机械工程材料（第3版）教学课件作者王运炎第四章铁碳合金相图课件.ppt

第一节 铁碳合金的基本相 第二节 铁-渗碳体相图分析 第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织 第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系 图4-2 Fe-Fe3C相图 钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两个元素，故统称为铁碳合金。 铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，而稳定的化合物可以作为一个独立的组元，因次整个Fe-C 相图可视为由Fe-Fe3C、Fe3C–Fe2C 、Fe2C- FeC 等一系列二元相图组成。 图4-1 Fe-C相图的组成 第一节 铁碳合金的基本相 Fe和Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。属于固溶体相有铁素体与奥氏体，属于金属化合物相有渗碳体。铁碳合金固态下的相结构也形成固溶体和金属化合物两类。 一、铁素体 碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。 铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。 铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织。 图4-3 铁素体的显微组织（100x） 二、奥氏体 碳溶于β-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。 奥氏体存在与727℃以上的高温范围内。 三、渗碳体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶格的间隙化合物。 渗碳体在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或板状。 图4-4 奥氏体的显微组织（100x） 第二节 铁-渗碳体相图分析 由于纯铁具有同素异晶性，并且α-Fe与β-Fe的溶碳能力又各不相同，所以图4-2所示的Fe-Fe3C相图就显得比较复杂。图中左上角（δ-Fe转变）部分实用意义不大，将其简化成图4-5分析。 图4-5 简化后的Fe-Fe3C相图 图4-2 Fe-Fe3C相图 图4-6 Fe-Fe3C相图上半部分图形 一、上半部分图形—由液态变为固态的一次结晶 如图4-6所示，上半部分图形是属于第三章所述的二元共晶相图类型。γ-Fe与Fe3C为该图的两个组元。 （一）图中各点的分析 A点为纯铁的熔点，D点为渗碳体的熔点，E点为在1148℃时碳在γ-Fe中最大溶解度，C点为共晶点。 （二）图中各线的分析 AC线和CD线为液相线，液态合金冷却到AC线温度时，开始结晶出奥氏体；液态合金冷却到CD线温度时，开始结晶出渗碳体。AE线和ECF线为固相线。AE线为奥氏体结晶终了线，ECF线是共晶线，ES线为碳在奥氏体中固溶线。 图4-6 Fe-Fe3C相图上半部分图形 图4-7 Fe-Fe3C相图下半部分图形 二、下半部分图形—固态下相变 图4-7所示，下半部分图形与二元共晶相图也很相似。α-Fe与Fe3C为该图的两个组元。 （一）图中各点的分析 1.G点为α-Fe?γ-Fe的同素异晶转变温度； 2.P点为在727℃时碳在α-Fe中最大溶解度； 3.S点为共析点。 （二）图中各线的分析 1.GS线为冷却时由奥氏体转 变成铁素体的开始线 ； 2.GP线为冷却时奥氏体转变 成铁素体的终了线； 3.PSK线称为共析线； 4.PQ线为碳在铁素体中的固溶线。 图4-7 Fe-Fe3C相图下半部分图形 三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类 Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能，通常根据相图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸铁三大类。 工业纯铁（P点左面） 共析钢（S点） 碳合金 钢（P点与E点间） 亚共析钢（S点左面） 过共析钢（S点右面） 共晶白口铸铁（C点） 白口铸铁 亚共晶白口铸铁（C点左面） 过共晶白口铸铁（C点右面） 第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织 一、合金Ⅰ(共析钢) 图4-8中合金I为共析钢。共析钢在1点到2点之间，其分析方法与匀晶相图完全相同。 图4-8 钢部分的典型合金结晶过程分析示意图 图4-9 共析