1、工程技術學院n重點：重點： 1 1鐵碳相圖組成相鐵碳相圖組成相 2. 2. 合金的結晶過程分析合金的結晶過程分析 3 3鐵碳相圖應用鐵碳相圖應用n難點：難點： 相圖的分析相圖的分析n學習要求：學習要求： 掌握掌握“相構成組織、組織決定性能相構成組織、組織決定性能”的原則的原則第四章第四章 鐵碳合金的結構及其相圖鐵碳合金的結構及其相圖工程技術學院鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是是研究鐵碳合金最基研究鐵碳合金最基本的本的工具工具；是研究；是研究碳鋼和鑄鐵的成分、碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能溫度、組織及性能之間關系的之間關系的理論基理論基礎；礎；是制定熱加工、是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄熱處理、冶

2、煉和鑄造等工藝造等工藝依據。依據。工程技術學院鐵和碳可形成一系列穩定化合物：鐵和碳可形成一系列穩定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它們都可以作為純組元看待。，它們都可以作為純組元看待。含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）時，合金太脆，已）時，合金太脆，已無實用價值。無實用價值。實際所討論的鐵碳合金相圖是實際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖相圖。FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) 工程技術學院一、鐵碳合金的組元和相一、鐵碳合金的組元和相碳在碳在-Fe中的固溶體稱中的固溶體稱 -鐵素體鐵素體，用，用 表示。

3、表示。 都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在在727時最大為時最大為0.0218%，室溫下僅為，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似性能與純鐵相似。鐵素體鐵素體 組元：組元：Fe、 Fe3C 相相 鐵素體：鐵素體：碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱鐵素體鐵素體, 用用F 或或 表示。表示。 工程技術學院 奧氏體奧氏體:碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱奧氏體奧氏體。用。用A或或 表示。表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能

4、力比鐵素體大，1148時最大為時最大為2.11%。組織為不規則多面體組織為不規則多面體晶粒，晶界較直。晶粒，晶界較直。強強度低、塑性好。鋼材度低、塑性好。鋼材熱加工都在熱加工都在 區進行區進行.碳鋼室溫組織中無奧碳鋼室溫組織中無奧氏體。氏體。奧氏體奧氏體工程技術學院 滲碳體：滲碳體：含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。Fe3C硬度高、強度低硬度高、強度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑性幾乎為零塑性幾乎為零Fe3C是一個亞穩相，在是一個亞穩相，在一定條件下可發生分解：一定條件下可發生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨) 。由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度

5、很小，因而很小，因而常溫下碳在鐵常溫下碳在鐵碳合金中主要以碳合金中主要以Fe3C或或石墨的形式存在。石墨的形式存在。 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體工程技術學院 特征點特征點 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 二、二、鐵碳合金相圖的分析鐵碳合金相圖的分析工程技術學院 特征線特征線 液相線液相線ABCD， 固相線固相線AHJECFD 三條水平線：三條水平線：HJB：包晶線包晶線LB+H J ECF：共晶線共晶線LC E+Fe3C 共晶產物是共晶產物是 與與Fe3C的機的機械混合物，稱作械混合物，稱作萊氏體萊氏體, 用用Ld表示。為蜂窩狀表示。為蜂窩狀, 以以

6、Fe3C為基，為基，性能硬而脆。性能硬而脆。萊氏體萊氏體工程技術學院PSK：共析線：共析線 S FP+ Fe3C 共析轉變的產物是共析轉變的產物是 與與Fe3C的機械混合物，稱的機械混合物，稱作作珠光體珠光體，用，用P表示。表示。珠光體珠光體L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C珠光體的組織特點是兩珠光體的組織特點是兩相呈片層相間分布相呈片層相間分布,性能性能介于兩相之間。介于兩相之間。 PSK線線又稱又稱A1線線 。工程技術學院 其它相線其它相線GS,GP 固溶體固溶體轉變線轉變線, GS又稱又稱A3 線。線。HN,JN 固溶體轉固溶體轉變線。變線。ES碳在碳在 -Fe

7、中的固溶中的固溶線。又稱線。又稱Ac m線。線。PQ碳在碳在 -Fe中的固溶中的固溶線。線。工程技術學院 三個三相區：即三個三相區：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三條水平線三條水平線 相區相區 五個單相區：五個單相區： L、 、 、 、Fe3C 七個兩相區七個兩相區: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C 工程技術學院三、典型合金的平衡結晶過程三、典型合金的平衡結晶過程 鋼鋼(0.02182.11%C)高高溫組織為單相溫組織為單相 亞共析鋼亞共析鋼 (0.02180.77%C) 共析鋼共析鋼 (0.77%

8、C) 過共析鋼過共析鋼 (0.772.11%C) 鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 工業純鐵工業純鐵(0.0218% C) 組織為單相鐵素體。組織為單相鐵素體。亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業純鐵工業純鐵工程技術學院 白口鑄鐵白口鑄鐵 (2.116.69%C) 鑄造性能好鑄造性能好, 硬而脆硬而脆 亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共 晶 白 口 鑄 鐵共 晶 白 口 鑄 鐵(4.3%C) 過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C)工程技術學

9、院工業純鐵的結晶過程工業純鐵的結晶過程 NSJBH L+ + + 合金液體在合金液體在1-2點點間轉變為間轉變為 ，3-4點間點間 ，5-6點間點間 。到到7點，從點，從 中析出中析出Fe3C。 工程技術學院工業純鐵的結晶過程工業純鐵的結晶過程 工程技術學院 隨溫度下降，隨溫度下降，Fe3C量不斷量不斷增加，合金的增加，合金的室溫下組織為室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下室溫下Fe3C最大量為最大量為: %3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0III3CFe Q從鐵素體中析出的滲碳體稱從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，三次滲碳體，用用Fe3C表示。表示。 Fe

10、3C以不連續網狀或片狀分布于晶界。以不連續網狀或片狀分布于晶界。工程技術學院合金液體在合金液體在1-2點間轉變為點間轉變為 。到到S點發生共點發生共析轉變：析轉變： S P+Fe3C, 全部轉變為全部轉變為珠光體。珠光體。 共析鋼的結晶過程共析鋼的結晶過程工程技術學院 共析鋼的結晶過程共析鋼的結晶過程工程技術學院珠光體在光鏡下呈指紋狀。珠光體在光鏡下呈指紋狀。轉變結束時，珠光體中相的相對轉變結束時，珠光體中相的相對重量百分比為：重量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。體。S點以下，共析點以下，共析 中析出中析出Fe3C，與共析，與共析Fe3C結合不易結合不易分辨。

11、室溫組織為分辨。室溫組織為P。%.%.%Q,%.PKSKQC Fe321188810088802180696770696 珠光體珠光體Q工程技術學院室溫下，珠光體中室溫下，珠光體中兩兩相的相對重量百分比相的相對重量百分比是多少？是多少？%.%.%Q%.QLLQC Fe3511588100588000806967706964 Q43219工程技術學院 含碳量在含碳量在0.090.53%C亞共亞共析鋼冷卻時發生包晶反應。析鋼冷卻時發生包晶反應。以以0.45%C的鋼為例的鋼為例合金在合金在4點以前通過勻晶點以前通過勻晶包晶包晶勻晶反應全部轉變為勻晶反應全部轉變為 。到。到4點，由點，由 中析出中析出

12、 。到到5點點, 成分沿成分沿GS線變到線變到S點，點， 發生共析反應轉變為珠光體。發生共析反應轉變為珠光體。溫度繼續下降，溫度繼續下降， 中析出中析出Fe3C，由于與共析，由于與共析Fe3C結合結合, 且且量少量少, 忽略不計。忽略不計。 +Fe3CGSPABJH（三）（三） 亞共析鋼的結晶過程亞共析鋼的結晶過程工程技術學院亞共析鋼的結晶過程亞共析鋼的結晶過程工程技術學院利用平衡組織中珠光體所占利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量算亞共析鋼的含碳量:C%=P面積面積%0.77% (忽略忽略 中含碳量，中含碳量，P面積面積%=QP)共析溫度

13、下相的相對重量為：共析溫度下相的相對重量為： %PKKQ%,PKPQCFe100510053 組織組成物的相對重量為：組織組成物的相對重量為： %PSSQ%PSPQP10051005 ，S工程技術學院室溫下相的相對重量室溫下相的相對重量百分比為：百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：室溫下組織組成物的相對重量百分比為：CFeCFeQ%QLLQ%.CQLQQ33100610000080696000806 PPQ%QS SQ%,.CQSQQ 100610000080770000806 S工程技術學院亞共析鋼室溫下的組織為亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在在0.02180.77%C 范圍內范圍

14、內珠光體的量隨含碳量增加珠光體的量隨含碳量增加而增加。而增加。含含0.45%C鋼的組織鋼的組織含含0.20%C鋼的組織鋼的組織含含0.60%C鋼的組織鋼的組織工程技術學院 4、過共析鋼的結晶過程、過共析鋼的結晶過程 合金在合金在12點轉變為點轉變為 , 到到3點點, 開始析出開始析出Fe3C。從奧氏。從奧氏體中析出的體中析出的Fe3C稱二次滲碳體稱二次滲碳體, 用用Fe3C表示表示, 其沿晶界呈其沿晶界呈網狀分布網狀分布. 溫度下降溫度下降, Fe3C量增加。量增加。到到4點，點， 成分成分沿沿ES線變化到線變化到S點，余下的點，余下的 轉變為轉變為P。在共析溫度下在共析溫度下FeFe3 3C

15、 C的相對量？的相對量？工程技術學院過共析鋼的結晶過程過共析鋼的結晶過程工程技術學院過共析鋼室溫組織為過共析鋼室溫組織為P+ Fe3C 。Fe3C量隨含碳量而增加量隨含碳量而增加, 含碳量為含碳量為2.11%時時, Fe3C量最大：量最大：%6 .22%10077. 069. 677. 011. 23 IICFeQ含含1.4%C鋼的組織鋼的組織工程技術學院室溫下兩相的相對重室溫下兩相的相對重量百分比：量百分比： Q%QLQQ%.C.QLLQCFe 10051000008069669653室溫下兩組織組成物的室溫下兩組織組成物的相對重量百分比：相對重量百分比：12345SPCFePQ%L S S

16、Q%,.C.L SLQ 100510077069669653工程技術學院5、共晶白口鐵的結晶過程、共晶白口鐵的結晶過程 合金冷卻到合金冷卻到C點發生共晶反應全部轉變為萊氏體點發生共晶反應全部轉變為萊氏體(Le),萊氏萊氏體是共晶體是共晶 與共晶與共晶Fe3C的機械混合物的機械混合物, 呈蜂窩狀呈蜂窩狀.Fe3C 工程技術學院共晶轉變結束時，兩相的相對重量百分比為共晶轉變結束時，兩相的相對重量百分比為:%.Q%.%.QCFe847252100112696346963 ， C點以下點以下, 成分沿成分沿ES線變化，共晶線變化，共晶 將析出將析出Fe3C。 Fe3C與共晶與共晶Fe3C 結合，不易分

17、辨。結合，不易分辨。12 Fe3C工程技術學院溫度降到溫度降到2點點, 成分達到成分達到0.77%, 此時此時, 相的相對重量相的相對重量: 在在2點點, 共晶共晶 發生共析反應，轉變為珠光體，這種由發生共析反應，轉變為珠光體，這種由%.Q%.%.QCFe659440100770696346963 ， P P與與 FeFe3 3C C組成的共晶組成的共晶體稱體稱低溫萊氏體低溫萊氏體, , 用用LeLe表示。表示。 2 2 點以下，共晶體中點以下，共晶體中P P 的變化同共析鋼。的變化同共析鋼。S工程技術學院共晶白口鐵室溫共晶白口鐵室溫組織為組織為Le (P+ Fe3C), 它保留它保留了共晶轉

18、變產物了共晶轉變產物的形態特征。的形態特征。室溫下兩相的相室溫下兩相的相對重量百分比為：對重量百分比為： %3 .64%7 .35%100%7 .35%1000008. 069. 63 . 469. 63 CFeQQ 工程技術學院六、亞共晶白口鐵的結晶過程六、亞共晶白口鐵的結晶過程合金在合金在12點間析出點間析出 。到。到2點，液相成分變到點，液相成分變到C點點,并轉并轉變為變為Le。23點間從點間從 中析出中析出Fe3C，一次，一次 的的Fe3C被被共晶共晶 襯托出來。到襯托出來。到3點，點， 轉變為轉變為P。工程技術學院亞共晶白口鐵的結晶過程亞共晶白口鐵的結晶過程工程技術學院亞共晶白口鐵亞

19、共晶白口鐵室溫組織為室溫組織為P+Fe3C+Le。室溫下組織組成物相對重室溫下組織組成物相對重量百分比為量百分比為 ：IIIICFeLeCFeLeLeQQ%Q.ECCQECEQQ3310077069677011222 ECFD1234N室溫下相的相對重量百分比室溫下相的相對重量百分比?工程技術學院7、過共晶白口鐵的結晶過程、過共晶白口鐵的結晶過程12點間從液相中析出點間從液相中析出Fe3C, 這種滲碳體稱一次滲碳這種滲碳體稱一次滲碳體，用體，用 Fe3C表示，呈粗條片狀。到表示，呈粗條片狀。到2點，余下的液點，余下的液相成分變到相成分變到C點并轉變為點并轉變為Le。DFK3Fe3C124工程技

20、術學院2點以下點以下, Fe3C成分重量不再發生變化成分重量不再發生變化, Le變化同共晶變化同共晶合金合金,其其室溫組織為室溫組織為Fe3C+Le。 工程技術學院滲碳體分類： Fe3C（塊狀） Fe3C共晶（魚骨狀） Fe3C（網狀） Fe3C共析（層狀） Fe3C（短桿狀或粒狀）工程技術學院n組織組成物與相組織組成物與相組成物標注區別組成物標注區別主要在主要在 + Fe3C和和 +Fe3C兩個相區兩個相區. + Fe3C相區中相區中有有四個組織組成物四個組織組成物區，區， +Fe3C相區相區中中有七個組織組有七個組織組成物區。成物區。8、組織組成物在鐵碳合金相圖上的標注、組織組成物在鐵碳合

21、金相圖上的標注 + Fe3C + Fe3C 工程技術學院FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%溫度溫度工程技術學院9、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響 1） 含碳量對室溫平衡組織的影響含碳量對室溫平衡組織的影響 含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關系為：含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關系為： 鋼鋼鐵素體鐵素體 亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼共析鋼白白 口口 鑄鑄 鐵鐵二次滲碳體二次滲碳體工工業業純純鐵鐵珠光體珠光體萊氏體萊氏體一次滲碳體一次滲碳體Fe3C鋼鋼 鐵鐵分分 類類組織組組織組成物相成物相對量對量%相組成相組成物相對物相對量量%含碳量含碳量%0 0.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體三次滲碳體工程技術學院 含碳量對力學性能的影響含碳量對力學性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，亞共析鋼隨含碳量增加，P 量增加，鋼的強度、硬度升量增加，鋼