热处理工艺学(第五章)课件.ppt

第五章 铁碳合金及其状态图 钢与铸铁是机械制造中应用最广泛的金属材料，尽管钢和铸铁的种类很多，成分各不相同，但都是以铁和碳两种元素为主组成的合金，所以又称铁碳合金。要掌握各种钢的组织、性能特点及其热处理原理，必须首先了解铁碳二元合金中成分、组织与性能间的关系. 第一节 铁碳合金中的基本相 铁碳合金中，含碳量小于2.11％的铁碳合金叫钢；含碳量大于2.11％的铁碳合金叫铸铁. 各种铁碳合金的内部组织是随着成分及温度的变化而不同的，但基本都是由铁素体、奥氏体及渗碳体等基本相所组成。 一、铁素体 碳溶解在 -Fe 或者 -Fe中所形成的间隙固溶体称铁素体，以符号 F 表示. 铁素体的晶格是体心立方晶格。在金相显微镜下，铁素休呈现具有明显晶界、大小不一的颗粒状结构. 铁素体存在于912 ℃ 以下和1394~1538 ℃ 之间的温度范围内。在低温区的铁素体称为 a 铁素体，在高温区的铁素体称 铁素体.一般所指的铁素体，多是指 a铁素体。 碳在铁素体中的溶解度极小，常温下一般不超过0.005% ，在 727℃ 时具有最大的溶解度为0.0218% .因此，可能把铁素体近似看作纯铁。铁素休的机械性能的待点是强度高、硬度低而塑性、韧性高。 铁素体在低于770℃ 时具有铁磁攀，高干此温度，则铁磁性消失。 二、奥氏体 碳溶于 -Fe所形成的间隙固溶体称奥氏体，常用符号 A 表示。 奥氏体的晶格是面心立方晶格，晶格中原子之间的向隙较大，故碳在奥氏体中的溶解能力较强。 碳在奥氏体中的溶解度随温度的升高而增大，在1148℃ 时达到最大溶解度为2.11%，随着温度的下降，溶解度逐渐减少，在 727 ℃ 时，其最大溶碳量为 0.77%。奥氏体的显微组织类同干铁素体，奥氏体晶粒呈多面体形，晶粒内常有孪晶出现.由于奥氏体的溶碳能力比铁素体高，其强度和硬度较铁素体高，同时具有良好的塑性．绝大多数钢材在高温压力加工和热处理时，都要求在奥氏体区进行。 四、珠光体 铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号 P 表示．珠光体是奥氏体在冷却过程中在727℃ 恒温下共析转变得到的产物. 珠光体的含碳浓度平均为0.77%，它是由硬的渗碳体和软的铁素体以片状相间组成，其机械性能介于铁素体和渗碳体之间。 五、莱氏体 含碳量为4.3％的铁碳合金，在1148 ℃时，同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld 表示. 由于奥氏体在727℃ 时转变为珠光休，所以室温时的莱氏体由珠光体和渗碳体组成。为区别起见，将727 ℃ 以上的莱氏体，称为高温莱氏体用 Ld 表示;在727 ℃ 以下的莱氏体称为低温莱氏体用 L‘ d 表示。莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高。 第二节 铁碳合金状态图 铁碳合金状态图是表示在极缓慢加热（或冷却）情况下，不同成分的铁碳合金在不同温度时所具有的状态或组织的图形。 铁碳合金的含碳量一般不超过4%，因为含碳量过高，脆性很大，加工困难，没有实用价值.现在研究的铁碳合金只研究 Fe-Fe3C 部分.铁碳合金状态图是研究铁碳合金的组织与性能及其加工工艺的基础。 (1)包晶转变线 1495 ℃ 的水平线 HJB 为包晶转变线， J 点为包晶点。合金结晶时，在这条线上发生包晶转变，转变产物是奥氏体。此转变在含碳为 0 . 09~0 . 53 ％的铁碳合金中发生。 (2)共晶转变线 1148 ℃ ECF 水平线是共晶转变线， C 点为共晶点。含碳为 4.3 ％的合金液相在这条线上发生共晶转变：从液相中同时结晶出含碳2.11％的奥氏体和渗碳体，共晶转变的产物称为莱氏体，以符号 Ld 表示。含碳超过 2.11％的铁碳合金结晶时遇到共晶转变线，都将发生共晶转变。 (3)共析转变线 727℃ 的 PSK 水平线是共析转变线， S 点为共析点。含碳 0 . 77 ％的奥氏体在这条水平线上发生共析转变--从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体。共析转变的产物是铁素休与渗碳休的机械混合物，称作珠光体。含碳量大于0.0218％的铁碳合金在冷却到此温度时，都将发生共析转变。 PSK 线还表示各种成分的铁碳合金，在缓慢冷却（或加热）时， Y 相向 a 相转变的终了温度（或 a 相向丫相转变的开始温度）。这条线又以符号A1表示. (4