1、1第三章第三章 鐵碳合金鐵碳合金2學習目標：學習目標：3 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態或組織隨溫度變化的圖形。 目前應用的鐵碳合金狀態圖是含碳量為06.69%的鐵碳合金部分（即FeFe3C部分），因為含碳量大于6.69的鐵碳合金在工業上無使用價值。一、鐵碳合金相圖的組成一、鐵碳合金相圖的組成41 1）A A點點純鐵的熔點，溫度1538,Wc=02 2）G G點點純鐵的同素異晶轉變點，冷卻到912時,發生-F-Fe 3 3）Q Q點點600時,碳在-Fe中的溶度,Wc=0.0057%二、相圖中點的含義二、相圖中點的含義54 4）D D點點

2、滲碳體熔點,溫度1227,Wc=6.69%5 5）C C點點共晶點，溫度1148，Wc=4.3%成分為C的液相，冷卻到此溫度時，發生共晶反應LcA+Fe3C6 6）E E點點碳在-Fe中的最大溶解度,溫度1148，Wc=2.11%二、相圖中點的含義二、相圖中點的含義67 7）S S點點共析點，溫度727，Wc=0.77%成分為S點的奧氏體，冷卻到此溫度時，發生共析反應：AsP（F+Fe3C）8 8）P P點點碳在-Fe中的最大溶解度,溫度727，Wc=0.0218%二、相圖中點的含義二、相圖中點的含義7二、相圖中的特性線二、相圖中的特性線 1 1) )ACDACD線線( (結晶溫度開始線) )

3、 液相線液相線，由各成分合金開始結晶溫度點所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。2 2）AECFAECF線線( (結晶溫度終止線) )固相線固相線，由各成分合金結晶結束溫度點所組成的線。在此線以下，合金完成結晶，全部變為固體狀態。83 3）ECFECF水平線水平線共晶線，Wc2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148）時，均發生共晶轉變，生成萊氏體。4 4）ESES線線碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點（wC2.11），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C。二、相圖中的特性線二、相圖中的特性線 96 6）PSKPS

4、K水平線水平線共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727）時，將發生共析轉變生成珠光體（P），wC0.0218%的鐵碳合金均會發生共析轉變。5 5）GSGS線線奧氏體冷卻時開始向鐵素體轉變的溫度線，通常稱為A3線。二、相圖中的特性線二、相圖中的特性線 10共晶共晶：指一定成分的液指一定成分的液體合金，在一定溫度下，體合金，在一定溫度下，同時結晶出成分和晶格同時結晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體。均不相同的兩種晶體。共析共析：由特定成分的單由特定成分的單相固態合金，在恒定的溫相固態合金，在恒定的溫度下，分解成兩個新的，度下，分解成兩個新的，具有一定晶體結構的固相具有一定晶體結構的固相

5、共晶和共析的概念：共晶和共析的概念： 11三、相圖中的相區三、相圖中的相區：1 1）單相區）單相區有F、A、L和Fe3C四個單相區2 2）兩相區）兩相區五個兩相區：LA兩相區、L+Fe3C兩相區、A+Fe3C兩相區、AF兩相區、F+Fe3C兩相區3 3）三相區）三相區ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C）。PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）。12四.Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相圖的相圖的知識點知識點 五個重要的成份點五個重要的成份點: P、S、E、C、K。 四條重要的線四條重要的線: EF、ES、GS、FK。 二二個重

6、要轉變個重要轉變: 共晶轉變、共晶轉變、共析轉變。共析轉變。 二個重要溫度二個重要溫度: 1148 、727 。13四.Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相圖的相圖的知識點：知識點：141、鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻或加熱條件下， 不同（ ）的鐵碳合金的（ ）隨（ ） 變化的圖形。 2、從奧氏體中析出的滲碳體稱為（ ），從液體中結晶出的滲碳體稱為（ ）。 3、鐵碳合金相圖上的共析線是（ ）。4、亞共析鋼冷卻到PSK線時，要發生共析轉變，奧氏體轉變成（ ）。課題練習檢測課題練習檢測：成分狀態或組織溫度二次滲碳體一次滲碳體PSK珠光體15鐵鐵 碳碳 合合 金金 相相 圖圖第二節：鐵碳合金相

7、圖的工藝分析第二節：鐵碳合金相圖的工藝分析1617一一. .鐵碳合金鐵碳合金的分類：的分類：按含碳量的不同，鐵碳合金的室溫組織可分為工業純鈦、鋼和白口鑄鐵。其中，把含碳量小雨0.0218%的鐵碳合金稱為純鐵；把含碳量大于0.0218%而小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼；把含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。18純鐵、鋼和鑄鐵的含碳量：純鐵、鋼和鑄鐵的含碳量： 工業純鐵工業純鐵( (組織為單相鐵素體組織為單相鐵素體) ) (0.0218% C)(0.0218% C) 鐵碳合金鐵碳合金(按成分可按成分可分為三類分為三類) 亞共析鋼亞共析鋼 (0.0218 (0.0218 0.77%C) 0.77

8、%C) 共析鋼共析鋼 (0.77%C)(0.77%C) 過共析鋼過共析鋼 (0.77 (0.77 2.11%C) 2.11%C)鋼鋼( (高溫組織為單相高溫組織為單相 A A，易于，易于 變形變形) )(3)(3)白口鑄鐵白口鑄鐵( (在液態下結晶時，全部在液態下結晶時，全部或部分液相會發生共晶變，獲得全部或或部分液相會發生共晶變，獲得全部或部分萊氏體組織部分萊氏體組織) ) 亞亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 ( (2.112.11 4.34.3%C)%C) 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 ( (4.34.3%C)%C) 過過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 ( (4.34.3 6.696.69%C)%C)19

9、鐵碳合金的室溫組織及分類：鐵碳合金的室溫組織及分類：合金類別純鐵鋼白口鑄鐵含碳量 (%)L+Ld-Ld (A+Fe3C共晶)-Ld (A+Fe3C共晶+Fe3CII)-Ld(P+Fe3CII+Fe3C) 5.5.共晶白口鑄鐵的組織的變化順序：共晶白口鑄鐵的組織的變化順序：256.6.過共晶白口鑄鐵的組織的變化順序：過共晶白口鑄鐵的組織的變化順序：26隨含碳量的不同，其組織順序： 含碳量越高，鋼的強度、硬度越高，而塑性、韌性越低，這在鋼經過熱處理后表現尤為明顯。 五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關系五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關系：27四、FeFe3C相圖的應用在焊接工藝上的應用在焊接工藝上

10、的應用281 1、在鋼鐵材料選用方面的應用、在鋼鐵材料選用方面的應用 FeFeFe3CFe3C相圖反映了鐵碳合金的組織、性能隨成分的變化規律相圖反映了鐵碳合金的組織、性能隨成分的變化規律，為鋼鐵材料的選用提供了依據。如各種型鋼及橋梁、船舶、各種建筑結構等，都需要強度較高、塑性及韌性好、焊接性能好的材料，故一般選用含碳量較低（WC0.25）的鋼材；各種機械零件要求強度、塑性、韌性等綜合性能較好的材料，一般選用碳含量適中（WC0.300.55）的鋼；各類工具、刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，則可選用含碳量較高（WC0.701.2）的鋼。純鐵的強度低，不宜用作工程材料。白口鑄鐵硬度高、脆

11、性大，不能鍛造和切削加工，但鑄造性能好，耐磨性高，適于制造不受沖擊、要求耐磨、形狀復雜的工件，如冷軋輥、球磨機的鐵球等。 Fe-Fe3C相圖揭示了鐵碳合金的組織隨成分變化的規律，由組織可以判斷出鋼鐵材料的力學性能，以便合理選用鋼鐵材料。292 2、在鑄造生產上的應用、在鑄造生產上的應用根據FeFeFe3CFe3C相圖的液相線，可以相圖的液相線，可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點找出不同成分的鐵碳合金的熔點，從而確定合金的熔化澆注溫度（一般在液相線以上50100）。從FeFe3C相圖中還可以看出，靠近共晶成分的鐵碳合金不僅熔點低，而且結晶溫度區間也較小，故具有良好的鑄造性能。因此生產上總是將鑄鐵的

12、成分選在共晶成分附近。共晶成分的鐵碳合金熔點最低,結晶溫度范圍最小,具有良好的鑄造性能。303 3、在鍛造方面的應用、在鍛造方面的應用碳鋼在室溫下塑性較差，變形較困難，只有將其加熱到單一奧氏體狀態，才具有較高的塑性和較低的強度，容易產生塑性變形。所以，鍛、軋溫度通常選在單相奧氏體區內。一般始鍛（或始軋）溫度控制在固相線以下100200范圍內，溫度不宜太高，以免鋼材嚴重氧化或發生奧氏體晶界熔化（過燒）。終鍛（或終軋）溫度，一般亞共析鋼控制在稍高于GS線，過共析鋼控制在稍高于PSK線。溫度不能太低，以免鋼材因塑性變差，導致產生裂紋。 314 4、在熱處理方面的應用、在熱處理方面的應用FeFe3C相

13、圖是制訂熱處理工藝的依據。應用FeFe3C相圖可以正確選擇各種碳鋼選擇各種碳鋼的退火、正火、淬火等熱處的退火、正火、淬火等熱處理的加熱溫度范圍理的加熱溫度范圍。由于含碳量的不同，各種碳鋼熱處理的加熱溫度和組織轉變也各不相同，都可從狀態圖中求得。325 5、在焊接方面的應用、在焊接方面的應用（補充補充） 焊接時由焊縫到母材各區域的溫度是不同的，根據FeFe3C相圖可知，受到不同加熱溫度的各區域在隨后的冷卻中可能會出現不同的組織和性能。這需要在焊接之后采用相應的熱處理方法加以改善。33課堂練習課堂練習：1、共析鋼冷卻到S點時，會發生共析轉變，從奧氏體中同時析出（ ）和（ ）的混合物，稱為（ ） 。

14、2、過共晶白口鑄鐵的室溫組織是（ ）加（ ）。3、共晶白口鑄鐵的含碳量為（ ）% 鐵素體滲碳體珠光體一次滲碳體低溫萊氏體4.334一、一、 填空題填空題1、常見的金屬晶體類型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三種。2、金屬的整個結晶過程包括（ ）、（ ）兩個基本過程組成。3、根據溶質原子在溶劑晶格中所處的位置不同，固溶體分為（ ）和（ ）兩種。4、鐵碳合金的基本組織中屬于固溶體的有（ ）和（ ）,屬于金屬化合物的有（ ），屬于混合物的有（ ）和萊氏體。5、原子呈無序堆積狀態的物體叫（ ）；原子呈有序、有規則排列的物體叫（ ）。一般固態金屬都屬于（ ）。6、常溫下金屬的塑性變形方式主要有（ ）

15、和（ ）兩種。7、變形一般分為（ ）變形和（ ）變形兩種，不能隨載荷的去除而消失的變形稱為（ ）變形。8、細化晶粒的根本途徑是控制結晶時的（ ）及（ ）。9、只有經過（ ）的金屬才會發生再結晶。35二、選擇題二、選擇題1、奧氏體是具有（ ）晶格的鐵。A 體心立方 B 面心立方 C密排六方 D 無規則幾何形狀2、合金發生固溶強化的主要原因（ ）。A晶格類型發生了變化 B 晶粒細化 C 晶格發生畸形 D 晶界面積發生變化3、鐵碳合金相圖上的共析線是（ ）。 A、ACD B、ECF C、PSK4、組成合金的最基本的獨立物質稱為（ ）。A、相 B、組元 C、組織5、單晶體的滑移變形是在（ ）的作用下發

16、生的。A、切應力 B、拉應力 C、壓力366、金屬在固態下隨著溫度的改變由一種晶格轉變為另一種晶格的現象稱為（ ）。A、再結晶 B、同素異構轉變 C、共晶轉變7、冷加工是指金屬發生塑性變形的溫度為（ ）。A、常溫不加熱 B、500C以下 C、再結晶溫度以下8、拉伸試驗時，試樣拉斷前能承受的最大應力稱為材料的（ ）。A、屈服強度 B、抗拉強度 C、彈性極限9、金屬的強度越低、塑性越好，其（ ）越好。A、鑄造性 B、壓力加工性 C、焊接性10、測定半成品、毛坯、鑄件的硬度，一般選用（ ）。A、洛氏硬度計 B、維氏硬度計 C、布氏硬度計37三、判斷題三、判斷題1、金屬化合物晶格類型完全不同于任一組的

17、晶格類型。（ ）2、碳在奧氏體中的溶解度隨溫度的提高而減小。（ ）3、亞共析鋼的平衡組織為珠光體。 （ ）4、體心立方晶格的原子位于立方體的八個頂角及立方體六個平面的中心。（ ）5、洛氏硬度值無單位。（ ） 6、一般說，晶粒越細小，金屬材料的力學性能越好。（ ）7、多晶體中各晶粒的位向是完全相同的。（ ） 8、所有金屬在拉伸試驗時都會出現顯著的屈服現象。（ ）9、固溶體的晶格類型與溶劑的晶格類型相同。（ ）10.體心立方晶格的塑性和面心立方晶格一樣好。（ ）38鐵碳合金畫法演示鐵碳合金畫法演示3906.69C%T/60.02180.772.114.37271148CPESFe1538Fe3C1227ADACD線為液相線，也稱為結晶開始線LL+AL+Fe3C912GAECF線為固相線，也稱為結晶終止線FKAESG圍成的相區為單一奧氏體區用A（）表示,為面心立方