理学铁碳相图PPT课件

珠光体的强度很高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之 间，其力学性能如下：
抗拉强度（σb） 770
伸长率 (δ)
冲击韧度 (αk) 3×105～4×105 J/m2 硬度（HB）
20%～30% 180
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⑷相图中的ABCD为液相线；AHJECF为固相线。 ⑸水平线HJB为包晶反应线 碳的质量分数
LB H 149 5℃ AJ 即 L0.53 0.09 149 5℃ A0.17
⑵C点为共晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点 成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和Fe3C。
LC 114 8℃ AE Fe3C 即 L4.3 114 8℃ A2.11 Fe3C
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称莱氏体， 以符号Ld表示。在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A（室温 时转变成珠光体）分布在渗碳体基体上。
碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体， 用符号A（或γ）表示。
727℃
溶碳量0.77%
1148℃
溶碳量2.11%
性能：有一定的强度和硬度，塑性和 韧性好，适于进行锻压加工。
组织：与铁素体相似，晶粒呈多边 形，但晶界较铁素体平直
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3.渗碳体（ Fe3 C ）
铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格 的间隙化合物，用化学分子式Fe3 C 表示。
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铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
3、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)
组织转变 L－……－ A
F+A
F+P
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典型铁碳合金结晶过程图
① ②③ ④
⑥
⑤⑦
温 度
℃
1600δ A121H5318
δ +
4 J 32
L+δ 1495
B1
1400A
1394℃ 2 L+A
1
1200 A
性能：与渗碳体相似，即硬度高，塑
性差。
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Fe-Fe3C相图
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铁碳合金系相图 一、相图分析
3、铁碳合金三相平衡转变
这是一包晶反应，发生在高温，并且在随后 的冷却过程中组织还会发生变化，不作讨论。
共晶反应，产物共晶体组织称为莱氏体，记 录Ld(Ledeburite) 共析反应，产物为两相层片交替分布的共析 体组织称为珠光体，记录P(Pearlite)
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⑻GS线 是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线，通常称A3线。 ⑼ ES 线 是 碳 在 A 中 的 固 溶 线 ， 通 常 叫 做 Acm线 。 碳 的 质 量 分 数 大 于
0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中，将从A中析出Fe3C，称为 二次渗碳体（Fe3CⅡ）。
Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69
WC × %
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第七节 铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
3、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)
组织相对数量计算：
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以碳质量分数为0.4%的铁 碳合金为例(如右图） ;含0.4% 的亚共析钢的组织组成物为F和 P，它们的质量分数为：
3
2
D
1 L+Fe3C 2 Ld+Fe3CⅠ
3
1227
F
K
600
4
400 P
Ld
Q F+P P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Ld'
渗碳体 Fe3C
七个双相区：L＋ L＋
L＋ Fe3C
＋ ＋ Fe3C
＋ ＋Fe3C
三个三相区：HJB线 L＋＋ ECK线 L ＋ ＋ Fe3C PSK线 ＋ ＋Fe3C
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铁碳合金系相图
二、 铁碳合金平衡冷却分析
铁碳合金按组织、性能、应用特点分为以下类型： 工业纯铁 (C%<0.02%) 钢 (C%<2.11%) 白口铸铁 (C%>2.11%) 灰口铸铁 亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁
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（二）铁碳合金的基本组织特征 1.铁素体（F） 碳溶于α—Fe中形成的间隙固溶体，
用符号F（或α）表示。 600℃ 溶碳量0.0008%
727℃ 溶碳量0.0218% 性能：与纯铁相似，强度、硬度低，
而塑性和韧性好。 组织：呈明亮的多边形晶粒，晶界曲
折。
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2.奥氏体（A）
工业纯铁的力学性能特点是强度、硬度低，塑性、韧性好。 抗拉强度 σb＝180－230Mpa 延伸率 δ＝30－50％ 断面收缩率ψ＝70－80％ 冲击韧性 ak＝160－200J/cm2 硬度 50－60HB
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一、相图分析 1、组元的特性
2）碳
游离的碳有石墨和金刚石两种晶体结构， 在铁碳合金中的游离态是石墨。石墨 (Graphite)具有简单六方晶格。同一晶面上 碳原子以共价键结合,间距0.142nm结合力较 强，两层晶面的间距为0.34nm，结合力弱。
F
K
600
4
400 P
Ld
Q F+P P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Ld'
Fe3CⅡ+Ld'
200
0.77 2.11
4.3
Fe3C
Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69
WC × %
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铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
4、过共析钢(C%=0.77~2.11%)
组织转变：L
γ相 C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc， 仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。 δ相 C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc， δ相出现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称 高温铁素体。
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Fe3C相 铁和碳生成的间隙化合物，其中碳 的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂正交 晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依 石然墨记 为在F e铁3 C碳，合也金有中写的为游C m离( C状e态m e下n t存i t在e )的。碳 为石墨，组织记G(Graphite)。 L相 碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。
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典型铁碳合金结晶过程图
① ②③ ④
⑥
⑤⑦
温 度
℃
1600δ A121H5318
δ +
4 J 32
L+δ 1495
B1
1400A
1394℃ 2 L+A
1
1200 A
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ48
L C1
1000 G 800F
912℃
P5F4+5A33S
2
E Ld 3A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld
4
⑽PQ线 是碳在F中固溶线。铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从 F中析出Fe3C，称为三次渗碳体（Fe3CⅢ）。Fe3CⅢ数量极少，往往予以忽 略。
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铁碳合金系相图 一、相图分析
4、Fe－Fe3C合金相图
3）相图中相区
五个单相区：液相区 L
高温固溶体
奥氏体 (A) 铁素体 (F)
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⑶S点为共析点 合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时，S点成 分的A发生共析反应，生成P点成分的F和Fe3C。
AS 72 7℃FP Fe3C 即 A0.77 72 7℃F0.0218 Fe3C
共析反应产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，以 符号P表示。在显微镜下珠光体的形态呈片状。在放大倍数很高时， 可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体（宽条）。
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铁碳合金系相图
一、相图分析
图
4、Fe－Fe3C
合金相图
1）相图形式
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铁碳合金系相图
一、相图分析
4、Fe－Fe3C合金相图
2）相图中各点的参数及含义
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3.相图中重要的点和线 ⑴J为包晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时，点成分 的L与H点成分的δ发生包晶反应，生成J点成分的A。
1、工业纯铁(C%<0.02%)
含碳量大于Q点(0.008%)时，理论上将从α－Fe中析出的Fe3C称为三次渗碳体， 但这个转变大多被抑制，形成微量的过饱和状态。 通常的组织为单一铁素体。
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工业纯铁组织金相图
• 工业纯铁的室温平衡组织为铁素体（F），呈白色。由于其强度低、硬度低、不宜用作 结构材料
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典型铁碳合金结晶过程图
① ②③ ④
⑥
⑤⑦
温 度
℃
1600δ A121H5318
δ +
4 J 32
L+δ 1495
B1
1400A
1394℃ 2 L+A
1
1200 A
1148
L C1
1000 G 800F
912℃
P5F4+5A33S
2
E Ld 3A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld
4
1148
L C1
1000 G 800F
912℃
P5F4+5A33S
2
E Ld 3A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld
4
3
2
D
1 L+Fe3C 2 Ld+Fe3CⅠ
3
1227
F
K
600
4
400 P
Ld
Q F+P P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Ld'
Fe3CⅡ+Ld'
200
0.77 2.11
4.3
Fe3C
石墨晶体长大时，沿层面的长大速度较快，即层面的扩大快而层的加厚慢，导 致其结晶形态通常发展成片状。
石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性 和韧性都极低。
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一、相图分析
2、铁碳合金中的基本相
α相 C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc， 仅由α相形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferrite)。
L＋A
A
A＋Fe3CII P＋Fe3CII
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3.过共析钢 以碳质量分数为 1.2%的铁碳合金为例 （如右图）。 含wc 1.2%的过共 析钢的组成物为F和 Fe3C；组织组成物为 Fe3CⅡ和P，它们的质量 分数为：
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铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
4、过共析钢(C%=0.77~2.11%)
0.09%～0.53%的铁碳合金在平衡结晶过程中均 发生包晶反应。
⑹水平线ECF为共晶反应线 碳的质量分数 在2.11%～6.69%之间的铁碳合金，在平衡结晶 过程中均发生共晶反应。
⑺水平线PSK为共析反应线 碳的质量分数 0.0218%～6.69%的铁碳合金，在平衡结晶过程 中均发生共析反应。PSK线亦称A1线。
Wc=6.69% 1227℃
熔点为
性能：硬度很高，脆性很大，塑性 极差。
组织：常以片状、球（粒）状和网 状等不同形态存在。
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4.珠光体——铁素体和渗碳体组成的机械混合 物，用符号P表示。
Wc=0.77%
性能：介于铁素体与珠光体之间，即 综合性能良好。
5.莱氏体—— Wc=4.3%的合金，缓慢冷却 到1148℃时从液相中同时结晶出奥氏体和渗 碳体的共晶组织，用符号Ld表示。
此种钢的组成物为F和Fe3C, 它们的质量分数为：
亚共析钢的碳含量可由其室温平衡组织来估算。若将F中的碳 含量忽略不计，则钢中的碳含量全部在P中，因此由钢中P的含量可 求出钢中碳的质量分数：
wc =P%×0.77%
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亚共析钢组织金相图
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典型铁碳合金结晶过程图
① ②③ ④
⑥
⑤⑦
温 度
℃
1600δ A121H5318
δ +
4 J 32
L+δ 1495
B1
1400A
1394℃ 2 L+A
1
1200 A
1148
L C1
1000 G 800F
912℃
P5F4+5A33S
2
E Ld 3A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld
4
3
2
D
1 L+Fe3C 2 Ld+Fe3CⅠ
3
1227
077c珠光体50012c铁素体二次渗碳体500典型铁碳合金结晶过程图wc30pfe3cld?afe3c211077fe2010200400pfe3c600800140013941200100043604050669ldfe3cfe3cld?ldfe3clfe3c铁碳合金系相图之平衡冷却分析组织转变lldld铁碳合金系相图之平衡冷却分析铁碳合金系相图之平衡冷却分析组织转变aldafeiildpfe典型铁碳合金结晶过程图wc30pfe3cld?afe3c211077fe2010200400pfe3c600800140013941200100043604050669ldfe3cfe3cld?ldfe3clfe3c铁碳合金系相图之平衡冷却分析典型铁碳合金结晶过程图wc30pfe3cld?afe3c211077fe2010200400pfe3c600800140013941200100043604050669ldfe3cfe3cld?ldfe3clfe3c铁碳合金系相图之平衡冷却分析组织转变ldfe铁碳合金系相图之平衡冷却分析fec的形式一次渗碳体feii三次渗碳体feiii共析珠光体中铁碳合金系相图1碳对室温平衡组织的影响铁碳合金系相图1碳对室温平衡组织的影响铁碳合金系相图铁碳合金系相图硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和质量分数随碳含量的增加合金的硬度呈直线关系增大
3
2
D
1 L+Fe3C 2 Ld+Fe3CⅠ
3
1227
F
K
600
4
400 P
Ld
Q F+P P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Ld'
Fe3CⅡ+Ld'
200
0.77 2.11
4.3
Fe3C
Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69
WC × %
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铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
说明：脆性的渗碳体以网分隔了材料，所以材料的性能特点很脆，工程中使用并不 希望出现这种组织。
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过共析钢组织金相图
第34页/共57页
铁碳合金组织特征图
(a) 0.01%C铁素体 500×
(b) 0.45%C铁素体+珠光体 500×
(c).0.77%C珠光体 500×
d). 1.2%C 铁素体+二次渗碳体 500×
2、共析钢(C%≈0.77%)
相转变过程
组织转变过程 L
L+A
P
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铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
2、共析钢(C%≈0.77%)
共析转变全部生成共析组织，两相一般为层片状分布，组织为单一的珠光体。 两相的重量比≈两相的厚度比≈8:1