《铁碳相图》PPT课件.ppt
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1、第四章 Fe-Fe3C相图,Fe-Fe3Cphase diagram,4.1 铁碳合金的组元及基本相4.2 Fe-Fe3C相图分析 4.3 铁碳合金平衡结晶过程 4.4 含C量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 4.5 钢中的杂质元素及钢锭组织,(6.69%C),渗碳体是个亚稳定的相,石墨才是稳定的相。但石墨的表面能很大,只有在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低,碳才能以石墨的形式存在。因此,铁碳相图有两类:液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡,是紧靠铁端部分,其中C含量的范围是06.69 液体、固溶体和石墨之间的稳定平衡,其中C含量的范围是0100。,4.1 铁碳合金中的组元及基本相 4
2、.1.1 纯铁(iron),1394,1538,912,-Fe,-Fe,-Fe,力学性能:b176274MPa 0.298166MPa 3050,7080 HB5080 aK1.52MNm/m2应 用:主要应用于电子材料,作为铁芯。,碳在-Fe中的间隙固溶体称为铁素体,简称为铁素体();最大溶碳量为727时的wc=0.0218%,最小为室温时的wc=0.0008%;性能为:b180280MPa、0.2100170MPa、30%50%,k160200J/2、硬度80HB。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,(),最大溶碳量为1495时的0.09。,铁素体(Ferrite),碳在-Fe中形成的
3、间隙固溶体称为奥氏体(A),最高溶碳量为1148时的wc=2.11;奥氏体具有高塑性、低硬度和强度,其力学性能为:b400MPa、40%50%、170220HB。奥氏体主要存在于727以上的高温范围内,利用这一特性,工程上常将钢加热到高温奥氏体状态下进行塑性成形。,奥氏体(Austenite),4.1.2 渗碳体(Cementite),渗碳体是指晶体点阵为复杂正交点阵,化学式近似于Fe3C的一种间隙式化合物,用符号Fe3C表示,其含碳量为wc=6.69%,渗碳体具有很高的硬度和耐磨性、脆性很大,其力学性能指标大致为:硬度800HB、抗拉强度(b)30MPa、伸长率()0、冲击韧度(k)0。,珠
4、光体(Pearlite),FFe3C的一种机械混合物,用符号P表示,其组织为层片状结构,综合了铁素体和渗碳体优点,其综合力学性能好。,莱氏体(Ledeburite),莱氏体是由AFe3C组成的一种机械混合物,用符号Ld表示,其组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体,主要体现了渗碳体特点,硬而脆。,4.2 Fe-Fe3C 相图分析,液相线:ABCD固相线:AHJECF五个单相区:L,和Fe3C七个两相区:L,L,L Fe3C,Fe3C,Fe3C两条磁性转变线:MO(铁素体的)及过230的虚线(渗碳体的)三条水平相变线:HJB包晶转变线 ECF共晶转变线 PSK共析转变线,4.2.5 三条重要的特性曲
5、线,GS线:A3线冷却过程中奥氏体析出铁素体的开始线。ES线:Acm线C在奥氏体中的溶解度曲线。PQ线C在铁素体中的溶解度曲线。,共晶反应析出的Fe3C为一次渗碳体。奥氏体中析出的Fe3C为二次渗碳体。铁素体中析出的Fe3C为三次渗碳体。,4.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织,工业纯铁(iron):C%0.0218%钢(steel):C%:0.02182.11%,又分为:共析钢(eutectoid steel):C%:0.77%亚共析钢(hypeutectoid steel):C%:0.02180.77%过共析钢(hypereutectoid steel):C%:0.772.11%铸铁(cas
6、t iron):C%:2.116.69%,有较好的铸造性能、质脆,不能锻造。又分为:共晶铸铁(eutectic cast iron):C%:4.30%亚共晶铸铁(hypoeutectic cast iron):C%:2.114.30%过共晶铸铁(hypereutectic cast iron):C%:4.306.69%,4.3.1 工业纯铁(Wc 0.0218%),纯铁组织金相图,4.3.2 共析钢(Wc=0.77%),共析钢组织金相图,相组成:+Fe3C组织组成:P,共析钢(Wc=0.77%),4.3.3 亚共析钢(Wc=0.45%),亚共析钢组织金相图,组织组成:+P,亚共析钢(Wc=0.
7、45%),相组成:+Fe3C,a)含碳量0.20 b)含碳量0.40c)含碳量0.60,a,b,c,4.3.4 过共析钢(Wc=1.2%),过共析钢组织金相图,组织组成:Fe3C+P,过共析钢(Wc=1.2%),相组成:+Fe3C,a)硝酸酒精浸蚀 b)苦味酸钠的浸蚀白色网状相为二次渗碳体 黑色网状为二次渗碳体暗黑色为珠光体 浅白色为殊光体,4.3.5 共晶白口铸铁(Wc=4.3%),共晶白口铸铁组织金相图,组织组成:Fe3C+PLd,共晶白口铸铁(Wc=4.3%),相组成:+Fe3C,4.3.6 亚共晶白口铸铁(Wc=3.0%),亚共晶白口铸铁组织金相图,组织组成:Fe3C+P+Ld?,亚共
8、晶白口铸铁(Wc=3.0%),相组成:+Fe3C,4.3.7 过共晶白口铸铁(Wc=5.0%),过共晶白口铸铁组织金相图,组织组成:Fe3C+Ld,过共晶白口铸铁(Wc=5.0%),相组成:+Fe3C,总结:从Fe-Fe3C相图可知,铁碳合金室温下的相组成物都是铁素体和渗碳体,并且随含碳量的增加,渗碳量不断增多。而室温组织组成物却有、Fe3C、P、Fe3C、Fe3C 和Ld。,Fe-Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+Fe3C,6.69%C,(A+Fe3C),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+Fe3C,(F+Fe3C
9、),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,共晶相图,共析相图,匀晶相图,(P+Fe3C),4.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响,4.4.1 碳对平衡组织的影响,相组成相对量图表,4.4.2 碳对力学性能的影响,纯铁与珠光体性能对比,纯铁b176274MPa0.298166MPa3050,7080 HB5080,珠光体b1000MPa0.2600MPa10,1215 HB241,4.4.3 碳对工艺性能的影响,1.切削加工性能,2.可锻性钢的可锻性首先与含碳量有关。低碳钢的可锻性较好,随着含碳量的增加,可锻性逐渐变差。奥氏体具有良好的可锻性,易于塑性变形
10、。因此钢材的始锻或始轧温度一般选在单相奥氏体区。终锻温度不能过低,以免塑性变差。,3.铸造性,包括金属的流动性、收缩性和偏析倾向。,(1)流动性:C量增加,结晶温度间隔增大,流动性应该变差。但是,随C量增加,液相线温度降低。因此,同样浇铸温度下,含C量高的钢过热度大,对钢液的流动性有利。,铸铁液相线较低,流动性比钢好。共晶成分铸铁流动性最好。,(2)收缩性:,两个主要影响因素:化学成分和浇注温度,化学成分一定,浇注温度越高,液态收缩越大;浇注温度一定,碳含量增加,体积收缩增大;固态收缩减小。,(3)偏析倾向:,固液相线的水平距离和垂直距离越大,偏析越严重。铸铁成分越靠近共晶点,偏析越小。,炼钢
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