铁碳相图及其合金综述.ppt

第二章铁碳相图及其合金第一节铁碳合金的相结构一、铁素体二、奥氏体三、渗碳体一、相图图形介绍L4.3A2.11+Fe3C珠光体也是铁碳合金中室温时的一个平衡组织，其力学性能数据如下：2024/11/28铁碳合金下图中各主要线的意义是：PQ为碳在铁素体中溶解度变化线。从该线可看出，碳在铁素体中最大溶解度是在727℃时，可溶解碳0.0218%，在室温仅能溶解碳0.008%。故一般铁碳合金凡是从727℃缓冷至室温时，均会从铁素体中析出渗碳体，称此渗碳体为三次渗碳体（Fe3CIII）。三、典型合金结晶过程及室温组织（一）共析钢珠光体是在727℃恒温下生成的，温度降到室温时组织基本不发生变化。只是铁素体的含量碳量从0.025降至几乎为零，碳则以微量三次渗碳体的形式沉淀出来，计算时可以忽略不计。(二)亚共析钢图2－7亚共析钢的显微组织铁素体与珠光体的相对量可用杠杆定律在GPS相区（P+F）的PS线上计算出，称作组织相对量。
合金（2）中，珠光体量为：Qp=P4/PS×100%
铁素体量为：QF=1－Qp或QF=4S／PS×100%
随着亚共析钢含碳量的增加，组织中的珠光体量增加，从0%增加到100%；当含碳量增加到0.77%时，珠光体为100%，即共析钢组织。
珠光体中的铁素体，称作共析铁素体，渗碳体称作共析渗碳体。室温时，铁碳合金的相结构只有铁素体和渗碳体。可以利用杠杆定律在F+Fe3C的两相区中计算出亚共析钢铁素体与渗碳体的相对量，称作相的相对量：
QF=（6.69－②）/（6.69－0.02）＋100%
QFe3C=1－QF式中②——亚共析钢的含碳量。含碳量在0.77～2.11%的钢,均统称为过共析钢.
以图2-3中合金3为例,过共析钢的结晶过程如图2-8所示.
合金从液相冷却至1、2点以后，结晶出单相奥氏体组织；
温度继续冷却至2～3之间时，奥氏体组织不变；温度降至3点时，碳在奥氏体中达到饱和，开始析出Fe3C，称作二次渗碳体，写作Fe3CII。Fe3CII沿着奥氏体晶界析出，呈网状分布(图2－9)，随着温度降低，碳在奥氏体中溶解度下降，不断析出。
温度降至4点（727℃）时，析出的二次渗碳体可用杠杆定律在A＋Fe3C两相区SK线上计算出来。式中③—过共析钢的含碳量
剩余的奥氏体量为1－QFe3CII，其成分已沿着SE线变化至S点，已具备珠光体转变的条件，在727时发生共析反应，转变为珠光体。珠光体的组织相对量为：
Qp＝1－QFe3CII或Qp＝
利用杠杆定律可以在F+Fe3C两相区中计算出铁素体与渗碳体相的相对量：
QFe3C＝1－QF过共析钢的显微组织如图2－9所示，图中白色的沿着晶界分布的组织即为二次渗碳体；深色部分的组织为珠光体。图2－3中合金④称为共晶白口铁，含碳量为4.3％，其结晶过程如图2－10所示。
含碳量4.3％的合金自液相冷却至1点，即降至共晶温度（1148）℃时，发生共晶反应，从液相中同时析出含碳量为2.11％的奥氏体和含碳量为6.69％的渗碳体的共晶体，这种机械混合物称为莱氏体用符号Ld表示。莱氏体组织为球状或短杆状的奥氏体均匀分布在渗碳体基体上。
温度从1点继续下降时，共晶体中的奥氏体碳的溶解度下降，不断析出二次渗碳体，奥氏体的成分是沿着ES线变化的。
温度降至727℃时，奥氏体中的含碳量已降至0.77％，此时，奥氏体具备了共析转变的条件，转变为二次渗碳体加铁素体的珠光体组织。这样，共晶白口铁的莱氏体组织形态不变，只是其中球状和短杆状的奥氏体转变成了二次渗碳体和珠光体，而且二次渗碳体又与一次渗碳体融为一体，不大容易分辨。这种由一次渗碳体、二次渗碳铁和珠光体组成的组织称为变态莱氏体，也有称为低温莱氏体，用符号L′d表示，其显微组织如图2－11所示。
共晶白口铁的结晶过程可用反应式表示为：2024/11/28（五）亚共晶白口铁2024/11/28（六）过共晶白口铁2024/11/28四、含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响含碳量变化后对力学性能的影响可见图2-17所示。从图中可看出，当含碳量增加后，碳钢的强度和硬度升高，而塑性和韧性则下降。五、铁碳合金在工程上的应用铁碳合金相图（与铸铁工艺的关系如图2－18所示），从图中看出，铸铁的浇注温度低。越是接近共晶点C的铁碳合金结晶是，液相线温度低，合金的流动性好；固液线距离近，偏析倾向小，所以铸铁的铸造性能大大优于铸钢。
铁碳合金相图中有很广阔的奥氏体区，面心立方晶格的高温奥氏体有优良的塑性和较好的强度，塑性变形抗力很低，是热锻、热轧极好的组织，轧、锻温度一般选在图中影线部分。锻造的原则是始锻（轧）的温度不宜过高，终锻温度不宜过低，以防止锻（轧）造裂纹出现。2024/11/28第三节碳钢（3）硫的影响硫是从矿石和燃料中带来的，虽经炼钢，炼铁，还未能完全消除而残存钢中