第二节铁碳合金状态图教程

① ACD线——液相线
② AECF 线——固相线
③ ④ ⑤ ⑥ ECF线——共晶线 AE线——奥氏体结晶终了线 GS线（A3)——铁素体从A中析出开始线 ES线（Acm)——碳在奥氏体中溶解度曲线， 此线以右有Fe3C析出线。 ⑦ PSK线（A1)—— 共析线
第一章
钢铁材料及热处理
（三）铁碳合金的结晶过程 铁碳合金状态图中E点（ωc =2.11%）左边的 部分为碳钢部分。 E点右边为白口铸铁部分。 碳钢根据金相组织特点分为：
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（二）铁碳合金状态图
铁碳合金状态图是通过一系列实验测 出不同成分的铁碳合金在缓慢冷却过程中的冷却 曲线和组织转变，然后在成分与温度坐标图中标 出临界点温度（结晶开始和结晶结束的温度）， 并把物理意义相同的点连成曲线。
第一章
钢铁材料及热处理
第一章
钢铁材料及热处理
第一章
钢铁材料及热处理
A
P
L
L+A
A
A+ P+ Fe3 C Fe3 C
第一章
钢铁材料及热处理
（四）铁碳合金图的应用 1. 选材的依据； 2. 选择铸造合金
成分和浇注温
度的依据；
3. 确定钢的锻造、
热轧时温度的
依据（奥氏体
状态）；
第一章
钢铁材料及热处理
4. 研究焊缝区及近缝区组织和性能变化的理论依据； 5. 确定各种热处理工艺的依据：根据对工件材料性
第一章
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二、纯铁的晶体结构和结晶过程
（一）金属的晶体结构
晶粒——外形不规 则的小颗粒
晶界——晶粒之间 的交界处
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显微镜下纯铁的显微组织金相图
第一章
钢铁材料及热处理
通过X—射线对纯铁晶粒内部结构分析发现：
晶粒内部的原子是按一定规律排列的。
晶体——内部原子 作规则排列的物质
晶格——假想连接 原子的空间格子
◆
工业纯铁：C%<0.0218
◆ 共析钢：C%=0.77 ◆ 亚共析钢：0.0218<C%<0.77 ◆ 过共析钢：0.77<C%<2.11
第一章 结晶过程：
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温度
t1
以上
t1~t2 t2~t3 t3~t4
L+A A A+F
t4
以下
类型
亚共 析钢 共析 钢 过共 析钢
L
F+P
L
L+A
铁的同素异构转变 是钢铁材料能够进行热 处理的依据。
第一章
钢铁材料及热处理
◆ 可以用热处理的方法即可通过加热、保 温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材 料性能的目的。
◆ 金属在同素异构转变时，体积会发生变
化，这是热加工中产生内应力的原因之一。
第一章
钢铁材料及热处理
三、铁碳合金状态图
合金——两种或两种以上的金属元素或金属 元素与非金属元素熔合，组成具有金属特性的物 质。
第一章
钢铁材料及热处理
（二）纯铁的结晶过程和同素异构转变 一切物质由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。结 晶的实质，就是原子从不规则排列过渡到规则排列。
1.纯铁的结晶过程
To——理论结晶温度
Tn——实际结晶温度
o 1538 C
过冷度： o n 冷却速度越快 过冷度越大 实际结晶温度越低
能要求的不同，各种不同热处理方法的加热温度
都是参考Fe-Fe3C相图选定的。
晶胞——组成晶格 的最基本单元
第一章
钢铁材料及热处理
常见金属的晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格
体心立方晶格
立方体晶胞：八个顶角和立方体中心各有一个原子， 每个晶胞含有原子２个。 常见金属有：K、W、Mo、V和α-Fe等。
第一章
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面心立方晶格
立方体晶胞：八个顶角和六个面的中心各有一个原子 每个晶胞有原子４个。 常见金属有：Al、Cu、Ni、Au、Ag和-Fe等。
凝固冷却曲线
第一章
钢铁材料及热处理
结晶过程：微小晶核
长大
晶粒
生产中细化晶粒的方法有： ①增加过冷度；②变质处理(Ti、B、Al)；③附加 振动(机械振动、超声波振动、电磁振动）。
第一章
钢铁材料及热处理
2.金属的同素异构转变 金属在固态下，随 着温度的改变其晶格结 构发生改变的现象。 δ—Fe → γ—Fe → α—Fe
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铁素体
奥氏体
F
A
碳溶于α—Fe中 的固溶体
碳溶于γ—Fe中 的固溶体 碳和铁的金属化 合物 铁素体和渗碳体 的机械混合物
珠光体、渗碳体、共 晶渗碳体的混合物
体心 立方
面心 立方 复杂 晶格
≤2.11%
渗碳体 Fe3 C 珠光体 莱氏体 P Ld
6.69%
0.77%
4.33%
第一章
在铁碳合金中，碳以三种形式存在：
◆ 溶解在铁的晶格之中； ◆ 与铁形成化合物Fe3 C ； ◆ 以石墨状态而独立存在。
第一章
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（一）铁碳合金的基本组织
序 号 基本组织 名 称 符号 结合类型 晶格 类型 含碳量
≤0.02%
特 性
强度、硬度低， 塑性和韧性好
强度、硬度低， 塑性非常好 硬度很高，脆性 很大，塑性极差 综合性能良好 与渗碳体相似， 硬度高，塑性差