共晶白口铁.pptx

第三章第三章 铁碳合金铁碳合金1.1.铁碳合金的组元和相铁碳合金的组元和相2.2.铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析 3.3.典型铁碳合金结晶过程及其组织典型铁碳合金结晶过程及其组织 5.5.铁碳相图的应用及局限铁碳相图的应用及局限铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本工具工具，是研究碳钢和，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础理论基础，是，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据依据。4.4.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 3-1 合金及其组织 一、合金的基本概念l1、合金:由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。例如钢铁材料就是由铁和碳组成的合金。合金合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。性的物质。组成合金的元素可以全部是金属，也组成合金的元素可以全部是金属，也可是金属与非金属。可是金属与非金属。组成合金的元素相互作组成合金的元素相互作 用可形成不同的用可形成不同的相相。Al-Cu两相合金两相合金l2、组元：组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元物质。l3、相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分。l4、组织：指合金中不同相之间相互组合配置的状态。l所谓所谓相相是指金属或合金中凡成分是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。有界面分开的均匀组成部分。l显微组织显微组织实质上是指在显微镜下实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布形态、数量、大小和分布的组合。的组合。l固态合金中的相分为固态合金中的相分为固溶体固溶体和和金金属化合物属化合物两类。两类。二、合金的组织l1、根据合金中各组元之间的结合方式不同，可分为：固溶体、金属化合物和混合物三类。l2、固溶强化：通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度提高的现象。l对有色金属来说，固溶强化是一种重要的强化手段。3-2铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织与性能与性能一、组元：一、组元：Fe、Fe3C二、基本组织二、基本组织 铁素体：铁素体：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。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。都是体心立方的间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低，都是体心立方的间隙固溶体。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%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。即具有良好的即具有良好的塑性、韧性，较低的强度、硬度。塑性、韧性，较低的强度、硬度。铁素铁素体体 奥氏体奥氏体: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。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为时最大为2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，较直。强度低、塑性好，有良好的塑性、锻压性能，有良好的塑性、锻压性能，钢材热加工都在钢材热加工都在 区进行区进行。碳钢室温组织中无奥氏体。碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体奥氏体 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。Fe3C硬度高、脆性大，塑性几乎为零。硬度高、脆性大，塑性几乎为零。Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨），该反应对铸铁有重要意义。，该反应对铸铁有重要意义。由于碳在由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合常温下碳在铁碳合金中主要以金中主要以Fe3C或或石墨石墨的形式存在。的形式存在。l4、珠光体 P ：是铁素体和渗碳体的混合物，在缓慢冷却下，其含碳量为0.77，强度较高，硬度适中，具有一定塑性。l5、莱氏体 Ld ：是奥氏体和渗碳体的混合物，是含碳量为4.3的液态铁碳合金在1148时的共晶产物，其性能接近渗碳体，硬度很高，塑性很差。l注：以上五种组织中，铁素体铁素体、奥氏体和渗碳体是单相组织，称为铁碳合金的基本相；珠光体和莱氏体珠光体和莱氏体是基本相组成的多相组织。3-3铁碳合金相图铁碳合金相图3-3铁碳合金相图铁碳合金相图1、特征点、特征点 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+2、特征线、特征线 液相线液相线ABCD，固相线固相线AHJECFD 三条水平线：三条水平线：HJB：包晶线：包晶线LB+H J ECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3C 共晶产物是共晶产物是 与与Fe3C的机械混合物，称作的机械混合物，称作莱氏体莱氏体，用用Ld表示。为蜂窝状，以表示。为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体 PSK：共析线：共析线 S FP+Fe3C共析转变的产物是共析转变的产物是 与与Fe3C的的机械混合物，称作机械混合物，称作珠光体珠光体，用，用P表示。其组织特点是两相呈表示。其组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相片层相间分布，性能介于两相之间。之间。PSK线又称线又称A1线线。珠光体珠光体L+L+L+Fe3C+Fe3C +F+Fe3C（3）其它相线其它相线GS,GP 固溶体转变线，固溶体转变线，GS又称又称A3 线。线。HN,JN 固溶体转变线，固溶体转变线，ES碳在碳在 -Fe中的固中的固溶线。溶线。又称又称Ac m线。线。PQ碳在碳在-Fe中的固中的固溶线。溶线。3、相区、相区 五个单相区：五个单相区：L、Fe3C 七个两相区：七个两相区：L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C 三个三相区：三个三相区：即即HJB(L+)、ECF(L+Fe3C)、PSK(+Fe3C)三条水平线三条水平线 三、典型合金的平衡结晶过程三、典型合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：工业纯铁工业纯铁(0.0008%;FC%L+A-A-A+F-F+Fe3CIII3Fe3C以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降，以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降，Fe3C量量不断增加，不断增加，合金的室温下组织为合金的室温下组织为F+Fe3C。室温下室温下Fe3C的最大量为的最大量为:2共析钢共析钢 C%=0.77%C%=0.77%L-L+A-A-A+P-PL-L+A-A-A+P-P相组成物相组成物：F F和和FeFe3 3C C F%=F%=Fe3C%=组织组成物组织组成物：P珠光体珠光体3亚共析钢亚共析钢0.0218%C%L+A-A-A+F-A+P+F-P+F相组成物相组成物：F，Fe3C45钢金相钢金相 F%=Fe3C%=含含0.45%C钢的组织钢的组织含含0.20%C钢的组织钢的组织含含0.60%C钢的组织钢的组织亚共析钢室温下的组织为亚共析钢室温下的组织为F+P。在在0.02180.77%C 范围内珠光体范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。的量随含碳量增加而增加。P%=F%=4过共析钢过共析钢L-L+A-A-A+Fe3CII-A+P+Fe3CII-P+Fe3CIIT12钢金相钢金相相组成物：F，Fe3CF%=Fe3C%=组织组成物：P，Fe3CII 组织相对量：Fe3CII%=P%=含含1.4%C钢的组织钢的组织5共晶白口铁（共晶白口铁（C%=4.3%）L-L+Le-Le(A+Fe3C共晶共晶)-Le(A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII)-Le(P+Fe3CII+Fe3C)共晶白口铁金相 相组成物相组成物：F，Fe3CF%=Fe3C%=组织组成物：Le 6亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11%C%4.3%亚共晶白口铁金相 相组成物：F，Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：P，Le，Fe3CII7过共晶白口铸铁 过共晶白口铁金相 相组成物相组成物：F，Fe3CF%=Fe3C%=组织组成物组织组成物：Le，Fe3C Fe3C%=Le%=Lc%=小结：标注组织的铁碳相图四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响四、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1、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根据杠杆定律的计算结果，可求出含碳量与缓冷后的根据杠杆定律的计算结果，可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系：相及组织组成物之间的定量关系：随含碳量增加，组织中随含碳量增加，组织中Fe3C不仅数量增加，而且形态也在变化，由分布在不仅数量增加，而且形态也在变化，由分布在 基体内基体内(P中中Fe3C)变为分布在变为分布在A晶界上晶界上(Fe3C)，最后形成莱氏体时，最后形成莱氏体时，Fe3C已已作为基体出现。作为基体出现。2、含碳量对力学性能的影响、含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，量增加，钢的强度、硬度升钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。高，塑性、韧性下降。0.77%C时，时，组织为组织为100%P，含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响 钢的性能即钢的性能即P的性能。的性能。0.9%C,Fe3C为为 晶界连续网晶界连续网状状,强度下降强度下降,但硬度仍上升。但硬度仍上升。2.11%C,组织中有以组织中有以Fe3C为基为基的的Le，合金太脆。合金太脆。3、含碳量对工艺性能的影响、含碳量对工艺性能的影响 切削性能：切削性能：中碳钢比较合适。中碳钢比较合适。可锻性能：可锻性能：低碳钢比高碳钢好。低碳钢比高碳钢好。铸造性能：铸造性能：共晶成分附近的合金共晶成分附近的合金铸造性能好。铸造性能好。焊接性能：焊接性能：低碳钢好于高碳钢。低碳钢好于高碳钢。热处理性能：热处理性能：第六章介绍。第六章介绍。焊缝组织焊缝组织铸造铸造五、铁渗碳体相图的应用五、铁渗碳体相图的应用（一）（一）应用应用 1、选择材料的重要理论依据。、选择材料的重要理论依据。2、制定热加工工艺规程的重要理论依据。、制定热加工工艺规程的重要理论依据。如铸造、锻造、热处理等方面的应用。如铸造、锻造、热处理等方面的应用。3、研究和开发新材料的重要理论依据。、研究和开发新材料的重要理论依据。（二）（二）局限性局限性 1 1反映的是平衡相，而不是组织反映的是平衡相，而不是组织 2 2反映二元合金中相的平衡状态反映二元合金中相的平衡状态 3 3没有反映时间的作用没有反映时间的作用平衡条件下平衡条件下