第三章-铁碳合金相图.ppt

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1、工程材料与热加工基础工程材料与热加工基础 第三章第三章 铁碳合金相图铁碳合金相图机械工程系 金工教研室 工程材料与热加工基础程晓宇 第三章第三章 铁碳合金相图铁碳合金相图纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变Fe C 相图的基础知识。相图的基础知识。形成形成Fe-Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能。相图组元和基本组织的结构与性能。Fe-Fe3C 相图的建立与分析。相图的建立与分析。碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响。Fe-Fe3C 相图的应用。相图的应用。工程材料与热加工基础程晓宇 第一节第一节 Fe-C相图的基础知识相图的基础知识2.2.铁与碳

2、可以形成铁与碳可以形成 FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC等一系列化合物。等一系列化合物。3.3.稳定的化合物可以作为一个独的组元。稳定的化合物可以作为一个独的组元。4.4.Fe C Fe C 二元相图二元相图。1.1.纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变工程材料与热加工基础程晓宇1.1.纯铁的纯铁的的同素异晶转变的同素异晶转变1394 C912 C体心立方体心立方面心立方面心立方密排六方密排六方 -Fe -Fe -Fe工程材料与热加工基础程晓宇 纯纯铁的铁的冷却曲线冷却曲线1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013

3、001400912-Fe -Fe-Fe工程材料与热加工基础程晓宇2.2.Fe-CFe-C相图相图Fe3C Fe2CFeC温度FeC(6.69%C)工程材料与热加工基础程晓宇第二节第二节 形成形成Fe-Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能相图组元和基本组织的结构与性能 一一.组元组元 *铁铁 (ferrite)*渗碳体渗碳体 (Cementite)工程材料与热加工基础程晓宇二二.基本组织基本组织1.铁素体铁素体 (F)碳溶于碳溶于Fe中的间隙固溶中的间隙固溶体。体。工程材料与热加工基础程晓宇2.奥氏体奥氏体 (A)碳溶于碳溶于-Fe中形成中形成的的间间隙固溶体。隙固溶体。工程材料与热加工基础

4、程晓宇 奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图工程材料与热加工基础程晓宇3.渗碳体渗碳体(Fe3C)铁与碳形成的金铁与碳形成的金属化合物。属化合物。工程材料与热加工基础程晓宇渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图工程材料与热加工基础程晓宇4.珠光体珠光体 (P)铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体组成的机械混合物。工程材料与热加工基础程晓宇5.莱氏体莱氏体 (Ld)奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。工程材料与热加工基础程晓宇第第 三三 节节 Fe-Fe3C 相图的建立与分析相图的建立与分析一一.Fe-Fe3C 相图的建立相图的建立v共晶共晶反应相图反应相图v共析共析

5、反应相图反应相图工程材料与热加工基础程晓宇 Fe-Fe3C 相图相图FeTFe3C工程材料与热加工基础程晓宇 Fe-Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T(A+Fe3C)LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+Fe3C(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶共晶相图相图共析相图共析相图匀晶相图匀晶相图(P+Fe3C)工程材料与热加工基础程晓宇 Fe-Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+A4.3%C2.11%C0.0

6、218%C6.69%CFe Fe3C TLdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FP0.77%CLdK(P+Fe3C)P+Ld+Fe3CLd+Fe3CP+FP+Fe3C(F+Fe3C)A+Fe3CL+Fe3C(A+Fe3C)工程材料与热加工基础程晓宇 Fe-Fe3C 相图相图工程材料与热加工基础程晓宇二.Fe-Fe3C 相图的分析相图的分析五个五个重要的成份点重要的成份点:P、S、E、C、K。四条重要的线四条重要的线:EF、ES、GS、FK。两个重要转变两个重要转变:共晶转变反应式、共析转变反共晶转变反应式、共析转变反应式。应式。二个重要温度二个重要温度:1148 、727 。工程材料与热加

7、工基础程晓宇1.包晶转变反应式包晶转变反应式:LB+H AJ14953.共析转变反应式共析转变反应式:AS (FP+Fe3C)P 7272.共晶转变反应式共晶转变反应式:LC (AE+Fe3C)Le 1148工程材料与热加工基础程晓宇工程材料与热加工基础程晓宇三三.典型铁碳合金的结晶过程分析典型铁碳合金的结晶过程分析工业纯铁工业纯铁 (ingot iron)共析钢共析钢 (eutectoid steel)亚共析钢亚共析钢 (hypoeutectoid steel)过共析钢过共析钢 (hypereutectoid steel)共晶白口铁共晶白口铁 (eutectoid white iron)亚共

8、晶白口铁亚共晶白口铁(hypoeutectoid white iron)过共晶白口铁过共晶白口铁(hypereutectoid white iron)工程材料与热加工基础程晓宇工程材料与热加工基础程晓宇1.工业纯铁工业纯铁 (Wc 0.0218%)工程材料与热加工基础程晓宇2.共析钢共析钢 (Wc=0.77%)工程材料与热加工基础程晓宇 共析钢组织金相图共析钢组织金相图工程材料与热加工基础程晓宇3.亚共析钢亚共析钢 (Wc=0.45%)工程材料与热加工基础程晓宇 亚共析钢组织金相亚共析钢组织金相图图工程材料与热加工基础程晓宇4.过共析钢过共析钢 (Wc=1.2%)工程材料与热加工基础程晓宇 过

9、共析钢组织金相过共析钢组织金相图图工程材料与热加工基础程晓宇5.共晶白口铁共晶白口铁 (Wc=4.3%)工程材料与热加工基础程晓宇 共共晶晶白口铁组织金白口铁组织金相图相图工程材料与热加工基础程晓宇6.亚共晶白口铁亚共晶白口铁 (Wc=3.0%)工程材料与热加工基础程晓宇 亚共晶白口铁组织金相图亚共晶白口铁组织金相图工程材料与热加工基础程晓宇7.过共晶白口铁过共晶白口铁 (Wc=5.0%)工程材料与热加工基础程晓宇 过共晶白口铁组织金相图过共晶白口铁组织金相图工程材料与热加工基础程晓宇 组织组成物组织组成物:F;Fe3CF;P 0.77-0.45F=100%=43%0.77-0.02 0.45

10、-0.02P=100%=57%0.77-0.02相相组成物组成物:6.69-0.45F=100%=94%6.69-0.02P=1 WF=57%Fe3C=1-WF=6%0.020.450.776.69工程材料与热加工基础程晓宇第四节第四节 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的影响 碳的质量分数对碳的质量分数对平衡组织平衡组织的影响。的影响。碳的质量分数对碳的质量分数对力学性能力学性能的影响。的影响。碳的质量分数对碳的质量分数对工艺性能工艺性能的影响。的影响。工程材料与热加工基础程晓宇一一.碳的质量分数对平衡组织的影响碳的质量分数对平衡组织的影响工程材料与热加工

11、基础程晓宇工程材料与热加工基础程晓宇二二.碳的质量分数对碳的质量分数对 力学性能的影响力学性能的影响工程材料与热加工基础程晓宇三三.碳的质量分数对工艺性能的影响碳的质量分数对工艺性能的影响对对铸造性能铸造性能的影响。的影响。对对锻造性能锻造性能的影响。的影响。对对焊接性能焊接性能的影响。的影响。对对切削加工性能切削加工性能的影响。的影响。工程材料与热加工基础程晓宇 第五节第五节 Fe-Fe3C 相图的应用相图的应用选择材料方面的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用工程材料与热加工基础程晓宇一一.选择材料方面的应用选择材料方面的应用1.分析零件的工作条件分析零件

12、的工作条件,根据铁碳合金成分、根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律进行选择材料。组织、性能之间的变化规律进行选择材料。2.根据铁碳合金成分、组织、性能之间根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化的变化规律规律,确定选定材料的工作范围。确定选定材料的工作范围。工程材料与热加工基础程晓宇二二.制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用工程材料与热加工基础程晓宇钢铁的冶炼钢铁的冶炼高炉高炉炼铁炼铁铸铁锭铸铁锭生产铸铁件生产铸铁件炼钢生铁炼钢生铁转炉转炉平炉平炉电炉电炉生产钢件生产钢件工程材料与热加工基础程晓宇转炉炼钢转炉炼钢平炉炼钢平炉炼钢电弧炉炼钢电弧炉炼钢工程材料与热加工基础程晓宇1

13、.炼铁的冶金反应特点炼铁的冶金反应特点:还原反应还原反应 Fe2O3 Fe3O4FeOFeCO气体气体高温高温工程材料与热加工基础程晓宇 2.炼钢的冶金反应特点炼钢的冶金反应特点:氧化反应氧化反应炼钢生铁炼钢生铁氧化反应氧化反应工程材料与热加工基础程晓宇 2.沸腾钢沸腾钢(boiling steel)钢液在钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀,冲击冲击韧韧性差性差,常用于要求不高的零件。常用于要求不高的零件。1.镇静钢镇静钢(killed steel)钢液在钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右左右,成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。3.半镇静钢半镇静钢(balanced steel)半镇静钢是半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用是用锰铁和硅铁进锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢可代替部分镇静钢,一一般不适于做重要零件。般不适于做重要零件。工程材料与热加工基础程晓宇