鐵碳相圖（課堂PPT）

1、n5.1 純鐵及鐵碳合金中的相n5.2 Fe-Fe3C相圖分析n5.3 合金的成分與組織、性能的關系n5.4 Fe-Fe3C相圖的應用及局限性脆性大，無實用意義912工業(yè)純鐵指含雜質為工業(yè)純鐵指含雜質為0.100.20的純鐵，的純鐵，s sb、HB低，低，d d、a aK 好。好。（一）特性：（一）特性：1.純鐵具有同素異晶轉變：在固純鐵具有同素異晶轉變：在固態(tài)不同溫度發(fā)生晶格類型的轉變。態(tài)不同溫度發(fā)生晶格類型的轉變。 即即-Fe-Fe(BCC)(FCC)BCC)s sb=180230 MPaHB=5080d d=3050%a aK=160200 J/cm2j=j=7080%主要利用其高的導磁

2、率，作電工材料。主要利用其高的導磁率，作電工材料。5.1純鐵及其鐵碳合金相純鐵及其鐵碳合金相二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相 組組 元：元： 純鐵、滲碳體 基基 本本 相：相： 鐵素體（ ） 奧氏體奧氏體（ ） 滲碳滲碳體（Cm） 基本組織： 珠光體（P）萊氏體（Le/Le） (1)(1)相相：又稱為鐵素體：又稱為鐵素體FerriteFerrite：碳原子溶入：碳原子溶入-Fe-Fe的間隙的間隙形成的固溶體，用形成的固溶體，用“F”F”或或“a ”a ”表示。呈體心立方晶格，最大表示。呈體心立方晶格，最大含碳量為含碳量為0.0218%0.0218%，(P(P點點) )溫度為溫度為727727。 性

3、能：性能：b、HB低，低，、K 好。好。二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相（2）g g相相：又稱為奧氏體：又稱為奧氏體Austenite：是碳原子溶入：是碳原子溶入-Fe中的中的間隙形成的固溶體，用間隙形成的固溶體，用“A”或或“g g”表示，具有表示，具有FCC晶體結構晶體結構 。含碳量為含碳量為727時為時為0.77% ；1148時為時為2.11性能：高塑性、高韌性、良好的鍛造性能，強度、硬度較低性能：高塑性、高韌性、良好的鍛造性能，強度、硬度較低.二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相性能：高硬度，性能：高硬度， 高脆性，塑性近似為零，加熱易分解。高脆性，塑性近似為零，加熱易分解。s sb=30MPaH

4、BHB=800d d=0物相形貌：滲碳體根據(jù)形成條件不同，有條狀、網(wǎng)狀、片狀、物相形貌：滲碳體根據(jù)形成條件不同，有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等，對性能有較大影響。粒狀等，對性能有較大影響。Fe3C 3Fe C（石墨）（石墨）石墨具有六方結構石墨具有六方結構,強度、硬度極低強度、硬度極低二、鐵碳合金相二、鐵碳合金相0Fe符號符號 溫度（溫度（） 含碳量（含碳量（%） 說明說明 A 1538 0 純鐵的熔點純鐵的熔點 B 1495 0.53 包晶轉變時液相合金的成分包晶轉變時液相合金的成分 C 1148 4.30 共晶點共晶點 D 1227 6.69 滲碳體的熔點滲碳體的熔點(計算值計算值) E 11

5、48 2.11 C在奧氏體中的最大溶解度在奧氏體中的最大溶解度 F 1148 6.69 滲碳體的成分滲碳體的成分 G 912 0 a a-Fegg-Fe同素異構轉變點（同素異構轉變點（A3） H 1495 0.09 C在在d d中的最大溶解度中的最大溶解度 J 1495 0.17 包晶點包晶點 K 727 6.69 滲碳體的成分滲碳體的成分 L06.69滲碳體的成分滲碳體的成分M7700純純Fe的居里點的居里點N 1394 0 d d-Fegg-Fe同素異構轉變點（同素異構轉變點（A4 )O7700.5鐵素體的磁性轉變溫度鐵素體的磁性轉變溫度P727 0.0218 C在在a a中的最大溶解度中

6、的最大溶解度 Q室溫室溫 0.0008 室溫時室溫時C在在a a中的最大溶解度中的最大溶解度 S 727 0.77 共析點（共析點（A1） 一、相圖分析一、相圖分析相圖中的點相圖中的點相圖中的五個單相相圖中的五個單相(區(qū)區(qū))相圖中的三條水平線相圖中的三條水平線相圖中的七個兩相區(qū)相圖中的七個兩相區(qū)一、相圖分析一、相圖分析（一）相圖中重要的點、線、區(qū)（一）相圖中重要的點、線、區(qū)相及相區(qū)相及相區(qū)相區(qū)相區(qū)：五個單相區(qū)：五個單相區(qū)：L、 d d、 A、F、Fe3C 。 七個雙相區(qū)：七個雙相區(qū)：LA、 L d d、 L+ Fe3C、 d d A、 AF、AFe3C 、FFe3C。 三個三相區(qū)：三個三相區(qū)：

7、 L+ d+Ad+A、 L AFe3C、F+A+ Fe3C相：相：L、d d、A、F、Fe3C五個相。五個相。線線:(一一) 液相線液相線-A BC D線線 (二二) 固相線固相線-AHJECF線線(三三) 三條水平線三條水平線共晶線共晶線ECF線線包晶線包晶線HJB線線共析線共析線PSK線線A1線線一、相圖分析一、相圖分析（一）相圖中重要的點、線、區(qū)（一）相圖中重要的點、線、區(qū)J J為包晶點為包晶點: : 1495 時時, B點成分的點成分的L與與H點成分的點成分的 發(fā)生包晶反應發(fā)生包晶反應, 生成生成J點成分點成分的的。 C點為共晶點：點為共晶點： 1148 時時, C點成分的點成分的L發(fā)

8、生共晶反應發(fā)生共晶反應, 生成生成E點成分的點成分的和和Fe3C（萊氏體）。（萊氏體）。 S點為共析點：點為共析點： 727 時時, S點成分的點成分的發(fā)生發(fā)生共析反應共析反應, 生成生成P點成分的點成分的和和Fe3C（P）。）。一、相圖分析一、相圖分析（二）三個重要的點（二）三個重要的點包晶反應：包晶反應：L+一、相圖分析一、相圖分析（三）三個重要的恒溫轉變（三）三個重要的恒溫轉變一、相圖分析一、相圖分析性能：強度較高，塑性、性能：強度較高，塑性、韌性和硬度介于韌性和硬度介于與與Cm之之間。間。層片狀層片狀一、相圖分析一、相圖分析共析反應：共析反應：P (FeC3+ )一、相圖分析一、相圖分

9、析（四）三條重要的特征線（四）三條重要的特征線0FeGS線線(A3)： 冷卻過程中冷卻過程中析出析出的開始線的開始線過共析鋼過共析鋼共析鋼共析鋼共晶白口鐵共晶白口鐵亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵過共晶白口鐵過共晶白口鐵碳素鋼碳素鋼二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程T8鋼鋼碳含量碳含量 0.80二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程F:F:白色等軸晶粒；白色等軸晶粒；Fe3CFe3C：呈小白片狀分布于：呈小白片狀分布

10、于F F晶界晶界二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（一）工業(yè)純鐵（一）工業(yè)純鐵二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（一）工業(yè)純鐵（一）工業(yè)純鐵二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（二）共析鋼（二）共析鋼二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（二）共析鋼（二）共析鋼 杠桿定律杠桿定律計算二元相圖中計算二元相圖中 平衡狀態(tài)下平衡狀態(tài)下 兩平衡相的相對質量分數(shù)。兩平衡相的相對質量分數(shù)。杠桿的杠桿的支點支點是兩相合金的是兩相合金的成分點成分點，端點，端點分別是兩個相的分別是兩個相的成成分點分點。A(0.0008)B(6.69)0.77%5

11、 .11%1000008. 069. 60008. 077. 03=CFeM%5 .88%1000008. 069. 677. 069. 6=aMa a相的質量分數(shù)相的質量分數(shù)Fe3C相的質量分數(shù)相的質量分數(shù)L相冷卻相冷卻L相相 相相L相相+ 相相 相，并且相，并且L相有剩余相有剩余剩余剩余L相相 相相單相的冷卻單相的冷卻相相 相，但相，但相有剩余相有剩余共析反應：剩余共析反應：剩余相相P（+Fe3C），存在），存在先析先析相相二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（三）亞共析鋼（三）亞共析鋼二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（三）亞共析鋼（三）亞共析鋼計算計算

12、727 下下, 組織組成物組織組成物的質量分數(shù)的質量分數(shù)%28.77%1000218. 077. 00218. 06 . 0=PM%72.22%1000218. 077. 06 . 077. 0=aMa a組織組成物的組織組成物的質量分數(shù)質量分數(shù)P組織組成物的組織組成物的質量分數(shù)質量分數(shù)A(0.0218)B(0.77)0.6二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（四）過共析鋼（四）過共析鋼二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（四）過共析鋼（四）過共析鋼單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應：共晶反應：LLe（+Fe3C）共晶共晶中的中的相不斷析出相不斷析出Fe3C，

13、不可見，不可見共析反應：共析反應： Le（+Fe3C） Le（P+Fe3C） 二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（五）共晶白口鐵（五）共晶白口鐵二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（五）共晶白口鐵（五）共晶白口鐵單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應：剩余共晶反應：剩余LLe（+Fe3C）先共晶先共晶相不斷析出相不斷析出Fe3C，共晶，共晶相析出相析出Fe3C不可見不可見共析反應：共析反應： Le（+Fe3C） Le（P+Fe3C） 先共晶先共晶相相 P勻晶反應：勻晶反應： L 相相室溫組織：室溫組織： Le（P+Fe3C） + P二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（六）亞共晶白口鐵（六）亞共晶白口鐵單相液體的冷卻單相液體的冷卻共晶反應：剩余共晶反應：剩余LLe（+Fe3C）共晶共晶相析出相析出Fe3C不可不可見見共析反應：共析反應： Le（+Fe3C） Le（P+Fe3C） 勻晶反應：勻晶反應： L Fe3C相相室溫組織：室溫組織： Le（P+Fe3C） + Fe3C二、典型合金的平衡凝固過程二、典型合金的平衡凝固過程（六）過共晶白口鐵（六）過共晶白口鐵 含含C對對Fe-C合金組織的影響合金組織的影響5.3 合金的成分與組織及性能之間的關系合金的成分與組織及性能之間的關系一、含碳量對相及組織