二元合金相图及Fe3C相图

➢铁素体：C在α-Fe的间隙固溶体。
强度差、硬度低、塑性好
➢奥氏体： C在γ-Fe的间隙固溶体。
硬度较低、塑性较高
➢渗碳体：C与Fe的化合物(Fe3C) 硬度高、塑性差
1534℃ 1394℃ δ- Fe
γ - Fe 912℃
α- Fe 时间
δ 第二节 铁碳合金相图
1600 A L+δ
1500
B
H
1400
• 相图的局限性
➢相图只给出平衡状态的情况，而平衡状态只有 很缓慢冷却和加热，或者在给定温度长时间保 温才能满足，而实际生产条件下合金很少能达 到平衡状态。因此用相图分析合金的相和组织 时，必须注意该合金非平衡结晶条件下可能出 现的相和组织以及与相图反映的相和组织状况 的差异。
➢相图只能给出合金在平衡条件下存在的相、相 的成分和其相对量，并不能反映相的形状、大 小和分布，即不能给出合金组织的形貌状态。
QL b% c% bc Q a% b% ab QL ab Q bc
•共晶相图 Ld 恒温c e
I:
II:
0～1 L
L
温 度
II
III
I
IV
1～2 α+β L+ α
2～3
α
0
0
0
0
3～4
α+βII
A
1
L
2
1
L+α
α D 2 t1
1
B
α +β
C
III
IV
1
L+β 2
E
β
3
0～1 L
L
1～2 L+α L+ β
液相作用，形成定成分的固相转变。
e
Ld
恒温 e
第四章 第二节 二元合金相图
• 相图分析：点、线、相
第四章 第二节 二元合金相图
• 典型合金的结晶过程：I
第四章 第二节 二元合金相图
• 典型合金的结晶过程：II
• 包晶反应 L
温 度
A
0
L
L+δ δ
L
1
δ
γ
2
B
δ+γ
J
L+γ
γ
N
3
Fe
高碳碳素结构钢
经适当热处理后可获得高的σe和屈强比，以及足 够的韧性和耐磨性。可用于制造小线径的弹簧、重钢 轨、轧辊、铁锹、钢丝绳等。
3.碳素工具钢
碳质量分数0.65％～1.35％的碳素钢，主要用于 制作各种小型工具。可进行淬火、低温回火处理获得 高 硬 度 、 高 耐 磨 性 。 分 为 优 质 级 (ws≤0.03 ％ ， wP≤0.035％)和高级优质级（ws≤0.02％，wP≤0.03 ％）两大类。
⒉按钢的质量分，可分为： ⑴ 普通钢ws≤0.05％，wp≤0.045％ ⑵ 优质钢ws≤0.035％，wp≤0.035％ ⑶ 高级优质钢ws≤0.02％，wp≤0.03％
⒊按钢的用途分：
⑴碳素结构钢（GB700-88） ⑵ 优质碳素结构钢（GB699-88） ⑶ 碳素工具钢（GB1298-86） ⑷ 一般工程用铸造碳素钢件（GB11352-89）
标志符号Q+最小σs值—等级符号+脱氧程度符号
Q——屈服点的汉语拼音字头Q； 等级符号是指这类钢所独用的质量等级符号，也是按S、P 杂质多少来分。以A、B、C、D四个符号代表四个等级。 其中：
A级 ws≤0.05％， wp≤0.045％ B级 ws≤0.045％， wp≤0.045％ C级 ws≤0.04％， wp≤0.04％ D级 ws≤0.035％， wp≤0.035％
过共析钢组织金相图
5.亚共晶白口铁( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金相图
6.共晶白口铁( Wc = 4.3% )
共晶白口铁组织金相图
7.过共晶白口铁( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织金相图
Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
2. 优质碳素结构钢
钢中磷、硫等有害杂质含量较低，夹杂物也少， 化学成分控制较严格，质量较好。常用于较为重要的 机件。可以通过各种热处理调整零件的力学性能。
表示：两位数字
45表示该钢的wc=0.45％，碳的质量分数为万分 之四十五。这类钢中有三个钢号是沸腾钢，其钢号尾 部标有F。如08F。这类钢中有些是锰的质量分数超出 一般规定的锰杂质含量。其钢号尾部标有元素符号Mn。 如65Mn。这类钢仍属于优质碳素结构钢 ，不要误认 为是合金钢。
P
Q
S
α+Fe3C
γ+Fe3C
Fe3C
Fe
Fe3C
第四章 第三节 相图与性能的关系
相图是表明合 金的结晶特点，成 分与组织之间关系 的图解，利用相图 可以判断合金性能， 配置合金，选用材 料和制定工艺。
当合金形成
单相固溶体
第四章 第二节 二元合金相图
• 当合金形成两相混合物
第四章 第二节 二元合金相图
C,%
C
第四章 第二节 二元合金相图
• 包晶偏析： 由于包晶转变
不能充分进行而产 生的化学成分不均 匀的现象。
第四章 第二节 二元合金相图
五、共析相图 从一个固相中同
时析出成分和晶体结 构完全不同的两种新 的固相转变过程，称 为共析转变。
d 恒温c e
•共析转变 恒温
温 度
G
γ
α+γ α
二元合金相图
• 二元合金相图的建立
100%A 80%A20%B
40%A60%B
100%B
温度 t
60%A40%B
20%A80%B
Ty3
Ty4
Tre
Ty2 Ty1
Tr4
Tr3
Tr0
Tr1
Tr2
A
成分 c%
B
•匀晶相图 L
A:Cu 40%,Ni 60%
t=1400℃
A
1. t>1450 ℃ 液态
其中:Q195、Q215-A、Q215-B碳的含量较低、塑性好、强度低。一般用 于螺钉、螺母、垫片、钢窗等强度要求不高的工件。 Q235-A、Q255-A可用于农机具中不太重要的工件。如拉杆、小轴、 链等。也可常用建筑钢筋、钢板、型钢等。 Q235-B、Q255-B可作为建筑工程中质量要求较高的焊接构件。在 机械中可用作一般的转动轴、吊钩、自行车架等。 Q235-C、Q235-D质量较好，可作一些较重要的焊接构件及机件。 Q255、Q275强度较高，可作摩擦离合器、刹车钢带等。
第五章 铁碳合金
第三节 碳 钢 • 杂质对碳钢性能的影响：
Mn、Si、S、P • 碳钢分类：
➢ 按钢含碳量：低碳钢、中碳钢、高碳钢 ➢ 按钢质量：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 ➢ 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢
• 碳钢的编号和用途：
二、碳素钢的分类、钢号和主要用途
㈠ 碳素钢的分类
⒈按钢中碳含量的多少分，可分为： ⑴ 低碳钢wc≤0.25％ ⑵ 中碳钢0.25％＜wc≤0.6％ ⑶ 高碳钢wc＞0.6％
铸钢的铸造工艺差，易出现浇不到、缩孔严重、晶粒粗大等缺 陷。为了提高钢液的流动性，浇注温度很高，但易使铸钢件中出 现过热的魏氏组织。所谓魏氏组织是指在原来粗大的奥氏体晶粒 内随温度下降而相变产生的粗大铁素体针。使钢的塑性、韧性变 坏。魏氏组织可以通过完全退火得到消除。
谢谢！
2～3 α+α+βII β
3～4
αII+β
3
4
3
Pb G
2
Sn,%
4
F Sn
•组织和相
温 度
A
L
L+α
D
α+ β α+ βII
α
α + βII
Pb G
α +β
C
L+β
B
E
α+ β
αII+ β
β
Sn,%
αII+β
F Sn
第四章 第二节 二元合金相图
四、包晶相图：
两组元在液态下相互无限互溶，在固态下相互 有限互溶，并发生包晶转变的相图。 • 包晶反应：在一定温度下，由定成分的固相和
⒋按炼钢时的脱氧程度分，可分为：
⑴ 沸腾钢—脱氧不彻底的钢，代号F。 ⑵ 镇静钢—脱氧彻底的钢，代号Z。 ⑶ 半镇静钢—脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间， 代号为b。 ⑷ 特殊镇静钢—进行脱氧的钢，代号为TZ。
㈡碳素钢的钢号和命名方法和主要用途
⒈碳素结构钢
这类钢主要用于各类工程，应用量很大。对这类钢通常是热 轧后空冷供货。用户一般不需要再进行热处理而是直接使用。所 以，这类钢的钢号主要是以其力学性能中的屈服点来命名。
2. 1260 ℃<t<1450 ℃
液固两相共存
3. t<1260 ℃
固态
L: Cu 55%,Ni 45% α: Cu 15%,Ni 85%