1、工程資料海洋科學與技術學院 賈 非Dalian University of Technology第2章 鐵碳合金的構造和相圖*. 主 要 內 容Fe-Fe3C合金相圖分析 鐵碳合金相圖中的根本相 Fe-Fe3C合金相圖 鐵碳合金的結晶過程及組織 共析鋼 亞共析鋼 過共析鋼鐵碳合金性能與成分、組織的關系 合金性能與相圖的關系 Fe-Fe3C合金相圖的運用*.鐵碳合金碳鋼和鑄鐵，是工業運用最廣的合金。含碳量為0.0218% 2.11%的稱鋼。含碳量為 2.11% 6.69%的稱鑄鐵。 鐵碳合金.鐵和碳可構成一系列穩定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它們都可以作為純組元對待。含碳量大于Fe

2、3C成分6.69%時，合金太脆，已無適用價值。實踐所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖。 鐵碳合金相圖.鐵碳合金相圖中的根本相碳在-Fe中的固溶體稱 -鐵素體，用 表示。 都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳才干很低,在727時最大為0.0218%，室溫下僅為0.008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵類似。鐵素體 組元：Fe、 Fe3C 相 鐵素體：碳在-Fe中的固溶體稱鐵素體, 用F 或 表示。 鐵碳合金相圖分析. 奧氏體:碳在 -Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或 表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳才干比鐵素體大，1148時最大為2.11%。組織為不規那么多面體晶粒，晶界較直

3、。強度低、塑性好，鋼材熱加工都在 區進展。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體 鐵碳合金相圖中的根本相. 滲碳體：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強度低(b35MPa), 脆性大, 塑性幾乎為零Fe3C是一個亞穩相，在一定條件下可發生分解：Fe3C3Fe+C(石墨), 該反響對鑄鐵有重要意義。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因此常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的方式存在。 鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體 鐵碳合金相圖中的根本相. 相圖中特征點的溫度和含碳量LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 鐵碳合金相圖. 特征線 液相線ABCD， 固相線AHJ

4、ECFD 三條程度線：HJB：包晶線LB+H J ECF：共晶線LC E+Fe3C共晶產物是 與Fe3C的機械混合物，稱作萊氏體, 用Le表示。為蜂窩狀, 以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體 鐵碳合金相圖.PSK：共析線 S FP+ Fe3C共析轉變的產物是 與Fe3C的機械混合物，稱作珠光體，用P表示。L+L+ L+ Fe3C+ + Fe3C + F+ Fe3C珠光體的組織特點是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。 PSK線又稱A1線 。珠光體 鐵碳合金相圖. 其它相線GS,GP 固溶體轉變線, GS又稱A3 線。HN,JN 固溶體轉變線，ES碳在 -Fe中的固溶線。又稱Ac m線。PQ碳

5、在-Fe中的固溶線。 鐵碳合金相圖. 三個三相區：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三條程度線 相區 五個單相區： L、Fe3C 七個兩相區: L+、L+、L+Fe3C、 +、+Fe3C、+ 、+Fe3C 鐵碳合金相圖. 鋼(0.02182.11%C)高溫組織為單相 亞共析鋼 (0.02180.77%C) 共析鋼 (0.77%C) 過共析鋼 (0.772.11%C)鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 工業純鐵(0.0218% C) 組織為單相鐵素體。亞共析鋼共析鋼過共析鋼共晶白口鐵過共晶白口鐵亞共晶白口鐵工業純鐵 典型鐵碳合金的結晶過程及組織. 白口鑄鐵 (

6、2.116.69%C) 鑄造性能好, 硬而脆 亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共晶白口鑄鐵(4.3%C) 過共晶白口鑄鐵 (4.36.69%C) 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.工業純鐵的結晶過程 合金液體在1-2點 間轉變為，3-4點間，5-6點間。到7點，從中析 出Fe3C。NSJBHL+ 典型鐵碳合金的結晶過程及組織. 隨溫度下降，Fe3C量不斷添加，合金的室溫下組織為F+ Fe3C。室溫下Fe3C最大量為: 從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用Fe3C表示。 Fe3C以不延續網狀或片狀分布于晶界。 典型鐵碳合金的結晶過程及組織. 共析鋼的結晶過程 合金液體在1-2點間轉變為。到

7、S點發生共析轉變： SP+Fe3C, 全部轉變為珠光體。 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.珠光體在光鏡下呈指紋狀.變終了時，珠光體中相的相對分量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點以下，共析 中析出Fe3C，與共析Fe3C結合不易分辨。室溫組織為P.珠光體Q 共析鋼的結晶過程.室溫下，珠光體中兩相的相對分量百分比是多少？Q43219 共析鋼的結晶過程. 亞共析鋼的結晶過程0.090.53%C亞共析鋼冷卻時發生包晶反響.以0.45%C的鋼為例合金在4點以前經過勻晶包晶勻晶反響全部轉變為。到4點，由 中析出 。到5點, 成分沿GS線變到S點， 發生共析反響轉變為珠光體。溫度繼續下降， 中析出

8、Fe3C，由于與共析Fe3C結合, 且量少, 忽略不計. 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.利用平衡組織中珠光體所占的面積百分比，可以近似估算亞共析鋼的含碳量:C%=P面積%0.77% (忽略 中含碳量，P面積%=QP)共析溫度下相的相對分量為： 組織組成物的相對分量為： S 亞共析鋼的結晶過程.室溫下相的相對分量百分比為：室溫下組織組成物的相對分量百分比為：S 亞共析鋼的結晶過程.亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.02180.77%C 范圍內珠光體的量隨含碳量添加而添加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織 亞共析鋼的結晶過程. 過共析鋼的結晶過程 合金在12點轉

9、變為 , 到3點, 開場析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體, 用Fe3C表示, 其沿晶界呈網狀分布.溫度下降, Fe3C量添加。到4點， 成分沿ES線變化到S點，余下的 轉變為P。在共析溫度下Fe3C的相對量？ 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.過共析鋼室溫組織為P+ Fe3C 。Fe3C量隨含碳量而添加, 含碳量為2.11%時, Fe3C量最大：含1.4%C鋼的組織 過共析鋼的結晶過程.室溫下兩相的相對分量百分比：室溫下兩組織組成物的相對分量百分比： 亞共析鋼的結晶過程. 共晶白口鐵的結晶過程 合金冷卻到C點發生共晶反響全部轉變為萊氏體(Le),萊氏體是共晶 與共晶Fe3C的機械

10、混合物, 呈蜂窩狀.Fe3C 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.共晶轉變終了時，兩相的相對分量百分比為:C點以下, 成分沿ES線變化，共晶 將析出Fe3C。 Fe3C與共晶Fe3C 結合，不易分辨。12Fe3C 共晶白口鐵的結晶過程.溫度降到2點, 成分到達0.77%, 此時, 相的相對分量: 在2點, 共晶 發生共析反響，轉變為珠光體，這種由P與 Fe3C組成的共晶體稱低溫萊氏體, 用Le表示. 2 點以下，共晶體中P 的變化同共析鋼。S 共晶白口鐵的結晶過程.共晶白口鐵室溫組織為Le (P+ Fe3C), 它保管了共晶轉變產物的形狀特征。室溫下兩相的相對分量百分比為： 共晶白口鐵的結晶過程.

11、亞共晶白口鐵的結晶過程合金在12點間析出 。到2點，液相成分變到C點,并轉變為Le。23點間從中析出Fe3C，一次的Fe3C被共晶 烘托出來。到3點， 轉變為P。 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.亞共晶白口鐵室溫組織為P+Fe3C+Le。室溫下組織組成物相對分量百分比為 ：ECFD1234N室溫下相的相對分量百分比? 亞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Fe3C, 這種滲碳體稱一次滲碳體，用 Fe3C表示，呈粗條片狀。到2點，余下的液相成分變到C點并轉變為Le。 典型鐵碳合金的結晶過程及組織.組織組成物與相組成物標注區別主要在+ Fe3C和+Fe3C兩個相區. +

12、 Fe3C相區中有四個組織組成物區，+Fe3C相區中有七個組織組成物區。 組織組成物在鐵碳合金相圖上的標注 + Fe3C + Fe3C 典型合金的平衡結晶過程.FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ FALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%溫度.合金性能與相圖的關系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： 鋼鐵素體亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白 口 鑄 鐵二次滲碳體工業純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼 鐵分 類組織組成物相對量%相組成物相對量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體 鐵碳合金性能與成分、組織的關系.含碳量對力學性能的影響亞共析鋼隨含碳量添加， P 量添加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時，組織為100% P, 。0.9%C，Fe3C為晶界延續網狀，升。2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le,合金太脆. 典型合金的平衡結晶過程.鋼鐵選材的成分根據 要求塑性和韌性較好 型鋼和容器：普通選用低碳鋼含碳量為0.1%0.25% 要求塑性和強度較好: 軸類零件：普