、需需要要强强度度、韧韧性性都都较较好好（重重要要的的地地脚脚螺螺栓栓、轴轴、齿齿轮轮等等）可可选选用用含含碳碳0.3%0.50.3%0.5%的的钢钢；各各类类弹弹簧簧、板板簧簧需需要要含含碳碳0.5%0.75%0.5%0.75%的钢；的钢；3 3、需需要要耐耐磨磨的的（工工具具、模模具具、轴轴承承类类）可可选选用用含含

18、碳碳0.8%1.3%0.8%1.3%的的钢。钢。(2)(2)在铸造工艺方面的应用在铸造工艺方面的应用1 1、根根据据相相图图可可确确定定合合金金的的浇浇注注温温度度。从从图图中中看看出出，铸铸铁铁的的浇浇注注温温度度比比钢钢低低，所所以以铸铸铁铁的的铸铸造造性性能能大大大大优优于于铸铸钢。钢。2 2、共共晶晶点点C C的的铁铁碳碳合合金金铸铸造造性性能能最最好好。越越是是接接近近共共晶晶点点C C的的铁铁碳碳合合金金结结晶晶温温度度越越低，合金的低，合金的流动性好流动性好。3 3、固固液液线线距距离离近近，偏偏析析倾倾向向小小。(3)(3)在压力加工方面的应用在压力加工方面的应用相图中有很广阔

19、的相图中有很广阔的奥氏体奥氏体区区，面心立方晶格面心立方晶格的高温的高温奥氏体有优良的奥氏体有优良的塑性塑性和较和较好的好的强度强度，塑性变形，塑性变形抗力抗力很很低低，是热锻、热轧极好，是热锻、热轧极好的组织，轧、锻温度一般的组织，轧、锻温度一般选在图中影线部分。选在图中影线部分。（4)4)在焊接方面的应用在焊接方面的应用含含碳碳量量越越低低的的钢钢焊焊接接性性越越好好，含含碳碳量量增增加加时时，随随着着焊焊件件壁壁厚厚的的增增加加，需需要要预预热热和和焊后回火焊后回火处理。处理。在运用在运用Fe-FeFe-Fe3 3C C相图时应相图时应注意注意以下两点：以下两点：Fe-FeFe-Fe3 3C C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态状态,如含有其它元素如含有其它元素,相图将发生变化。相图将发生变化。Fe-FeFe-Fe3 3C C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态相的状态,若冷却或加热速度较快时若冷却或加热速度较快时,其组织转变就其组织转变就不能只用相图来分析了。不能只用相图来分析了。