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1、2-5 铁碳合金的组织与状态图,铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% 2.11%的称钢 含碳量为 2.11% 6.69%的称铸铁。 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为纯组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。,1,深层分析,一、铁碳合金的基本组织,是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。,铁素体, 组元：Fe、 Fe3C 相 铁素体： 碳在-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或 表示。,2
2、,深层分析,铁素体组织金相图,3,深层分析, 奥氏体: 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为2.11%。727 时为0.77%,组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在 区进行. 碳钢室温组织中无奥氏体。,奥氏体,4,深层分析,奥氏体组织金相图,5,深层分析, 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零,Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨), 该反应对铸铁有重要意义。 由于碳
3、在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。,6,深层分析,渗碳体组织金相图,7,深层分析,珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。,珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。,珠光体,8,深层分析,珠光体 ( P ),9,深层分析,莱氏体： 与Fe3C的机械混合物 高温莱氏体：727 以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 以下，珠光体与渗碳体，以Le表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。,莱氏体,10,深层分析,莱氏体 ( Ld ),11,深层分析,相图的建立,12,深层分析,相图的建立,13,深层分析,热 分
4、 析 法,14,深层分析,温度,15,深层分析,a,b,ab : 液相线,ab : 固相线,L,L + S,S,L : 液相区,S : 固相区,L+S:液固共存区,16,深层分析,铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.,二、铁碳合金状态图,17,深层分析,含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。,18,深层分析,Fe - Fe3C 相图,19,深层分析,20,深层分析,五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重
5、要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共析转变。 二个重要温度: 1148 、727 。,(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义,21,深层分析,Fe - Fe3C 相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,L+ Fe3C,6.69%C,( A+Fe3C ),Ld,Ld+Fe3C,A+Ld+Fe3C,F,A+F,A+ Fe3C,( F+ Fe3C ),P,P+F,P+Fe3C,Ld,Ld+Fe3C,P+Ld+Fe3C,K,( P+Fe3C ),22,深层分析, 特征点,23,深层分析, 特征线 液相线ACD， 固相线AECF
6、水平线： ECF：共晶线LC E+Fe3C 共晶产物是A与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体, 用Le表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。,莱氏体,24,深层分析,25,深层分析,（二）铁碳合金的组织转变,工业纯铁 ( ingot iron ) 共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) 亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁( hypereutectoid w
7、hite iron ),26,深层分析,1.工业纯铁 ( Wc 0.0218% ),27,深层分析,工业纯铁组织金相图,28,深层分析,2. 共析钢 ( Wc = 0.77% ),29,深层分析,共析钢组织金相图,30,深层分析,3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% ),31,深层分析,亚共析钢组织金相图,32,深层分析,4.过共析钢 ( Wc = 1.2% ),33,深层分析,过共析钢组织金相图,34,深层分析,5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% ),35,深层分析,共晶白口铁组织金相图,36,深层分析,6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% ),37,深层分析,亚共晶白口铁组织金相
8、图,38,深层分析,7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% ),39,深层分析,过共晶白口铁组织金相图,40,深层分析,Fe - Fe3C 相图的应用,41,深层分析,一.选择材料方面的应用,1. 分析零件的工作条件, 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。,2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。,42,深层分析,二.制定热加工工艺方面的应用,43,深层分析,本章小结,三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图,44,深层分析,