鐵碳合金相圖（課堂PPT）

1、1第三章第三章 鐵碳合金鐵碳合金2學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：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(tài)或組織隨溫度變化的圖形。 目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為06.69%的鐵碳合金部分（即FeFe3C部分），因?yàn)楹剂看笥?.69的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價(jià)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(diǎn)點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)，溫度1538,Wc=02 2）G G點(diǎn)點(diǎn)純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，冷卻到912時(shí),發(fā)生-F-Fe 3 3）Q Q點(diǎn)點(diǎn)600時(shí),碳在-Fe中的溶度,Wc=0.0057%二、相圖中點(diǎn)的含義二、相圖中點(diǎn)的含義54 4）D D點(diǎn)點(diǎn)

2、滲碳體熔點(diǎn),溫度1227,Wc=6.69%5 5）C C點(diǎn)點(diǎn)共晶點(diǎn)，溫度1148，Wc=4.3%成分為C的液相，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)LcA+Fe3C6 6）E E點(diǎn)點(diǎn)碳在-Fe中的最大溶解度,溫度1148，Wc=2.11%二、相圖中點(diǎn)的含義二、相圖中點(diǎn)的含義67 7）S S點(diǎn)點(diǎn)共析點(diǎn)，溫度727，Wc=0.77%成分為S點(diǎn)的奧氏體，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共析反應(yīng)：AsP（F+Fe3C）8 8）P P點(diǎn)點(diǎn)碳在-Fe中的最大溶解度,溫度727，Wc=0.0218%二、相圖中點(diǎn)的含義二、相圖中點(diǎn)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(jié)晶溫度開始線) )

3、 液相線液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點(diǎn)所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。2 2）AECFAECF線線( (結(jié)晶溫度終止線) )固相線固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點(diǎn)所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)。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(shí)，均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)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(diǎn)（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(shí)，將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體（P），wC0.0218%的鐵碳合金均會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。5 5）GSGS線線奧氏體冷卻時(shí)開始向鐵素體轉(zhuǎn)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(shí)結(jié)晶出成分和晶格同時(shí)結(jié)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(tài)合金，在恒定的溫相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新的，度下，分解成兩個(gè)新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相具有一定晶體結(jié)構(gòu)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(qū)三、相圖中的相區(qū)：1 1）單相區(qū)）單相區(qū)有F、A、L和Fe3C四個(gè)單相區(qū)2 2）兩相區(qū)）兩相區(qū)五個(gè)兩相區(qū)：LA兩相區(qū)、L+Fe3C兩相區(qū)、A+Fe3C兩相區(qū)、AF兩相區(qū)、F+Fe3C兩相區(qū)3 3）三相區(qū)）三相區(qū)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(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 五個(gè)重要的成份點(diǎn)五個(gè)重要的成份點(diǎn): P、S、E、C、K。 四條重要的線四條重要的線: EF、ES、GS、FK。 二二個(gè)重

6、要轉(zhuǎn)變個(gè)重要轉(zhuǎn)變: 共晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變。共析轉(zhuǎn)變。 二個(gè)重要溫度二個(gè)重要溫度: 1148 、727 。13四.Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相圖的相圖的知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：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(jié)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(shí)，要發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，奧氏體轉(zhuǎn)變成（ ）。課題練習(xí)檢測(cè)課題練習(xí)檢測(cè)：成分狀態(tài)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(jié)：鐵碳合金相

7、圖的工藝分析第二節(jié)：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(yè)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(yè)純鐵工業(yè)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(tài)下結(jié)晶時(shí)，全部在液態(tài)下結(jié)晶時(shí)，全部或部分液相會(huì)發(fā)生共晶變，獲得全部或或部分液相會(huì)發(fā)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(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性越低，這在鋼經(jīng)過熱處理后表現(xiàn)尤為明顯。 五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關(guān)系五、鐵碳合金的成份、組織與性能的關(guān)系：27四、FeFe3C相圖的應(yīng)用在焊接工藝上的應(yīng)用在焊接工藝上

10、的應(yīng)用281 1、在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用、在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用 FeFeFe3CFe3C相圖反映了鐵碳合金的組織、性能隨成分的變化規(guī)律相圖反映了鐵碳合金的組織、性能隨成分的變化規(guī)律，為鋼鐵材料的選用提供了依據(jù)。如各種型鋼及橋梁、船舶、各種建筑結(jié)構(gòu)等，都需要強(qiáng)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(jī)械零件要求強(qiáng)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(qiáng)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(fù)雜的工件，如冷軋輥、球磨機(jī)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(guī)律，由組織可以判斷出鋼鐵材料的力學(xué)性能，以便合理選用鋼鐵材料。292 2、在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用、在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用根據(jù)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(diǎn)找出不同成分的鐵碳合金的熔點(diǎn)，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(diǎn)低，而且結(jié)晶溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。因此生產(chǎn)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(diǎn)最低,結(jié)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(yīng)用、在鍛造方面的應(yīng)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(tài)，才具有較高的塑性和較低的強(qiáng)度，容易產(chǎn)生塑性變形。所以，鍛、軋溫度通常選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)。一般始鍛（或始軋）溫度控制在固相線以下100200范圍內(nèi)，溫度不宜太高，以免鋼材嚴(yán)重氧化或發(fā)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(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。 314 4、在熱處理方面的應(yīng)用、在熱處理方面的應(yīng)用FeFe3C相

13、圖是制訂熱處理工藝的依據(jù)。應(yīng)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(zhuǎn)變也各不相同，都可從狀態(tài)圖中求得。325 5、在焊接方面的應(yīng)用、在焊接方面的應(yīng)用（補(bǔ)充補(bǔ)充） 焊接時(shí)由焊縫到母材各區(qū)域的溫度是不同的，根據(jù)FeFe3C相圖可知，受到不同加熱溫度的各區(qū)域在隨后的冷卻中可能會(huì)出現(xiàn)不同的組織和性能。這需要在焊接之后采用相應(yīng)的熱處理方法加以改善。33課堂練習(xí)課堂練習(xí)：1、共析鋼冷卻到S點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，從奧氏體中同時(shí)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(gè)結(jié)晶過程包括（ ）、（ ）兩個(gè)基本過程組成。3、根據(jù)溶質(zhì)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(tài)的物體叫（ ）；原子呈有序、有規(guī)則排列的物體叫（ ）。一般固態(tài)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(xì)化晶粒的根本途徑是控制結(jié)晶時(shí)的（ ）及（ ）。9、只有經(jīng)過（ ）的金屬才會(huì)發(fā)生再結(jié)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(guī)則幾何形狀2、合金發(fā)生固溶強(qiáng)化的主要原因（ ）。A晶格類型發(fā)生了變化 B 晶粒細(xì)化 C 晶格發(fā)生畸形 D 晶界面積發(fā)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(dú)立物質(zhì)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(fā)

16、生的。A、切應(yīng)力 B、拉應(yīng)力 C、壓力366、金屬在固態(tài)下隨著溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象稱為（ ）。A、再結(jié)晶 B、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 C、共晶轉(zhuǎn)變7、冷加工是指金屬發(fā)生塑性變形的溫度為（ ）。A、常溫不加熱 B、500C以下 C、再結(jié)晶溫度以下8、拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷前能承受的最大應(yīng)力稱為材料的（ ）。A、屈服強(qiáng)度 B、抗拉強(qiáng)度 C、彈性極限9、金屬的強(qiáng)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(cè)定半成品、毛坯、鑄件的硬度，一般選用（ ）。A、洛氏硬度計(jì) B、維氏硬度計(jì) C、布氏硬度計(jì)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(gè)頂角及立方體六個(gè)平面的中心。（ ）5、洛氏硬度值無單位。（ ） 6、一般說，晶粒越細(xì)小，金屬材料的力學(xué)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(yàn)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)顯著的屈服現(xiàn)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(jié)晶開始線LL+AL+Fe3C912GAECF線為固相線，也稱為結(jié)晶終止線FKAESG圍成的相區(qū)為單一奧氏體區(qū)用A（）表示,為面心立方