FeC相图解析实用教案

《FeC相图解析实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FeC相图解析实用教案（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、改变物质状态压力成分温度相图：物质(wzh)的状态和温度、压力、成分之间的关系的简明图解；由于涉及的材料一般为凝聚态，压力影响小，所以通常的相图是指在恒压下物质(wzh)的状态与温度、成分之间的关系图。第1页/共25页第一页，共26页。纯铁的的同素异晶转变(zhunbin)1394 C912 C体心立方面心立方体心立方 - Fe - Fe - Fe一 Fe - C相图(xin t)的基础知识第2页/共25页第二页，共26页。 铁碳合金相图对于了解钢铁材料平衡状态下的组织和性能有重要意义。对于制定钢铁材料的铸、锻、焊及热处理等工艺有直接的指导意义。 铁和碳两个组元不仅能形成各种固溶体相而且可以产

2、生一系列的化合物。如，Fe3C、Fe2C、FeC等。这样一来，Fe-C二元合金相图就可以看成是由Fe-Fe3C ；Fe3C-Fe2C；Fe2C-FeC；FeC-C四个二元相图组成。 但是对于wc6.69的铁碳合金，因其力学性能很差，在机械工程中没有使用价值。因此(ync)，Fe-C合金相图实际上只有Fe-Fe3C相图是我们讨论的对象。Fe-Fe3C相图对于了解碳素钢和白口铸铁及工业纯铁的显微组织与温度关系是很直观的。Fe-C相图(xin t)与Fe-Fe3C相图(xin t)第3页/共25页第三页，共26页。Fe3CFe2CFeC温度FeC(6.69%C)第4页/共25页第四页，共26页。第5

3、页/共25页第五页，共26页。 铁的固溶体 碳溶解(rngji)于铁或铁中形成的固溶体为铁素体（ F或 ）；最大溶解(rngji)度0.0218. 碳溶解(rngji)于铁中形成的固溶体为奥氏体（ A或 ）；最大溶解(rngji)度2.11. Fe3C（渗碳体） 渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的一种化合物，含碳量为6.69。Fe-Fe3C合金(hjn)中的相第6页/共25页第六页，共26页。 含碳量小于2.11的合金为碳钢，含碳量大于2.11的合金为白口铸铁。所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均有铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本(jbn)相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对

4、数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。 铁碳合金(hjn)中的基本组织第7页/共25页第七页，共26页。在铁碳合金中，当wc=0.77，温度在727时，会产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时，一定(ydng)成分的固相又重新结晶成两个不同的机械混合物。这种两相的机械混合物称为共析体。铁碳合金中的共析转变是指碳的质量分数为0.77的奥氏体在727时发生重结晶，形成铁素体和渗碳体的两相机械混合物。这种机械混合物的共析体命名为珠光体。代号为P铁碳合金中的共析转变可以表示为A0.77（F+Fe3C）P。珠光体和渗碳体以相间片层形式机械混合在一起。第8页/共25页第八页，共26页。当wc

5、=4.3，温度为1148时铁碳合金发生(fshng)共晶转变。L4.3（A+Fe3C）Ld即碳的质量分数为4.3铁碳合金液相结晶时发生(fshng)共晶转变产生了奥氏体和渗碳体机械混合物的共晶体。这个共晶体命名为高温莱氏体，代号为Ld。高温莱氏体是存在于727以上的一种基本组织。在727以下高温莱氏体中的奥氏体又发生(fshng)共析转变变成珠光体。这是的莱氏体就变成由P和Fe3C组成。成为低温莱氏体，低温莱氏体是铁碳合金在室温下的另一个基本组织。另外，各个相若是独立存在于铁碳合金中，也都可以看作是单相的基本组织。这些基本组织均被称为铁碳合金显微组织的组织组成物。第9页/共25页第九页，共26

6、页。二二 典型铁碳合金的结晶过程典型铁碳合金的结晶过程(guchng)及室及室温下显微组织温下显微组织Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类按合金中碳质量分数和显微组织的不同，铁碳合金可分为三大类：1.工业纯铁 它是wc0.02%的铁碳合金。2.碳素钢 它是0.02%wc2.11%的铁碳合金。按起室温下先微组织的不同又分为三种： 共析钢： wc=0.77% 亚共析钢：0.02%wc0.77% 过共析钢：0.77%wc2.11%3.白口铸铁(zhti) 它是2.11%wc6.69%的铁碳合金。按其室温下显微组织的不同又分为三种： 共晶白口铸铁(zhti)： wc=4.3% 亚共晶白口铸铁(zhti)

7、：2.11%wc4.3% 过共晶白口铸铁(zhti)：4.3%wc6.69%第10页/共25页第十页，共26页。第11页/共25页第十一页，共26页。第12页/共25页第十二页，共26页。平衡态下的相变过程合金的wc=0.77%，是共析成分的铁碳合金共析钢。在1点以上合金处于(chy)均匀的液相状态。在12点之间是它的结晶温度区间，是液相与奥氏体相的两相共存区。即当冷到1点以下从液相（L）中产生奥氏体（A）相晶核并长大，冷却直到2点时，全部液相都结晶成奥氏体。23点之间是奥氏体单相区，这个温度区间没有相变，只是A的简单冷却。当冷到3点发生共析转变。AP(F+Fe3C)。奥氏体相变成F和Fe3C

8、的两相机械混合物的珠光体（P）。珠光体中的F和Fe3C分别被称为共析铁素体和共析渗碳体。其形态一般情况下是片层状分布。片层位向基本相同的区域称为一个珠光体团。共析钢第13页/共25页第十三页，共26页。 室温组织其显微组织由单一(dny)地珠光体组成。 第14页/共25页第十四页，共26页。平衡态下的相变过程合金是wc =0.45%的亚共析钢。单相奥氏体冷却到4点温度开始析出先共析铁素体。随着温度的下降铁素体不断增多，其含碳量沿GP线变化。当温度达到5点（727）时，剩余(shngy)奥氏体的含碳量达到0.77，发生共析反应形成珠光体。在温度降到5点之下直到室温，由于碳在F中的溶解度逐渐下降则

9、先共析F中多余的碳以Fe3C形式析出。因此，在室温下合金的显微组织是F+Fe3C+P。但是Fe3C的含量很少，可以忽略不计。因此，合金所代表的亚共析钢在室温时的显微组织可近似的看作是F十P。亚共析钢第15页/共25页第十五页，共26页。室温组织含钢量在0.02180.77范围内的碳钢合金其组织由先共析铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的数量(shling)逐渐减少，而珠光体的数量(shling)则相应地增多；亮白色为铁素体，暗黑色为珠光体。 20钢室温显微(xin wi)组织（250） 60钢室温(sh wn)显微组织（250） 第16页/共25页第十六页，共26页。在平衡态下的相

10、变过程当温度在1点以上合金是均匀的液相状态。在1 2 点之间是该合金的结晶温度区间，是A和L两相共存区。即当温度降到1点以下从L相中按成核长大方式结晶出A相，当温度降到2点则L相全部结晶成单相A。23点之间A单相区只有A的简单冷却，无相变。34点之间是A和Fe3C的两相区。即温度降到3点以下，由于碳在奥氏作中的溶解度下降，因而从奥氏体中以二次渗碳体（Fe3C）的形式析出多余的碳。这种渗碳体也称先共析渗碳体。随温度下降Fe3C的相对质量百分数逐渐增加，而A的相对质量百分数逐渐减少，并且二次渗碳体沿着A的晶界呈网状分布。与此同时A中碳的质量分数沿ES线也不断的减少。当温度降到4点（727C）时A的

11、Wc0.77%。于是A就发生恒温的共析转变，全部A转变成P。这时合金的显微组织是P+网状Fe3C；直到室温这个(zh ge)显微组织保持不变。过共析钢第17页/共25页第十七页，共26页。室温组织过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体（即二次渗碳体）组成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二次渗碳体，经浸蚀(jn sh)后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色网络状。 过共析钢(1.2C)室温显微(xin wi)组织 第18页/共25页第十八页，共26页。平衡态下的相变过程合金是碳的质量分数为共晶成分（wc=4.3%）的共晶铁碳

12、合金。从相图上可看到当温度在1点（1148C）之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发生恒温共晶转变。即 L4.3(A2.11+Fe3C)Ld。液相全部以共晶转变的方式结晶成高温莱氏体（Ld）。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥氏体和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但当温度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶奥氏体也同样会析出Fe3C，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在12点之间合金的显微(xin wi)组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3C，时其本身的碳的质量分数也不断下降，当温度降到2点（727）时共晶奥

13、氏体的wc0.77%，随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合金的显微(xin wi)组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微(xin wi)组织称为低温莱氏体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3C+Ld 。共晶(n jn)白口铸铁第19页/共25页第十九页，共26页。室温组织共晶白口铸铁(zhti) 其室温下的组织由单一的共晶莱氏体组成。经浸蚀后，在显微镜下，珠光体呈暗黑色细条或斑点状，共晶渗碳体呈亮白色，如图所示。 第20页/共25页第二十页，共26页。平衡态下相变过程合金是一种亚共晶(n jn)白口铸铁。从FeFe3C相图上可见，当温度高于1点时合金处于均匀的

14、液相（L）状态。在12之间是合金的结晶温度区间。是L和A两相共存区。即当温度降到1点以下液相中先以成核长大方式产生A相，称为先共晶(n jn)奥氏体。随温度下降，先共晶(n jn)奥氏体相的比例增加，L相比例减少。但是剩余液相的wc沿BC线增加，当温度降到2点（1148C)时剩余液相的wc4.3%。于是剩余液相发生共晶(n jn)转变生成高温莱氏体（Ld），当温度低于2点（1148C）后先共晶(n jn)奥氏体由于对碳溶解度的下降开始析出Fe3C。并使先共晶(n jn)奥氏体的wc下降。在23点之间合金的显微组织是A+Fe3C+Ld，当温度降到3点（727C）时先共晶(n jn)奥氏体中的碳的

15、质量分数降到0.77%，于是先共晶(n jn)奥氏体发生共析转变成为珠光体，而高温莱氏体（Ld）也转变成低温莱氏体（Ld），因此，自3点以下直到室温合金的显微组织是P+ Fe3C+Ld。并且随着亚共晶(n jn)白口铸铁的wc增加，P和Fe3C所占比例减少。直到wc=4.3成为共晶(n jn)白口铸铁时，P和Fe3C所占比例为0。亚共晶(n jn)白口铸铁第21页/共25页第二十一页，共26页。室温组织在室温下亚共晶白口铸铁的组织为珠光体、二次渗碳体和莱氏体，如图所示。用硝酸酒精(jijng)溶液浸蚀后，在显微镜下呈现黑色枝晶状的珠光体和斑点状莱氏体，其中二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，不易分

16、辨。第22页/共25页第二十二页，共26页。在平衡态下的相变过程 合金是一种过共晶白口铸铁。从FeFe3C相图上可见，当温度高于1点时合金处于均匀的液相(L)状态。在12点之间是合金的结晶温度区间，是L和Fe3C两相共存区。即当温度降到1点以下时，液相中以成核长大方式产生一次渗碳体相（Fe3C），称为先共晶渗碳体。随着温度的下降，Fe3C不断增加，而剩余(shngy)的液相不断减少，而且其wc也沿着DC线不断降低。当温度降到2点（1148C）时剩余(shngy)液相的。wc也降到4.3%。于是剩余(shngy)的液相发生共晶转变形成高温荣氏作（Ld）。23点之间的显微组织是先共晶渗碳体和高温莱

17、氏体（Fe3C+Ld）。当温度降到3点时Ld中的奥氏体变成珠光体。于是高温莱氏体变成低温莱氏体（Ld）。从3点直到室温合金的显微组织是 Fe3C+ Ld。并且随着过共晶白口铸铁中wc的增加， Fe3C所占的比例也增加。当wc时，QLd=0,Q Fe3C=100%。过共晶白口(biku)铸铁第23页/共25页第二十三页，共26页。室温组织过共晶白口铸铁 在室温时的组织由一次渗碳体和莱氏体组成。用硝酸酒精(jijng)溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到在暗色斑点状的莱氏体基本上分布着亮白色的粗大条片状的一次渗碳体，其显微组织如图所示。 第24页/共25页第二十四页，共26页。感谢您的观赏(gunshng)第25页/共25页第二十五页，共26页。NoImage内容(nirng)总结改变物质状态。Fe-Fe3C相图对于了解碳素钢和白口铸铁及工业纯铁的显微组织与温度关系是很直观的。所共析转变是指在某一恒定温度时，一定成分的固相又重新结晶成两个不同(b tn)的机械混合物。L4.3（A+Fe3C）Ld即碳的质量分数为4.3铁碳合金液相结晶时发生共晶转变产生了奥氏体和渗碳体机械混合物的共晶体。奥氏体相变成F和Fe3C的两相机械混合物的珠光体（P）。与此同时A中碳的质量分数沿ES线也不断的减少第二十六页，共26页。