铁碳合金相图分析ppt课件
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铁碳合金相图教学课程.ppt
铁碳合金相图教学课程.ppt第一节铁碳相图铁碳合金的各种化合物：一、铁碳合金的组元 1、Fe: 过渡族元素，熔点1538℃，密度 7.84g/cm3。
纯铁有同素异构转变：金属在固态下发生的晶格类型的转变。
2、Fe3C ：是铁和碳组成的复杂结构的间隙化合物，又叫渗碳体。
性能特点是硬而脆。
性能如下：σb=30MPa，δ=0，ψ=0 aK=0，HB=800kgf/mm2 二、铁碳合金中的相 1、液相L。
2、δ相，又叫高温铁素体。
在1495℃时的最大溶碳量为0.09%。
3、α相，又叫铁素体（ F，α）。
在727 ℃时的最大溶碳量为0.0218%。
4、γ相，又叫奥氏体（A，γ）。
1148 ℃时的最大溶碳量为2.11%。
5、 Fe3C相，化合物相，有条状，网状，片状和粒状。
三、相图中重要的点和线包晶反应：LB+δH A J 共晶反应： LC A E +Fe3C 共晶反应产物是奥氏体与渗碳体的共晶混合物，叫莱氏体，以Le表示，莱氏体中的渗碳体叫共晶渗碳体。
共析反应：As F P +Fe3C 共析反应产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，叫珠光体，以P表示，珠光体中的渗碳体叫共析渗碳体。
珠光体的强度高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。
GS线是合金冷却时自A 中开始析出F的临界温度线，叫A3线。
ES线是碳在A中的固溶线，叫Acm线。
二次渗碳体：碳含量大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷却到727℃的过程中，从A中析出的渗碳体，用Fe3C Ⅱ表示， Acm 线即为从A中开始析出Fe3C Ⅱ的临界温度线。
PQ线为碳在F中的固溶线。
三次渗碳体：从碳含量大于0.008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，从F中析出的渗碳体，用Fe3C Ⅲ表示， PQ线为从F中开始析出Fe3C Ⅲ的临界温度线。
第二节铁碳合金的平衡结晶过程根据铁-渗碳体相图，铁碳合金可分为三类：（1）工业纯铁：C<0.0218% （2）钢（ 0.0218%< C<=2.11%) 共析钢：C=0.77%，亚共析钢：C<0.77%，过共析钢：C>0.77%。
七章Fe-Fe3C相图ppt课件
晶体结构：具有bcc结构或用A2表示。 含碳量：最大含碳量为－ 727℃时 0.0218% (P点)
性 能：бb、HB低δ、αK 好;
770℃以上为顺磁性，770℃以下为铁磁性。
（2）奥氏体： 定义：碳原子溶入γ-Fe的八面体间隙形成的固溶体。
符号：用“A”或“γ”表示。 晶体结构：具有fcc结构或用A1表示。
L+ δ γ 1 4 9 5 ℃
0 .4 3 0 .0 9
0 .1 7
(四) 同素异晶转变线－GS线（A3线） 加热时由α→γ,冷却时由 γ→α
(五)溶解度曲线－
1.ES线:C在A中的溶解度曲线,E～K之间合金,由1148℃
冷却到727℃时γ→Fe3CⅡ 。 （Acm ） 2.PQ线，C 在α中的溶解度曲线，由α→Fe3CⅢ
(5）当T＜727℃时,α沿着PO线变化又α→Fe3CⅢ-略!
室温组织： P（α＋Fe3C）＋Fe3CⅡ 室温组织组成物相对重量为：
W P6 6 .6 .6 9 9 0 1 ..7 2 7100% 93%,W Fe3cⅡ ＝ 1－ W P7%
P P
T12钢 C％=1.2％
硝酸酒精浸蚀
Fe3CⅡ
T13钢 C％=1.2％
γ 0 .7 7 7 2 7 ℃ （ α 0 .0 2 1 8 ＋ F e 3 C 共 析 ） P
组织为： P+ Fe3CⅡ+ Ld’ （P＋Fe3CⅡ＋Fe3C共晶）
(5）当T＜727℃时,α沿着PO线变化又α→Fe3CⅢ-略! 室温组织为：P＋Fe3CⅡ＋Ld′
Ld′ P P
亚共晶白口铁
P
Fe3CⅡ P＋ Fe3CⅡ ＋L’d
因为很少忽略。
室温组织为: 珠光体 P(α+Fe3C共析)
性 能：бb、HB低δ、αK 好;
770℃以上为顺磁性，770℃以下为铁磁性。
（2）奥氏体： 定义：碳原子溶入γ-Fe的八面体间隙形成的固溶体。
符号：用“A”或“γ”表示。 晶体结构：具有fcc结构或用A1表示。
L+ δ γ 1 4 9 5 ℃
0 .4 3 0 .0 9
0 .1 7
(四) 同素异晶转变线－GS线（A3线） 加热时由α→γ,冷却时由 γ→α
(五)溶解度曲线－
1.ES线:C在A中的溶解度曲线,E～K之间合金,由1148℃
冷却到727℃时γ→Fe3CⅡ 。 （Acm ） 2.PQ线，C 在α中的溶解度曲线，由α→Fe3CⅢ
(5）当T＜727℃时,α沿着PO线变化又α→Fe3CⅢ-略!
室温组织： P（α＋Fe3C）＋Fe3CⅡ 室温组织组成物相对重量为：
W P6 6 .6 .6 9 9 0 1 ..7 2 7100% 93%,W Fe3cⅡ ＝ 1－ W P7%
P P
T12钢 C％=1.2％
硝酸酒精浸蚀
Fe3CⅡ
T13钢 C％=1.2％
γ 0 .7 7 7 2 7 ℃ （ α 0 .0 2 1 8 ＋ F e 3 C 共 析 ） P
组织为： P+ Fe3CⅡ+ Ld’ （P＋Fe3CⅡ＋Fe3C共晶）
(5）当T＜727℃时,α沿着PO线变化又α→Fe3CⅢ-略! 室温组织为：P＋Fe3CⅡ＋Ld′
Ld′ P P
亚共晶白口铁
P
Fe3CⅡ P＋ Fe3CⅡ ＋L’d
因为很少忽略。
室温组织为: 珠光体 P(α+Fe3C共析)
铁碳合金的相图的详细讲解 PPT
铁碳合金的相图的详细讲解
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
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。
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L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
莱氏体
（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 )
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
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。
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L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
莱氏体
（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 )
铁碳相图ppt课件
Fe3C
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
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0 0.53 4.30 6.69 2.14 6.69
0 0.09
纯铁的熔点 包晶转变时液态合金的成分
共晶点 渗碳体的熔点 碳在γ-Fe中的最大溶解度 共晶反应生成的渗碳体 α-Fe向γ-Fe转变温度（A3） 碳在δ-Fe中的最大溶解度
12
J 1493℃ 0.16
包晶点
K
727℃ 6.69
共析反应生成的渗碳体
铁素体有与纯铁相同的性能，居里点是770℃。 常用符号：F或α
奥氏体是碳原子作为间隙式溶质溶入到γ-Fe中
的间隙形成的间隙式固溶体。
8
由于面心立方的八面体间隙较大，因此γ-Fe的溶碳能 力较高，1147℃时碳在γ-Fe中有最大溶解度，2.14％。
奥氏体有较好的塑性，具有顺磁性。常用A或γ表 示。
渗碳体是铁与碳组成的化合物Fe3C。 渗碳体具有复杂的斜方晶格，其中a＝0.4524nm， b＝0.5089nm，c＝0.6743nm。单胞中有12个Fe原子， 4个碳原子，Fe：C＝3：1。晶胞中每个碳原子周围 有6个铁原子，组成一个三角棱柱，碳原子位于三角 棱柱的中心。含碳为6.69％。
其中： δ-Fe为体心立方晶体结构。 γ-Fe为面心立方晶体结构，此时发生第一次同素异形 转变； γ-Fe面心立方的边长为0.36563nm，最近原子间距为 0.25850nm，原子半径 0.12925nm，四面体间隙的边 长为0.02908nm，八面体间隙边长为 0.05350nm。 α-Fe为体心立方晶体结构，此时发生第二次同素异形 转变； α-Fe体心立方的边长为0.28663nm，最近原子间距为 0.24821nm，原子半径 0.12410nm，四面体间隙的边 长为0.03596nm，八面体间隙边长为 0.01862mm。
渗碳体具有很高的硬度，HV＝950～1050，而塑 性几乎为零，常温下具有铁磁性，居里点是230℃， 熔点计算值为1227℃。
9
3. 铁碳合金相图
渗碳体在热力学中上是个亚稳定的相，石墨才是稳定 的相。但在实际中，石墨的表面能很大，形核需要很高的 能垒，一般条件下，碳大多和铁结合成渗碳体，只有在极 缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才 能以石墨的形式存在。
铁碳元素在地壳中占41.2％，储量集中， 易于开采，而且易于从矿石中还原成金属；
铁碳合金的强韧性配合得好；
2
铁碳合金可形成两个同素异构体，多种组织， 性能变化范围宽；
776℃以下，具有铁磁性； 熔点为1538 ℃，热激活过程可以在不太高的温
度下进行。 可以有意无意地加入其它元素，得到各种各样
M 770℃
0
纯铁的磁性转变点
N 1394℃
0
γ-Fe向δ-Fe的转变温度（A4）
O
770℃ ～0.5 ω（C）≈0.5％合金的磁性转变温度
P
727℃ 0.022
碳在α-Fe中的最大溶解度
S
727℃ 0.76
共析点（A1）
Q
600℃ 0.0057
600℃时碳在α-Fe中的溶解度
13
由上可知，Fe-Fe3C相图中有以下组成部分： 液相线：ABCD 固相线：AHJECF 五个单相区：L，δ，γ，α和Fe3C 七个两相区：L＋ δ，L＋ γ，L＋ Fe3C， δ＋ γ ，
的性能。
3
7.2 纯 铁
1. 铁元素的化学特性
化学元素铁的原子序数是26，在第四周期， 属于过渡族，原子量是55.85，原子轨道是－ 3d64s2。
铁的熔点是1538℃，汽化温度是2738℃， 密度为7.87g/cm3。
2. 纯铁的多形性
从高温到低温，纯铁由液相依次发生了三种 多形性变化：
4
液相（L） 1538℃ δ-Fe 1394℃ γ-Fe 912℃α-Fe
5
3. 纯铁的性能与应用
力学性能：σb＝176～274MPa σ0.2＝98～166MPa δ＝30～50％，ψ＝70～80％ HB＝50～80 aK＝1.5～2MNm/m2
应 用：主要应用于电子材料，作为铁芯。
6
7.3 碳与铁碳合金中的相
1. 碳的物理化学特性
碳的原子序数是6，原子量是12.01，密度是 2.25g/cm3。
因此，铁碳相图有两类：
Ⅰ 液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡，是紧靠铁端 部分，其中C含量的范围是0～6.69％
Ⅱ 液体、固溶体和石墨之间的稳定平衡，其中C含量 的范围是0～100％。
通常，相图中有虚实两线，实线表示Ⅰ类，虚线表示 Ⅱ类，无虚线部分表示两者共有，此称为双线铁碳相图。
10
7.4 Fe-Fe3C相图
第七章 铁 碳 合 金
7.1 概 述 7.2 纯 铁 7.3 碳与铁碳合金中的相 7.4 Fe-Fe3C相图 7.5 Fe-C相图 7.6 铁碳合金成分、组织与性能间的关系 7.7 钢中的杂质
1
7.1 概 述
钢铁是铁与碳的合金，各种合金钢也是 在铁与碳的基础上，为了具有某种特殊的性能 而添加一些合金元素。钢铁是目前人类社会中 最重要的金属材料。因此，铁与碳的合金是最 重要的合金。
1. Fe-Fe3C相图
A
1538℃
H
B1493℃
J
L
N 1394℃ γ+ L
1154℃
C
γ
E 1148℃
D
L+Cm F
G 910℃
γ＋Cm
M O770℃
αP S
738℃ 727℃
K
α ＋Cm
Q
230℃
Fe
1
2
3
4
5
6
Fe3C 11
符 号 温 度/℃ ω（C）/%
说明
A 1538℃ B 1493℃ C 1147℃D 1227℃ E 1147℃ F 1147℃ G 912℃ H 1493℃
2. 碳在铁中的固溶体
碳与铁通过相互作用可形成铁素体和奥氏体两种
间隙固溶体以及化合物渗碳体。
铁素体是碳原子作为间隙式溶质溶入到体心立
方晶体铁α-Fe的间隙中形成的间隙式固溶体。C在 α-Fe的溶解度是：G(wt%)＝2.55exp（－ 9700/RT），碳在体心立方中的溶解度十分有限， 727℃时，C在α-Fe中的溶解度是0.022％。
碳的原子半径为0.34nm。碳有两种存在形式： 石墨和金刚石，石墨较为广泛。
石墨是由碳原子层组成，层内原子呈正六边 形。层内原子由共价键结合，原子间距为 0.142nm。层间原子由弱金属键结合，间距为 0.34nm。
石墨的晶体结构属于六方晶系，其中a＝ 0.46nm，c＝0.670nm，每个晶胞含有四个原子。 7