铁碳合金相图

6、金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的 现象称为（ ）。 A、再结晶 B、同素异构转变 C、共晶转变 7、冷加工是指金属发生塑性变形的温度为（ ）。 A、常温不加热 B、500°C以下 C、再结晶温度以下 8、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（ ）。 A、屈服强度 B、抗拉强度 C、弹性极限 9、金属的强度越低、塑性越好，其（ ）越好。 A、铸造性 B、压力加工性 C、焊接性 10、测定半成品、毛坯、铸件的硬度，一般选用（ ）。 A、洛氏硬度计 B、维氏硬度计 C、布氏硬度计
4、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理 工艺的依据。应用Fe－Fe3C 相图可以正确选择各种碳钢 的退火、正火、淬火等热处 理的加热温度范围。由于含 碳量的不同，各种碳钢热处 理的加热温度和组织转变也 各不相同，都可从状态图中 求得。
5、在焊接方面的应用（补充）
焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。
二、相图中点的含义
1）A点 纯铁的熔点，温度 1538℃,Wc=0
2） G点 纯铁的同素异晶转变点， 冷却到912℃时,发生γF→α-Fe 3） Q点 600℃时,碳在α-Fe中的 溶度,Wc=0.0057%
二、相图中点的含义
4） D点 渗碳体熔点,温度 1227℃,Wc=6.69%
5）C点 共晶点，温度1148℃， Wc=4.3% 成分为C的液相，冷却到此 温度时，发生共晶反应 Lc→A+Fe3C 6）E点 碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11%
二、相图中的特性线
5）GS线 奥氏体冷却时开始向铁素 体转变的温度线，通常称 为A3线。 6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。 奥氏体冷却到共析线温度 （727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体（P）， wC＞0.0218%的铁碳合金 均会发生共析转变。
共晶和共析的概念：
共晶：指一定成分的液
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C) 铁碳合金 ⑵钢(高温组织为单相 A，易于 (按成分可 变形) 分为三类) ① 亚共析钢 (0.0218 ～ 0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢 (0.77 ～ 2.11%C)
(3)白口铸铁(在液态下结晶时，全部 ① 亚共晶白口铸铁 (2.11 ～ 或部分液相会发生共晶变，获得全部或 4.3%C) ② 共晶白口铸铁 (4.3%C) 部分莱氏体组织) ③ 过共晶白口铸铁 (4.3 ～ 6.69%C)
第三章
铁碳合金
学习目标：
一、铁碳合金相图的组成
二、Fe－Fe3C相图中特性点的含义
三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内
的组织。
三、单相区、二相区和三相区分析
一、铁碳合金相图的组成
铁碳合金相图——表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，
不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
• 目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的 铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大 于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。
课堂练习：
1、共析钢冷却到S点时，会发生共析转变，从奥氏体 中同时析出（ 铁素体）和（ 渗碳体 ）的混合物，称 为（ 珠光体 ） 。 2、过共晶白口铸铁的室温组织是（ 一次渗碳体 ）加 （ 低温莱氏体 ）。 3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4.3 ）%
一、 填空题
1、常见的金属晶体类型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为（ ） 和（ ）两种。 4、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（ ）和（ ） ,属 于金属化合物的有（ ），属于混合物的有（ ）和莱氏体。 5、原子呈无序堆积状态的物体叫（ ）；原子呈有序、有规则排 列的物体叫（ ）。一般固态金属都属于（ ）。 6、常温下金属的塑性变形方式主要有（ ）和（ ）两种。 7、变形一般分为（ ）变形和（ ）变形两种，不能随载荷的去除 而消失的变形称为（ ）变形。 8、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（ ）及（ ）。 9、只有经过（ ）的金属才会发生再结晶。
4.亚共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
5.共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
L--->L+Ld--->Ld (A+Fe3C共晶)--->Ld (A+Fe3C共晶+Fe3CII)--->L'd(P+Fe3CII+Fe3C)
6.过共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
五、铁碳合金的成份、组织与性能的关系： 随含碳量的不同，其组织顺序：
硬度高，脆性大，几乎没有塑性
1.亚共析钢的组织的变化顺序： 亚共析钢的室温组 织由珠光体和铁素体 组成合金的组织按下 列顺序变化：
2.共析钢的组织的变化顺序： 共析钢在室温时的组
织是珠光体，合金的
组织按下列顺序变化：
3.过共析钢的组织的变化顺序：
室温下为珠光体和 网状二次渗碳体组织。 钢中含碳量越多，二 次渗碳体也越多。
Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由组织 可以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理选用钢铁材料。
2、在铸造生产上的应用
根据Fe－Fe3C相图的液相线，可以 找出不同成分的铁碳合金的熔点， 从而确定合金的熔化浇注温度（一 般在液相线以上50～100℃）。从 Fe－Fe3C相图中还可以看出，靠近 共晶成分的铁碳合金不仅熔点低， 而且结晶温度区间也较小，故具有 良好的铸造性能。因此生产上总是 将铸铁的成分选在共晶成分附近。
四.Fe - Fe3C 相图的知识点
• 五个重要的成份点: P、 S、E、C、K。 • 四条重要的线: EF、ES、 GS、FK。 • 二个重要转变: 共晶转变、 共析转变。 • 二个重要温度: 1148 ℃ 、 727 ℃ 。
四.Fe - Fe3C 相图的知识点：
课题练习检测：
1、铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下， 不同（成分）的铁碳合金的（ 状态或组织）随（ 温度 ） 变化的图形。 2、从奥氏体中析出的渗碳体称为（ 二次渗碳体 ），从 液体中结晶出的渗碳体称为（一次渗碳体 ）。 3、铁碳合金相图上的共析线是（ PSK ）。 4、亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，奥氏 体转变成（ 珠光体）。
2）AECF线(结晶温度终止 线) 固相线，由各成分合金结 晶结束温度点所组成的线。 在此线以下，合金完成结晶， 全部变为固体状态。
二、相图中的特性线
3）ECF水平线 共晶线，Wc＞2.11%的铁碳合 金，缓冷至该线（1148℃）时， 均发生共晶转变，生成莱氏体。 4）ES线 碳在奥氏体中的溶解度曲线， 通常称为Acm线。碳在奥氏体 中最大溶解度是E点（wC＝ 2.11％），随着温度的降低， 碳在奥氏体中的溶解度减小， 将由奥氏体中析出二次渗碳 体Fe3CⅡ。
二、选择题 1、奥氏体是具有（ ）晶格的铁。 A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状 2、合金发生固溶强化的主要原因（ ）。 A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化 C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化 3、铁碳合金相图上的共析线是（ ）。 A、ACD B、ECF C、PSK 4、组成合金的最基本的独立物质称为（ ）。 A、相 B、组元 C、组织 5、单晶体的滑移变形是在（ ）的作用下发生的。 A、切应力 B、拉应力 C、压力
铁碳合金的室温组织及分类：
合金类别 纯铁 钢 亚共析钢 白口铸铁 过共析钢 0.77~2.11
共析钢
0.0218~2.11 0.77 P
亚共晶铸铁
2.11~4.3
P+Fe3CⅡ+L'd
共晶铸铁 2.11~6.69 4.3 L'd
过共晶铸铁
含碳量 <0.0218 (%) 0.0218~0.77 室温组织 典型的 显微组 织相片 F F+P
共晶成分的铁碳合金熔点最低,结晶温度范围最小,具有良好的铸造性能。
3、在锻造方面的应用
碳钢在室温下塑性较差，变形较困难， 只有将其加热到单一奥氏体状态，才具 有较高的塑性和较低的强度，容易产生 塑性变形。所以，锻、轧温度通常选在 单相奥氏体区内。一般始锻（或始轧） 温度控制在固相线以下100～200℃范围 内，温度不宜太高，以免钢材严重氧化 或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终锻 （或终轧）温度，一般亚共析钢控制在 稍高于GS线，过共析钢控制在稍高于 PSK线。温度不能太低，以免钢材因塑 性变差，导致产生裂纹。
体合金，在一定温度下， 同时结晶出成分和晶格 均不相同的两种晶体。
共析：由特定成分的单
相固态合金，在恒定的温 度下，分解成两个新的， 具有一定晶体结构的固相
三、相图中的相区：
1）单相区 有F、A、L和Fe3C四个单相区 2）两相区 五个两相区：L＋A两相区、 L+Fe3CⅠ两相区、A+Fe3CⅡ两相 区、A＋F两相区、F+Fe3C两相区 3）三相区 ECF共晶线是液相、奥氏体、 渗碳体的三相共存线（L、A、 Fe3C）。 PSK共析线是奥氏体、铁素体、 渗碳体的三相共存线（A、F、 Fe3C）。
二、相图中点的含义
7）S点 共析点，温度727℃， Wc=0.77% 成分为S点的奥氏体，冷却 到此温度时，发生共析反应： As→P（F+Fe3C）
8） P点 碳在α-Fe中的最大溶解度, 温度727℃，Wc=0.0218%
二、相图中的特性线
1)ACD线(结晶温度开始线) 液相线，由各成分合金开 始结晶温度点所组成的线， 铁碳合金在此线以上处于 液相。
含碳量越高，钢的强度、
硬度越高，而塑性、韧性 越低，这在钢经过热处理 后表现尤为明显。
四、Fe－Fe3C相图的应用
在焊接工艺上的应用
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律，为钢铁材 料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船舶、各种建筑结构等，都需要强度 较高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％） 的钢材；各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选用 碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求硬 度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯 铁的强度低，不宜用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工件， 如冷轧辊、球磨机的铁球等。
三、判断题
1、金属化合物晶格类型完全不同于任一组的晶格类型。（ ） 2、碳在奥氏体中的溶解度随温度的提高而减小。（ ） 3、亚共析钢的平衡组织为珠光体。 （ ） 4、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的 中心。（ ） 5、洛氏硬度值无单位。（ ） 6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（ ） 7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（ ） 8、所有金属在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ ） 9、固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。（ ） 10.体心立方晶格的塑性和面心立方晶格一样好。（ ）
ห้องสมุดไป่ตู้
4.3~6.69 L'd+Fe3CⅠ
P+Fe3CⅡ
组织 说明
单相铁 素体
白色相为铁 素体，黑色 为珠光体
珠光体 珠光体+网状 （F白+Fe3C黑） 二次渗碳体
珠光体+二 次渗碳体+ 低温莱氏体
低温莱氏体 (P黑+Fe3C白)
一次渗碳体+ 低温莱氏体
性能特 强度、 C↑,强度、硬度 强度较高,硬度 硬度较高,塑性差, 点(平衡 硬度低、逐渐提高,有较好 适中,具有一定 随着网状二次渗碳 状态) 塑性好 的塑性和韧性 的塑性和韧性 体增加,强度降低
铁 碳 合 金 相 图
第二节：铁碳合金相图的工艺分析
一、铁碳合金的分类 二、典型铁碳合金结晶过程分析 三、铁碳合金的成分、组织与性能的关系 四、Fe－Fe3C相图的应用
一.铁碳合金的分类：
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨0.0218% 的铁碳合金称为纯铁； 把含碳量大于 0.0218%而小于2.11% 的铁碳合金称为钢； 把含碳量大于2.11% 的铁碳合金称为铸铁。