材料科学基础-第五章-铁碳相图ppt课件.pptx

第三节第三节 复杂二元相图的分析复杂二元相图的分析步骤和方法：步骤和方法：(1)(1)首首先先看看是是否否存存在在稳稳定定化化合合物物，如如有有则则把把相相图图分分成成 几个区域几个区域(基本相图基本相图)进行分析。进行分析。(2)(2)根据相区接触法则，弄清各相区的组成相。根据相区接触法则，弄清各相区的组成相。(3)(3)找找出出所所有有的的三三相相共共存存水水平平线线及及与与其其接接触触的的三三个个单单相相区区，根根据据3 3个个单单相相区区与与水水平平线线的的相相互互位位置置确确定定三三相相平平衡衡转变的类型及反应式。分析相图的关键步骤。转变的类型及反应式。分析相图的关键步骤。第三节第三节 复杂二元相图的分析复杂二元相图的分析(4)(4)应应用用相相图图分分析析典典型型合合金金的的组组晶晶过过程程和和组组织织变变化化规规律。律。单相区：单相区：相成分与原合金相同。相成分与原合金相同。双双相相区区：在在不不同同温温度度下下，两两相相成成分分分分别别沿沿相相界界线线变变化，各相的相对量可由杠杆法则求得。化，各相的相对量可由杠杆法则求得。三三相相共共存存(平平衡衡)时时：三三个个相相的的成成分分固固定定不不变变，可可用用杠杆法则求出恒温转变前、后相组成的相对量。杠杆法则求出恒温转变前、后相组成的相对量。第三节第三节 复杂二元相图的分析复杂二元相图的分析(5)(5)在在应应用用相相图图分分析析实实际际情情况况时时，切切记记相相图图只只给给出出体体系系在在平平衡衡条条件件下下存存在在的的相相和和相相对对量量，并并不不能能表表达达出出相相的的形形状状、大大小小和和分分布布（这这些些只只取取决决于于相相的的本本性性及及形形成成条条件件）；相相图图只只表表示示平平衡衡状状态态的的情情况况，而而实实际际生生产产条条件件下下很很难难达达到到平平衡衡状状态态，因因此此要要特特别别重重视视它它们们的的非非平平衡条件下可能出现的相和组织。衡条件下可能出现的相和组织。(6)(6)相图的正确与否可用相律来判断。相图的正确与否可用相律来判断。在在分分析析和和认认识识相相图图中中的的相相、相相区区及及相相变变线线的的特特点点之之后后，就就可可分分析析具具体体合合金金随随温温度度改改变变而而发发生生的的相相变变及及组组织织变变化。化。铁碳相图铁碳相图（重点掌握）（重点掌握）1.1.铁碳相图铁碳相图2.2.铁碳合金的结晶过程和组织变化铁碳合金的结晶过程和组织变化3.3.铁碳合金的成分、组织与性能间的关系铁碳合金的成分、组织与性能间的关系4.4.钢中的杂质元素及其对性能的影响钢中的杂质元素及其对性能的影响5 5.铁石墨相图铁石墨相图6.6.石墨与基体对铸铁机械性能的影响石墨与基体对铸铁机械性能的影响Fe-CFe-C合金概述合金概述 钢钢(Steels)和和铸铸铁铁(Cast irons)是是现现代代机机械械制制造造工工业业中中应应用用最最广广的的金金属属材材料料，虽虽然然种种类类很很多多，成成分分不不一一，其其基基本本组组成成都都是是铁铁(Fe)Fe)和和碳碳(C)C)两两种种元元素素，故故统统称称为为铁铁碳碳合合金金（alloys of the iron-carbon system）。合合金金钢钢和和合合金金铸铸铁铁实实际际上上是是有意加入合金元素的铁碳合金。有意加入合金元素的铁碳合金。铁铁碳碳相相图图描描述述了了钢钢铁铁材材料料的的成成分分、温温度度与与组组织织（相相）之之间间的的关关系系，是是了了解解钢钢铁铁材材料料的的基基础础。因因此此，学学习习铁铁碳碳相相图图、掌掌握握、应应用用铁铁碳碳相相图图的的规律解决实际问题是非常重要的。规律解决实际问题是非常重要的。Fe-CFe-C合金概述合金概述 FeFe与与C C形形成成系系列列化化合合物物：FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC。Fe-CFe-C相相图图分分成成Fe-FeFe-Fe3 3C,C,FeFe3 3CFeCFe2 2C,C,FeFe2 2C-FeCC-FeC，FeC-CFeC-C 四四部部分分由由于于化化合合物物是是硬硬脆脆相相，后后面面三三部部分分相相图图实实际际上上没没有有应应用用价价值值（工工业业上上使使用用的的铁铁碳碳合合金金含含碳碳量量不不超超过过5 5），因因此此，通通常常所所说说的的铁碳相图就是铁碳相图就是Fe-FeFe-Fe3 3C C部分部分。Fe-CFe-C合金的各种化合物合金的各种化合物铁碳（铁碳（Fe-FeFe-Fe3 3C C）相图）相图铁碳（铁碳（Fe-FeFe-Fe3 3C C）相图）相图1 1.铁碳合金中的组元铁碳合金中的组元 铁碳合金中组元：铁碳合金中组元：纯铁纯铁(Fe)Fe)渗碳体（渗碳体（FeFe3 3C C）(1)(1)纯铁（纯铁（FeFe）纯铁（纯铁（pure iron）WFe99.8%，原子序数，原子序数26，原子相对质量，原子相对质量55.85，纯，纯铁的熔点铁的熔点1538，汽化点，汽化点2738，密度，密度7.87g/。纯铁固态下具有同素异构转变：纯铁固态下具有同素异构转变：912以下为体心立方以下为体心立方(bcc)结构，结构，912到到1394之间之间为面心立方为面心立方(fcc)结构结构,1394到熔点之间为体心立方到熔点之间为体心立方(bcc)结构。另外，纯铁结构。另外，纯铁770发生磁性转变。发生磁性转变。(1)(1)纯铁（纯铁（FeFe）纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的冷却曲线及晶体结构变化(1)(1)纯铁（纯铁（FeFe）纯铁的显微组织纯铁的显微组织(2)(2)渗碳体渗碳体(Fe3C)(Fe3C)渗渗碳碳体体是是FeFe3 3C C，属属于于正正交交晶晶系系，结构复杂结构复杂。FeFe3 3C C熔点为熔点为12271227，FeFe3 3C C是一种是一种亚稳化合物，在一定条件下，分亚稳化合物，在一定条件下，分解而形成石墨状的自由碳：解而形成石墨状的自由碳：FeFeFeFe3 3 3 3C3Fe+CC3Fe+CC3Fe+CC3Fe+C渗碳体的结构渗碳体的结构FeFe3 3C C在在230230以下具有铁磁性，常用以下具有铁磁性，常用A A0 0表示。表示。FeFe3 3C C在钢和铸铁中呈片状，粒状，网状和板条状。在钢和铸铁中呈片状，粒状，网状和板条状。渗碳体硬而脆渗碳体硬而脆(800HBW)(800HBW)，塑性极低，延伸率接近于，塑性极低，延伸率接近于0 0。钢铁材料中的主要强化相。其中钢铁材料中的主要强化相。其中FeFe可以被其它元素可以被其它元素 CrCr、MnMn替代，形成替代，形成 (Fe,Mn)3C(Fe,Mn)3C，(Fe,Cr)3C(Fe,Cr)3C，称为合，称为合金渗碳体。金渗碳体。(2)(2)渗碳体渗碳体(Fe3C)(Fe3C)Fe-FeFe-Fe3 3C C相图：相图：介稳定系相图。介稳定系相图。Fe-CFe-C相图：相图：稳定系相图。稳定系相图。若若把把两两相相图图画画在在同同一一图图上上，称称为为Fe-CFe-C合合金金双双重重相相图图，两相图各有不同的适用范围。两相图各有不同的适用范围。Fe-C合金双重相图合金双重相图实线：实线：Fe-Fe3C相图相图虚线：虚线：Fe-C相图相图2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相Fe-C合金在不同条件下，合金在不同条件下，有有5（6）个基本相：）个基本相：L相、相、相、相、相、相、相、相、Fe3C相、（石墨相、（石墨(G)相）相）2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相（1）液相）液相(L)Fe与与C在在高高温温下下形形成成的的液液体体溶溶液液。(ABCD线线以上以上)（2）相相高温铁素体高温铁素体 C 溶溶解解于于-Fe形形成成的的间间隙隙固固溶溶体体。在在1459时时最最大大溶溶解解度度可可达达0.09%，为为bcc结结构构，也也称称高高温温铁素体。铁素体。2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相C溶解于溶解于-Fe形成的间隙形成的间隙固溶体。固溶体。具有具有fcc结构。结构。可以溶解较多的碳，可以溶解较多的碳，1148时最多可以溶解时最多可以溶解2.11%C，到，到727时含碳时含碳量降到量降到0.77%。碳原子处。碳原子处于于fcc晶格中正八面体的晶格中正八面体的中心。中心。（3）奥氏体）奥氏体(或或A)2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相C溶解于溶解于-Fe形成的形成的间隙固溶体。间隙固溶体。具有具有fcc结构。可以溶解较结构。可以溶解较多的碳，多的碳，碳原子处于碳原子处于fcc晶格中正八面体的晶格中正八面体的中心。中心。（3）奥氏体）奥氏体(或或A)碳在碳在碳在碳在-Fe-Fe晶格中的位置晶格中的位置晶格中的位置晶格中的位置2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相奥氏体的晶粒呈平直奥氏体的晶粒呈平直多边形。多边形。（3）奥氏体）奥氏体(或或A)奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相C溶于溶于-Fe形成的间形成的间隙固溶体。隙固溶体。C原子处原子处于八面体间隙。在于八面体间隙。在727时时C在在-Fe中最中最大溶解量为大溶解量为0.0218%，室温下含碳仅为，室温下含碳仅为0.005%，所以其性能，所以其性能与纯铁相似。与纯铁相似。（4）铁素体（）铁素体（或或F）2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相（4）铁素体（）铁素体（或或F）2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相（5）渗碳体（）渗碳体（Fe3C）属属于于正正交交晶晶系系，结结构构复复杂杂。FeFe3 3C C熔点为熔点为12271227，FeFe3 3C C是一种亚稳化合物，是一种亚稳化合物，在一定条件下，分解而在一定条件下，分解而形成石墨状的自由碳：形成石墨状的自由碳：FeFeFeFe3 3 3 3C3Fe+CC3Fe+CC3Fe+CC3Fe+C2.Fe-C2.Fe-C合金中的基本相合金中的基本相（6）石墨（）石墨（C）在在一一些些条条件件下下，碳碳以以游游离离态态石石墨墨(hcp)(hcp)稳稳定定相相存存在在。所所以以石石墨墨在在Fe-CFe-C合合金金铸铸铁铁中中也也是是一一个个基基本相。本相。思考题：思考题：为什么为什么C在在中的溶解能力中的溶解能力高于高于？什么是什么是、？影响间隙固溶体溶解度的因素？影响间隙固溶体溶解度的因素？：FCC，八面体间隙大小，八面体间隙大小0.414：BCC，八面体间隙大小，八面体间隙大小0.1553.3.Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析 相图分解为三个部分相图分解为三个部分 包晶转变部分包晶转变部分共晶转变部分共晶转变部分共析转变部分共析转变部分Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图3.3.Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析 （1）相图中的点）相图中的点相图中各特性点的相图中各特性点的温度、成分和意义：温度、成分和意义：A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S、QFe-FeFe-Fe3 3C C相图相图3.3.Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析 （1）相图中的点）相图中的点3.3.Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析 （2）相图中的相区）相图中的相区Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图 单相区（单相区（5个）：个）：L、Fe3C 双相区（双相区（7个）：个）：L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C+、+Fe3C 三相区三相区（3个）个）：L+（HJB线）、线）、L+Fe3C（ECF线）、线）、+Fe3C（PSK线）线）3.3.Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析 特性线：特性线：由不同成分合金具有由不同成分合金具有相同意义的点连接起相同意义的点连接起来的来的 A.三条水平恒温转变线三条水平恒温转变线B.二条磁性转变线二条磁性转变线C.三条重要的相界线三条重要的相界线Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图（3）相图中的线）相图中的线 A.三条水平恒温转变线三条水平恒温转变线Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图（3）相图中的线）相图中的线 HJB-包晶转变线：包晶转变线：转变产物：转变产物：奥氏体（用奥氏体（用A 或或)强度低，塑性好强度低，塑性好L0.53+0.09 0.17 或或 LB+H J 14951495A.三条水平恒温转变线三条水平恒温转变线Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图（3）相图中的线）相图中的线 ECF-共晶转变线：共晶转变线：转变产物：转变产物：和和Fe3C组组成成的的机机械械混混合合物物称称为为莱莱氏氏体体，用用Ld表示。表示。硬、脆、无法加工硬、脆、无法加工 L4.3 2.11+Fe3C或或 LC E+Fe3C11481148A.三条水平恒温转变线三条水平恒温转变线Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图（3）相图中的线）相图中的线 PSK-共析转变线：共析转变线：转变产物：转变产物：和和Fe3C组组成成的的机机械械混混合合物物称称为为珠珠光光体体，用用P表示。表示。室室温温下下，、P、Fe3C 是钢中的基本组织。是钢中的基本组织。0.77 0.0218+Fe3C或或 S P+Fe3C727727珠光体珠光体P P的硬度的硬度、塑性、韧性介于塑性、韧性介于和和FeFe3 3C C之间；之间；强度最高。强度最高。铁素体、渗碳体、珠光体的性能比较铁素体、渗碳体、珠光体的性能比较组织组织 硬度硬度（HB）延伸率延伸率（塑性、韧性（塑性、韧性）强度强度（Mpa）铁素体铁素体50-80 30-50 180-230渗碳体渗碳体FeFe3 3C C800030珠光体珠光体P=+Fe3C18020-35 770B.两条磁性转变线两条磁性转变线 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图（3）相图中的线）相图中的线 A0线线:渗渗碳碳体体Fe3C的的磁磁性性转转变变线线，230以以上上无无磁磁性性，230以下铁磁性。以下铁磁性。A2线线:铁铁素素体体的的磁磁性性转转变变线线。770以以 上上 无无 磁磁 性性，770以下铁磁性。以下铁磁性。磁性转变磁性转变是否属于是否属于相变？相变？C.三条重要的相界线三条重要的相界线（3）相图中的线）相图中的线 GS线线(A3 线线)：ES线线(Acm线线)：碳在碳在中的溶解度曲线中的溶解度曲线冷却时开始析出冷却时开始析出加热时全部溶入加热时全部溶入 冷却时开始析出冷却时开始析出加热时全部溶入加热时全部溶入 Fe3C PQ线：线：碳在碳在中的溶解度曲线中的溶解度曲线冷却时开始析出冷却时开始析出加热时全部溶入加热时全部溶入 Fe3CFe-FeFe-Fe3 3C C相图相图A0、A1、A2、A3、Acm的区别的区别Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图A A0 0线：线：线：线：230230 Fe3C的磁性转变线的磁性转变线A1线：线：线：线：共析转变线共析转变线A2线：线：线：线：的磁性转变线的磁性转变线A3线：线：线：线：Acm 线线:Fe3CA A0 0、A A1 1、A A2 2、A A3 3、AcmAcm线线温度依次升高。温度依次升高。开始析出开始析出全部溶入全部溶入 开始析出开始析出全部溶入全部溶入A A0 0线线A A1 1线线Acm 线线4.FeC合金分类合金分类 按有无共晶转变分为按有无共晶转变分为碳钢碳钢和和铸铁铸铁两大类两大类:Wc2.11%铸铸铁铁；Wc2.11%碳碳钢钢；Wc0.0218%工工业业纯纯铁铁2.110.02184.FeC合金分类合金分类 根据组织特征分为七种类型：根据组织特征分为七种类型：1)工业纯铁工业纯铁:Wc0.0218%铁素体铁素体 2)钢钢:Wc=0.0218 Wc=0.02182.11%2.11%奥氏体奥氏体 共析钢共析钢共析钢共析钢Wc=0.77%Wc=0.77%亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢Wc=0.0218Wc=0.02180.77%0.77%过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢Wc=0.77Wc=0.772.11%2.11%3)白口铸铁白口铸铁:Wc=2.116.69%莱氏体莱氏体+Fe3C共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁Wc=4.30%Wc=4.30%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁Wc=2.114.30%Wc=2.114.30%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁Wc=4.306.69%Wc=4.306.69%2.110.02181.1.按比例默画出按比例默画出Fe-FeFe-Fe3 3C C 相图，说明相图，说明特性点的符号、成分、温度及意义特性点的符号、成分、温度及意义2 2.特征温度特征温度 A A0 0、A A1 1、A A2 2、A A3 3、AcmAcm的意的意义义3 3.填相区，并回答：填相区，并回答：铁素体、奥氏体、渗碳体的结构、性铁素体、奥氏体、渗碳体的结构、性质、表示法，为什么质、表示法，为什么A A 溶碳能力高于溶碳能力高于F F？4 4.Fe-Fe3C Fe-Fe3C 相图的三个恒温转变式、相图的三个恒温转变式、转变产物及性能。转变产物及性能。5 5.两条磁性转变线温度，是否相变？两条磁性转变线温度，是否相变？6 6.三条重要的固态转变线的意义。三条重要的固态转变线的意义。7 7.铁碳合金的分类铁碳合金的分类Fe-FeFe-Fe3 3C C 相图应掌握的内容相图应掌握的内容（1 1）工业纯铁（）工业纯铁（）工业纯铁（）工业纯铁（WcWc0.0218%0.0218%）以以Wc=0.01%的的合合金金为为例例转变过程：转变过程：LL+Fe3C 室温组织为：室温组织为：+Fe3C匀晶转变多晶型匀晶转变多晶型 转变脱溶沉淀转变脱溶沉淀 Fe3C最大量：最大量：(0.0218-0)/(6.69-0)=0.33%5.Fe-C合金的平衡结晶过程及组织合金的平衡结晶过程及组织0.0218%工业纯铁室温组织图（工业纯铁室温组织图（200）Fe3C（2）共析钢共析钢（Wc=0.77%）结晶过程如下：结晶过程如下：LL+Fe3C+P（+Fe3C）室温组织为室温组织为P（+Fe3C），），P呈层片状，呈层片状，匀匀晶晶转转变变共共析析转变脱溶沉淀转变脱溶沉淀 白色片状为白色片状为，黑色片状为黑色片状为FeFe3 3C C 0.77%共析钢的室温组织共析钢的室温组织白色片状为白色片状为，黑色片状为黑色片状为FeFe3 3C C 共析钢的室温组织（共析钢的室温组织（500500）珠光体珠光体P P：白色片状为白色片状为，黑色片状为黑色片状为FeFe3 3C C T12T12钢球化退火组织钢球化退火组织T10T10钢退火组织钢退火组织（3）亚共析钢（）亚共析钢（Wc=0.02180.77%）以以Wc=0.4%的的合合金金为例：为例：结晶过程如下：结晶过程如下：LL+L+L+P+P（中中析析出出Fe3C量量少忽略不计）少忽略不计）室温组织为：室温组织为：+P匀匀晶晶转转变变包包晶晶转转变变共共析析转转变变脱脱溶沉淀溶沉淀P0.77%白色的白色的；黑灰色的；黑灰色的P亚共析钢的室温组织（亚共析钢的室温组织（200200）P（4）过共析钢（）过共析钢（Wc=0.772.11%）结结晶晶过过程程如如下下：LL+Fe3CP+Fe3C 室温组织为：室温组织为：层片状层片状P+白色白色Fe3C匀晶转变匀晶转变共析转变共析转变脱溶沉淀脱溶沉淀 0.77%层片状层片状P+白色白色Fe3C过共析钢的室温组织（过共析钢的室温组织（500）层片状层片状P+白色白色Fe3CPFe3C思考题：思考题：现有一块碳钢，现有一块碳钢，试用金相法判断试用金相法判断其属于哪一类？其属于哪一类？如果组织中珠光如果组织中珠光体面积大约占体面积大约占50%50%，试确定其，试确定其含碳量？含碳量？（5 5）共晶白口铸铁共晶白口铸铁（Wc=4.30%Wc=4.30%）结晶过程如下：结晶过程如下：LLdLLd（+Fe+Fe3 3C C共晶共晶）Ld(+Fe Ld(+Fe3 3C C+Fe+Fe3 3C C共晶共晶)LdLd（P+FeP+Fe3 3C C+Fe+Fe3 3C C共晶共晶）室温组织为：室温组织为：低温低温莱氏体莱氏体莱氏体莱氏体L Ld d（P+FeP+Fe3 3C+FeC+Fe3 3C C）共共晶晶转转变变脱脱溶溶沉沉淀淀共析转变共析转变4.30%2.11%共晶白口铸铁组织图（共晶白口铸铁组织图（200）L Ld d低温莱氏体：低温莱氏体：P+FeP+Fe3 3C+FeC+Fe3 3C C共晶白口铸铁组织图共晶白口铸铁组织图L Ld d低温莱氏体：低温莱氏体：P+FeP+Fe3 3C+FeC+Fe3 3C C（6）亚共晶白口铸铁（）亚共晶白口铸铁（Wc=2.114.30%）结晶过程如下结晶过程如下：LL+Ld（+Fe3C）+Ld+Fe3CLd+P+Fe3C 室温组织为：室温组织为：Ld+P+Fe3C匀匀晶晶转转变变共共晶晶转转变变脱溶转变共析转变脱溶转变共析转变 4.30%2.11%亚共晶白口铸铁组织图（亚共晶白口铸铁组织图（200）黑色颗粒黑色颗粒P+白色基体白色基体Fe3C+黑白相间黑白相间Ld亚共晶白口铸铁组织图亚共晶白口铸铁组织图黑色颗粒黑色颗粒P+白色基体白色基体Fe3C+黑白相间黑白相间Ld（7）过共晶白口铸铁（）过共晶白口铸铁（Wc=4.30 6.69%）4.30%2.11%结晶过程如下：结晶过程如下：LL+Fe3CLd(+Fe3C)+Fe3C Ld +Fe3C 室温室温组织为：组织为：Ld +Fe3C匀晶转变共晶匀晶转变共晶转变转变脱溶转变共析转变脱溶转变共析转变过共晶白口铸铁组织图（过共晶白口铸铁组织图（200）白色条状白色条状Fe3C+黑白相间黑白相间Ld 注意区别组织中的渗碳体注意区别组织中的渗碳体一次渗碳体一次渗碳体 Fe3C：粗大的片状粗大的片状共晶渗碳体共晶渗碳体 Fe3C：基体基体二次渗碳体二次渗碳体 Fe3C：网状网状共析渗碳体共析渗碳体 Fe3C：层片状层片状三次渗碳体三次渗碳体 Fe3C：薄片状：薄片状6.Wc对铁碳合金的组织和性能的影响对铁碳合金的组织和性能的影响 Wc,Fe-C合金的组织发生下列变化：合金的组织发生下列变化：+Fe3C+P P P+Fe3C P+Fe3C+Ld Ld Fe3C+Ld（1）Wc对铁碳合金平衡组织的影响对铁碳合金平衡组织的影响相相组成组成物物：Fe-C合金室温组织都是由合金室温组织都是由和和Fe3C两相组成，称为相组成物两相组成，称为相组成物。组织组成物组织组成物：Fe-C合金室温合金室温组织包括铁素体；珠光体；二次渗碳体；莱组织包括铁素体；珠光体；二次渗碳体；莱氏体和一次渗碳体中的一种或几种，称为组织组成氏体和一次渗碳体中的一种或几种，称为组织组成物物。（1）Wc对铁碳合金平衡组织的影响对铁碳合金平衡组织的影响 Wc,Fe-C合金的组织发生下列变化：合金的组织发生下列变化：Wc，量量，Fe3C量量，变变化化呈呈线线性性关关系系。两两相相的的相对量可由杠杆法则求得。相对量可由杠杆法则求得。Wc，Fe3C和和形态也发生变化：形态也发生变化：Fe3C（薄薄片片状状）共共析析Fe3C（层层片片状状）Fe3C（网网状状）共共晶晶Fe3C（连连续续基基体体）Fe3C（粗粗大大片片状状）铁铁素素体体基基体体 连连续续分分布布的的块块状状组组织织 沿沿晶晶界界网网状分布状分布 层片状共析铁素体层片状共析铁素体 没有没有nWc%变变化化 相相的的相相对对量量发发生生变变化化、形形态态和和分分布布变变化化 组织变化组织变化 性能变化性能变化含碳量与含碳量与Fe-Fe3C合金相组成物相对量、合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系组织组成物相对量的关系65FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+F ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CA+Fe3C+LeLeLe+Fe3CLe+Fe3CLeP+Fe3C+LeP+Fe3CP+FPF+Fe3CC%温温度度组织：组织：组织：组织：各种各种晶粒晶粒的组合特征，即的组合特征，即晶粒晶粒的相对量、的相对量、大小、形状及分布特征等。大小、形状及分布特征等。组织：组织：组织：组织：各种各种组成相组成相的组合特征，即的组合特征，即相相的相对量、的相对量、大小、形状及分布特征等。大小、形状及分布特征等。显微组织（显微组织（显微组织（显微组织（金相组织、微观组织）金相组织、微观组织）易随成分及加工工艺而变化。易随成分及加工工艺而变化。u是影响材料性能非常敏感而重要的结构因素。是影响材料性能非常敏感而重要的结构因素。相相构成构成组织组织决定决定性能性能决定决定用途用途（2）Wc对铁碳合金机械性能的影响对铁碳合金机械性能的影响 为为软软韧韧相相，Fe3C为为硬硬脆脆相相，故故Fe-C合合金金的的力力学学性性能能取取决决于于和和Fe3C两相的两相的相对量相对量及它们的及它们的相互分布特征相互分布特征。硬度（硬度（HB）延伸率延伸率（塑性、韧性（塑性、韧性）强度（强度（Mpa）铁素体铁素体 50-80 30-50 180-230渗碳体渗碳体 800 0 30珠光体珠光体 180 20-35 770珠珠光光体体的的硬硬度度、塑塑性性、韧韧性性介介于于和和Fe3C之之间间，P的的强强度度最最高高，且随且随P片间距的减小而增大。片间距的减小而增大。6.Wc对铁碳合金的组织和性能的影响对铁碳合金的组织和性能的影响（2）Wc对铁碳合金机械性能的影响对铁碳合金机械性能的影响FeFe3 3C C是是强强化化相相,Wc，抗抗拉拉强强度度b。当当Wc0.77%，先先共共析析消消失失而出现而出现FeFe3 3C C，b变缓；变缓；当当Wc不不超超过过1%，FeFe3 3C C未未形形成成连连续续网网状状，对对性性能能影影响响不不大大；接近接近1%时时b达到最大值达到最大值当当Wc达达到到2.11%时时，出出现现Ld，b最最低低；Wc，量量，塑塑性性和和韧韧性性，当当基基体体为为FeFe3 3C C后后，塑性就接近于塑性就接近于0。钢中钢中Wc 一般一般 1.31.4%。（3）Wc对铁碳合金工艺性能的影响对铁碳合金工艺性能的影响切削加工性：切削加工性：低低C钢：钢：多，塑性、韧性好，容易粘刀，不易断削，影响表多，塑性、韧性好，容易粘刀，不易断削，影响表 面粗糙度；面粗糙度；高高C钢：钢：Fe3C多，硬度高，刀具磨损严重；多，硬度高，刀具磨损严重；中中C钢：硬度、塑性适中，切削性能较好。（钢：硬度、塑性适中，切削性能较好。（230HB 左右较左右较好）好）可锻性：可锻性：金属经受压力加工改变形状但不产生裂纹的性能金属经受压力加工改变形状但不产生裂纹的性能含含C量低，塑性好，可锻性好，含量低，塑性好，可锻性好，含C量高，可锻性差。量高，可锻性差。白口铸铁，有白口铸铁，有Ld，可锻性很差，不能锻造。可锻性很差，不能锻造。铸造性：铸造性：流动性：金属充满铸型型腔的能力。流动性：金属充满铸型型腔的能力。与化学成分、浇注温度有关与化学成分、浇注温度有关Wc，结晶温度间隔，结晶温度间隔，流动性，流动性，共晶铸铁流动性最好，共晶铸铁流动性最好收缩性：铸铁从浇注温度冷至室温时收缩性：铸铁从浇注温度冷至室温时,体积收缩和线尺寸减体积收缩和线尺寸减 少的现象少的现象晶内偏析：固相线与液相线的水平距离和垂直距离越大晶内偏析：固相线与液相线的水平距离和垂直距离越大,晶晶 内偏析越严重。共晶点成分偏析最小。内偏析越严重。共晶点成分偏析最小。（3）Wc对铁碳合金工艺性能的影响对铁碳合金工艺性能的影响（3）Wc对铁碳合金工艺性能的影响对铁碳合金工艺性能的影响71 切削性能切削性能:中碳钢合适中碳钢合适 可锻性能可锻性能:低碳钢好低碳钢好 焊接性能焊接性能:低碳钢好低碳钢好 铸造性能铸造性能:共晶合金好共晶合金好 热处理性能热处理性能:铸铸造造焊焊缝缝组组织织模锻模锻切削加工的基本形式切削加工的基本形式车车刨刨钻钻铣铣磨磨72选选择择题题BBABC1.1.合金系统的自由度合金系统的自由度f f 的含义是：（单选）的含义是：（单选）A A、可以使合金状态改变的因素数；、可以使合金状态改变的因素数；B B、保持合金平衡状态不变的前提下，可以独立改变的因素数；、保持合金平衡状态不变的前提下，可以独立改变的因素数；C C、够使系统发生变化的最大因素数。、够使系统发生变化的最大因素数。2.2.自由度自由度f f=0=0的含义是：（单选）的含义是：（单选）A A、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化；、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化；B B、没有任何因素可以引起系统状态变化；、没有任何因素可以引起系统状态变化；C C、这样的系统状态不存在。、这样的系统状态不存在。3.3.纯金属凝固时，纯金属凝固时，(多选多选)A A、冷却曲线、冷却曲线(温度温度-时间时间)是水平的；是水平的；B B、系统自由度、系统自由度F=0F=0；C C、纯金属凝固是在恒温下进行的。、纯金属凝固是在恒温下进行的。73选选择择题题ACCB4.4.在平衡条件下，在平衡条件下，100100 C C的纯水处于（单选）的纯水处于（单选）A A、液态；、液态；B B、气态；、气态；C C、气、液二相共存状态。、气、液二相共存状态。5 5.下列说法哪些是正确的？下列说法哪些是正确的？(多选多选)A A、温度高于液相线的合金为液态；、温度高于液相线的合金为液态；B B、温度低于液相线的合金为固态；、温度低于液相线的合金为固态；C C、温度低于固相线的合金为固态、温度低于固相线的合金为固态;D D、温度高于固相线的合金为液态。、温度高于固相线的合金为液态。6 6.非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象？。（单选）非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象？。（单选）A A、组织、成分均匀化；、组织、成分均匀化；B B、成分不均匀，出现树枝状偏析；、成分不均匀，出现树枝状偏析；C C、与平衡凝固的合金组织、成分一样，没有区别。、与平衡凝固的合金组织、成分一样，没有区别。74选选择择题题BBB7 7、在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。、在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。（单选）（单选）A A 是是 B B 否否8 8、发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。（单选）、发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。（单选）A A 是是 B B 否否9 9、匀晶、共晶和包晶转变有何共同特点？（单选）、匀晶、共晶和包晶转变有何共同特点？（单选）A A、这三个转变都是在恒温下进行的；、这三个转变都是在恒温下进行的；B B、这三个转变的反应相中都有液相，而生成相都是固相；、这三个转变的反应相中都有液相，而生成相都是固相；C C、这三个转变都不是恒温转变。、这三个转变都不是恒温转变。75选选择择题题CABCA1010、共晶和共析转变有何共同特点？（多选）、共晶和共析转变有何共同特点？（多选）A A、都是由一个相同时转变成二个相；、都是由一个相同时转变成二个相；B B、都是恒温转变；、都是恒温转变；C C、生成相都是固相。、生成相都是固相。1111、共析与包析转变有何不同？（单选）、共析与包析转变有何不同？（单选）A A、都是固态转变；、都是固态转变；B B、都是恒温转变；、都是恒温转变；C C、共析转变是由一个固相转变成二个固相，包析转变则相反、共析转变是由一个固相转变成二个固相，包析转变则相反1212、熔晶与偏晶转变都是恒温转变吗？（单选）、熔晶与偏晶转变都是恒温转变吗？（单选）A A 是是 B B 否否76A1313、在分析相图时可以将稳定化合物看作一个组元，从而、在分析相图时可以将稳定化合物看作一个组元，从而将复杂相图分成若干个简单相图。你认为分析复杂相图时将复杂相图分成若干个简单相图。你认为分析复杂相图时这是必须的吗？（单选）这是必须的吗？（单选）A A 是是 B B 否否选选择择题题771、说明下列基本概念、说明下列基本概念 工业纯铁、碳钢、铸铁、工业纯铁、碳钢、铸铁、包晶转变、共晶转变、共析转变、包晶转变、共晶转变、共析转变、-Fe、铁素体、铁素体、-Fe、奥氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三奥氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、次渗碳体、珠光体、莱氏体。珠光体、莱氏体。2 2、下列说法正确的是：（多选）下列说法正确的是：（多选）A、铁素体是碳溶解于、铁素体是碳溶解于-Fe中形成的中形成的固溶体，固溶体，具有体心立方晶体结构；具有体心立方晶体结构；B、渗碳体是碳溶解于渗碳体是碳溶解于-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；C、奥氏体是碳溶解于、奥氏体是碳溶解于-Fe中形成的固溶体，具有面心立方晶体结构。中形成的固溶体，具有面心立方晶体结构。3、亚共析钢的含碳量范围是：（单选）亚共析钢的含碳量范围是：（单选）A、0.0218%0.77%C；B、0.77%2.11%C；C、2.11%4.3%C4、共析钢的室温组织是：（单选）共析钢的室温组织是：（单选）A、珠光体珠光体P+二次渗碳体二次渗碳体Fe3CII；B、珠光体珠光体P（100%）；）；C 莱氏体莱氏体Ld(100%)。ACAB785、计计算算1148共共晶晶转转变变刚刚结结束束时时莱莱氏氏体体中中渗渗碳碳体体Fe3C的的相对量。（单选）相对量。（单选）A、52%；B、60%；C、48%。C4.32.116.69796、计计算算共共晶晶白白口口铸铸铁铁室室温温时时渗渗碳碳体体Fe3C的的相相对对量量。（单单选）选）A、48.23%C；B、52.77%C；C、64.27%。C4.380由杠杆定律：由杠杆定律：（25-x）/（y-25）=26.67/73.33（50-x）/（y-50）=60/40（50-x）/（z-50）=50/50 x=5；y=80，z=95 2550 xyz5001000700L+L+L+AB课后课后题题6B的质量分数的质量分数液相线温度液相线温度/固相线温度固相线温度/0-1000209007504076575043-7505093075063-10408085064090-640100-8001.组组元元A和和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与与A、B不同不同晶体结构的化合物晶体结构的化合物，由热分析测得下列数据，由热分析测得下列数据。（1）画出平衡相图，并注明各区域的相、各点的成分及温度，）画出平衡相图，并注明各区域的相、各点的成分及温度，并并写出化合物写出化合物的分子式（的分子式（A的相对原子质量的相对原子质量=28，B的相对原子质的相对原子质量量=24）。（2）100kg的的WB为为20%的的合金平衡合金平衡冷却到室温，最多能分离出冷却到室温，最多能分离出多少纯多少纯A？WB/%温度温度/A 20 40 60 80 B200 400 600 800 1000 43%63%90%750640（2）100kg的的WB为为20%的合的合金平衡冷却到室温金平衡冷却到室温，能，能分离分离出多少纯出多少纯A？2.画画出出Fe-C相图，标明相图，标明Fe-C相图中各点的相图中各点的温度；含碳量；温度；含碳量；各区的相组成。各区的相组成。0.02180.772.114.30.530.170.09wC=2.11%=2.11%时时,根据杠杆根据杠杆定律定律：3.根据根据铁碳相图，分别求出铁碳相图，分别求出wC=2.11%，wC=4.30%的二次渗碳体的析出含量。的二次渗碳体的析出含量。wC=4.3%=4.3%时，根据杠杆定律时，根据杠杆定律，则共晶中奥氏体则共晶中奥氏体可以析出的可以析出的FeFe3 3C CIIII的量为：的量为：0.772.114.3854.分别计算在共析温度下和室温分别计算在共析温度下和室温时珠光体中相的相对重量百分比。时珠光体中相