金属材料与热处理(最全)PPT课件

铁碳合金和铁碳相图
3.1 铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 3.4 铁碳合金的成分－组织－性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用
• 工业纯铁：塑性较好 ，强度较低，具有铁 磁性，在一般的机器 制造中很少应用，常 用的是铁碳合金
• 铁素体（F）：碳溶 于 -Fe中的一种间 隙固溶体，体心立方 晶体结构，组织和性 能与工业纯铁相同
珠光体（P）：铁 素体和渗碳体 的机械混合物 ，是两者呈层 片相间的组织 ，即层片状组 织特征，可以 通过热处理得 到另一种珠光 体的组织形态
五个单相区： ABCD 以上-液相区（L） ；AHNA- 固溶体 区（ ）； NJESGN- 奥 氏 体 区 （ A）；GPQ 以 上-铁素体区（F） ；DFKL-渗碳体区 （Fe-Fe3C）
• 奥氏体（A）：碳溶 于 -Fe中的一种间隙 固溶体，具有面心立 方晶体结构，塑性好 ，变形抗力小，易于 锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
七个两相区（两相邻 的单相区之间） ：
L+,L+A,L+Fe3C, +A,F+A,A+Fe3C,F +Fe3C
Fe-Fe3C相图
包晶反应： HJB水平线
LB＋H（1495°） AJ
包晶反应仅可能在含碳 量0.09～0.53％的铁 碳合金中，其结果 生成生成奥氏体
恒温转变线
共晶反应： ECF水平线
Ae＋Fe3C （1148°） Lc
共晶反应可在含碳量2.11～ 6.69％的铁碳合金中， 形成奥氏体与渗碳体 的 共晶混合物，称为莱氏 体，C点为共晶点，含 碳量为4.3％,温度1148 度
共析反应： PSK线
As Fp＋Fe3C（727°）
所有含碳量超过0.0218％的铁碳 合金均能发生共析反应。其 结果形成铁素体和渗碳体的 共析和渗碳体的共析混合物 ，称为珠 光体 （ P）。根据 杠杆定律可以求出铁素体和 渗碳体的相对重量为：
F（％）＝(6.69-0.77)÷6.69 ×100％＝88％
Fe3C（％）＝1－88％＝12％
主要转变线
GS线－不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素 体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时 ）的转变线，常用A3表示
ES线－碳在奥氏体中的固溶体。常用A cm表示，含 碳量大于0.77％的铁碳合金，自1148°冷至727° 从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体
第3章 铁碳合金和铁碳相图
本章课程目的要求
通过讲授铁碳合金相图，使学生掌握：合 金相图是表示在极缓慢冷却 (或加热)条件下， 不同成分的铁碳合金在不同的温度下所具有的 组织或状态的一种图形。从中可以了解碳钢和 铸铁的成分(含碳量)，组织和性能之间的关系。 它不仅是我们选择材料和判定有关热加工工艺 的依据，而且是钢和铸铁热处理的理论基础。
F 工业纯铁
F+P 亚共析钢
P(片状) 共析钢
P（粒状） 共析钢
P+Fe3Cп 过共析钢
P+Fe3Cп + Le´ 亚共晶白口铁
Le´ 共晶白口铁
Le´+Fe3CI 过共晶白口铁
按组织分区的铁碳合金相图
铁碳合金的成分－组织－性能 关系
含碳量对力学性能的影响
1. 亚共析钢的组织是由铁素体和珠 光体组成，随含碳量的增加。其组织 中珠光体的数量随之增加，因而强度 、硬度也升高，塑性、韧性不断下降 。 2. 过共析钢的组织是由珠光体和网 状二次渗碳体组成，随着钢中含碳量 的增加，其组织中珠光体的数量不断 减少，而网状二次渗碳体的数量相对 增加，因因强度、硬度上升，而塑性 、韧性值不断下降。但是，当钢中 Wc﹥0.9％时，二次渗碳体将沿晶界 形成完整的网状形态，此时虽然硬度 继续增高，但因网状二次渗碳体割裂 基体，故使钢的强度呈迅速下降趋势 。至于塑性和韧性，则随着含碳量的 增加而不断降低
概述 1.在实际工业中，广泛使用的不是前述的单组元材料，而是
由二组元及以上组元组成的多元系材料。多组元的加入， 使材料的凝固过程和凝固产物趋于复杂，这为材料性能的 多变性及其选择提供了可能。 2.二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温 度、成分之间关系的工具，它已在金属、陶瓷，以及高分 子材料中得到广泛的应用. 3.在多元系中，二元系是最基本的，也是目前研究最充分的 体系。
PQ线－碳在铁素体中的固溶线，铁碳合金由727° 冷却至室温时，将从铁素体析出渗碳体，称为三 次渗碳体
典型铁碳合金的平衡结晶过程 及组织
A F+A F
L L+A
A+Fe3C
F+Fe3C
L+Fe3C
1.纯铁(﹤0.0218%C） 2.钢（0.0218%～2.11%C）
亚共析钢（ 0.0218%～0.77%C） 共析钢（0.77%C） 过共析钢（0.77%C ～2.11%C ）
使用性能
机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等 物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等 化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等
金属材料 的性能
加工工艺性能
铸造性能：流动性、收缩性等
锻造性能：压力加工成型性等
切削加工性能：车、铣、刨、磨的 切削量，光洁度等
焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等
热处理性能：淬透性、回火稳定性等
精品课程
金属材料与热处理
工程材料的分类
工程材料
黑色金属材料：钢和铸铁
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在 机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为 它具优良的使用性能和加工工艺性能。
3.白口铸铁（2.11%~6.69%C）
亚共晶白口铁（2.11~4.3%C） 共晶白口铁（4.3%C） 过共晶白口（4.3%~6.69%C ）
A F+A F
L L+A
A+Fe3C
F+3.1 共析钢 3.3.2 亚共析钢 3.3.3 过共析钢 3.3.4 共晶白口铁 3.3.5 亚共晶白口铁 3.3.6 过共晶白口铁 3.3.7 工业纯铁