大一工程材料___第三章铁碳相图专题讲解.ppt

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1、大一工程材料_第三章铁碳相图专题讲解 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望讨论题讨论题11.画出铁碳相图，标明C、S、P、E、F点的碳的质量分数及ECF、PSK线的温度，标明各相区。2.画出纯铁的冷却曲线，并说明它的同素异构转变。3.说明铁碳合金中各相的本质，指出-Fe与相，-Fe与相的区别。4.写出相图中C、S两点进行相变的反应式，指出各是什么反应，说明其相变特点；说明ECF、PSK、ES、GS各线的意义。5.什么 是相？什么是组织？什么是组织组成物？

2、相和组织有什么关系？下面所列哪些是相？哪些是组织？哪些是组织组成物：F、P、Ld、A、F+P、Fe3C、Ld+Fe3C、Fe3C(1)奥氏体A()碳溶于-Fe中形成的固溶体，面心立方，强度低,塑性好。(2)铁素体F()碳溶于 Fe中形成的固溶体，体心立方，强度、硬度低,塑性、韧性好。(3)渗碳体Fe3C(Cm)金属化合物。成分固定,为6.69%C。性质硬而脆。是铁碳合金的强化相。3.2 铁碳相图3.2.1 铁碳合金的基本相渗碳体渗碳体Fe3C(Cm)是铁碳合金中最重要的强化相，是铁碳合金中最重要的强化相，它的数量、分布、形态等都对材料的机械性能有很大影响。根据生成条件不同可分为：Fe3C：直接

3、从液体中结晶出来的，条、块状；Fe3C：从奥氏体中析出的，易聚集在晶界上；Fe3C：从铁素体中析出的，粒状，量少；共晶Fe3C：共晶反应产物，作为基体；共析Fe3C：共析反应产物，呈片状；3.2.1 铁碳合金的基本组织（基本的机械混合物、基本相组成方式）莱氏体：共晶产物，1148进行，L (+Cm )（Ld）珠光体：共析产物，727进行，(+Cm )（P）3.2.2 Fe-Fe3C相图分析(点、线、区，组成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3奥+铁铁素体+渗碳体液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏

4、体+渗碳体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm铁碳合金分类工业纯铁-0.0218%C铸铁过共晶铸铁-4.36.69%C亚共晶铸铁-2.114.3%C共晶铸铁-4.3%C共析钢-0.77%C过共析钢-0.772.11%C亚共析钢-0.02180.77%C钢3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（共晶部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液

5、体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)3-7 Fe-Fe3CSPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm 共晶:L (A+Fe3C)Ld3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低

6、温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)Fe-Fe3CSPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm共析:A (F+Fe3C)P Ld Ld3.2.2 Fe-Fe3C相图分析（各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温

7、莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1Acm3.2.3 典型合金结晶过程1.共析钢的结晶过程(含碳0.77%珠光体)珠光体：由铁素体和渗碳体组成的片层状共析体。其中铁素体约占80%，渗碳体约占12%。3-7 Fe-Fe3CP0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913

8、)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-331LA1-2L12312332.亚共析钢的结晶过程含碳量为0.02%0.77%。铁素体+珠光体组织。FP40.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-

9、3AF3-4A1-2LL123412343.过共析钢的结晶过程含碳在0.77%2.1%之间的铁碳合金。珠光体+渗碳体。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA3-41LA1-2LA2-3LP4Fe3CFe3C123412340.026

10、.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1LPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体I

11、I液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1LPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1

12、538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmLLdLd1212214.共晶白口铁的结晶过程5.亚共晶(白口)铸铁的结晶过程含碳量为2.1%4.3%之间的铁碳合金。室温组织为P+Fe3C+Ld。0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-

13、3Ld3LdPA1-2L1L1231233.3.1 判断合金的组织根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。3.3 相图的应用铁碳合金室温组织比例图100%FFe3CFe3C PLd00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏

14、体莱氏体低温莱氏体G(913)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm1.单相固溶体单相固溶体固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。B%ABAs sbHBs sbHBB%AB3.3.2 根据相图分析机械性能溶剂晶格畸变亦使其电阻增大，所以，高电阻合金都是固溶体合金。单相固溶体在电解质中不会象多相固溶体那样构成微电池，故单相固溶体合金的耐蚀性较高。B%ABs sbHBB%AB3必须指出，双相合金，特别是含共析体和共晶体的合金的机械性能，与其组织的细密程度有关。组织细密、强度

15、、硬度升高。2.两相混合物当合金为两相混合物时(如P、P+F等)。合金的性能大致为两相的体积加权平均值。=1V1+2V2HB=HB1V1+HB2V23.碳钢的机械性能400MPa800MPa1200MPaHB(100HB)(200HB)(300HB)00.40.81.2akdysbsbHB60%14J/cm2d,y40%12J/cm220%8J/cm2akC%铁素体珠光体渗碳体1.相图与材料工艺性的关系(1)铸造工艺性有较好的流动性，产生分散缩孔(缩松)的倾向小。共晶或近共晶合金3-23 集中缩孔分散缩孔缩孔倾向流动性3.3.3 相图与加工工艺之间的关系(2)锻压工艺性锻压要求材料有较好的塑性

16、和较小的变形抗力(强度)。奥氏体区好2.制定工艺参数相图是制定热加工及热处理工艺参数的重要依据。补充题（是非题）过冷是结晶的必要条件，它能保证结晶过过冷是结晶的必要条件，它能保证结晶过程自发进行。程自发进行。金属结晶时，增大过冷度可以细化晶粒。金属结晶时，增大过冷度可以细化晶粒。金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。体所构成。金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。得多。材料的材料的E值越大，其塑性越差。值越大，其塑性越差。材料硬度越低，其切削加工性能就越好材料硬度越低，其切削加工性能就越好测量淬火钢及某些表面硬

17、化件的硬度时，测量淬火钢及某些表面硬化件的硬度时，一般应用一般应用HRC。铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金。金。过共晶合金发生共晶反应的液相成分与共过共晶合金发生共晶反应的液相成分与共晶合金成分是一致的。晶合金成分是一致的。珠光体是单相组织。珠光体是单相组织。思考题思考题从原子结合的观点来看，金属、陶瓷、高分从原子结合的观点来看，金属、陶瓷、高分子材料有何主要区别？在性能上有何表现？子材料有何主要区别？在性能上有何表现？在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本好的常温力学性能，试

18、从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施。使用性能的措施。在冷拔钢丝生产过程中，常要穿插几次中间在冷拔钢丝生产过程中，常要穿插几次中间退火工序才能拉到最终所需尺寸。如不中间退火工序才能拉到最终所需尺寸。如不中间退火，一直拉拔到最终尺寸，钢丝表面常出退火，一直拉拔到最终尺寸，钢丝表面常出现裂纹甚至中途拉断。这是为什么？试述中现裂纹甚至中途拉断。这是为什么？试述中间退火的原理及其应用。间退火的原理及其应用。请解释下列现象：请解释下列现象：大多数铸造合金都选用共晶成分或接近大多数铸造合金都选用共晶成分或接近共晶成分。共晶成分。若要提高共晶成分的铸件的性能，往往若要提高共晶成分的铸件的性能，往往增加浇铸时的过冷度。增加浇铸时的过冷度。若常温下存在固溶体若常温下存在固溶体+化合物两相，不易化合物两相，不易进行冷变形，往往把它加热至单相固溶进行冷变形，往往把它加热至单相固溶体态进行热变形。体态进行热变形。