null任务三 铁碳合金相图 任务三 铁碳合金相图 衡阳财经工业职业技术学院
机械工程系教学目的与要求 教学目的与要求 掌握Fe-C合金的基本相、组织以及它们的性能特点。
掌握Fe-Fe3C相图特征点、线的含义及区域组织分析。
熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe- Fe3C相图的应用 知识点一、铁碳合金的组元与基本相 知识点一、铁碳合金的组元与基本相 一、纯铁的同素异构转变图1-29 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化同一种元素在不同条件下
具有不同的晶体结构。当
温度等外界条件变化时,
晶格类型会发生转变,
称为同素异构转变 二、铁碳全合金的基本相及其性能 二、铁碳全合金的基本相及其性能 1、液相。铁碳合金在溶化温度以上形成的均匀液体称为
液相,用符号L表示。
2、铁素体。碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,
用符号F表示。碳在α-Fe中的溶解度很低,因此,铁
素体的机械性能与纯铁相近,其强度、硬度较低,
但具有良好的塑性、韧性。二、铁碳全合金的基本相及其性能 二、铁碳全合金的基本相及其性能 3、奥氏体。 碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体,
用符号A表示。
4、渗碳体。 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物,
它的分子式为Fe3C,渗碳体既是组元,又是基本相。
5、珠光体。 用符号P表示,它是铁素体与渗碳体薄层片相间
的机械机械混合物。
6、莱氏体 用符号Ld表示,奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。知识点二 Fe- Fe3C相图分析 知识点二 Fe- Fe3C相图分析 图1-30 Fe- Fe3C相图null简化的Fe- Fe3C相图 1、主要特性点1、主要特性点表1-4简化Fe- Fe3C相图中的特性点 2、主要特性线 2、主要特性线 (1)AC线 液体向奥氏体转变的开始线。即:L→A。
(2)CD线 液体向渗碳体转变的开始线。即:L→Fe3CⅠ。
ACD线统称为液相线,在此线之上合金全部处于液相状态,用符号L表示。
(3)AE线 液体向奥氏体转变的终了线。
(4)ECF水平线 共晶线。
AECF线统称为固相线,液体合金冷却至此线全部结晶为固体,此线以下为固相区。
(5)ES线 又称Acm线,是碳在奥氏体中的溶解度曲线。即:L→Fe3CⅡ。
(6)GS线 又称A3线,
(7)GP线 奥氏体向铁素体转变的终了线。
(8)PSK水平线 共析线(727℃),又称A1线。
(9)PQ线 碳在铁素体中的溶解度曲线。3、相区3、相区(1)单相区 简化的Fe- Fe3C相图中有F、A、L和Fe3C
四个单相区。
(2)两相区 简化的Fe- Fe3C相图中有五个两相区,即
L+A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A+F两相
区和F+ Fe3C两相区。
每个两相区都与相应的两个单相区相邻;两条三相共存线,
即共晶线ECF,L、A和Fe3C三相共存,共析线PSK,A、F
和Fe3C三相共存。 知识点三 典型合金的结晶过程及组织 知识点三 典型合金的结晶过程及组织 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同,可将铁碳合金分为:
1)工业纯铁 ωc<0.0218%。
2)钢 0.0218%<ωc<2.11%,又可分为:
亚共析钢 0.0218%<ωc<0.77%;
共析钢 ωc=0.77%;
过共析钢 0.77%<ωc<2.11%。
3)白口铸铁 2.11%<ωc<6.69%,又可分为以下三种:
亚共晶白口铸铁 2.11%<ωc<4.3%
共晶白口铸铁 ωc=4.3%
过共晶白口铸铁 4.3%<ωc<6.69%一、共析钢的结晶过程分析 一、共析钢的结晶过程分析 图1-32 典型铁碳合金结晶过程分析
null图1-33 共析钢结晶过程示意图
二、亚共析钢的结晶过程分析 二、亚共析钢的结晶过程分析 图1-34 亚共析钢结晶过程示意图图1-35为亚共析钢的
显微组织三、过共析钢的结晶过程分析 三、过共析钢的结晶过程分析 图1-36 过共析钢结晶过程示意图图1-37 过亚共析钢的显微组织
四、共晶白口铸铁的结晶过程分析 四、共晶白口铸铁的结晶过程分析 图1-38 共晶白口铸铁结晶过程示意图图1-39共晶白口铸铁的显微组织五、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析 五、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析 图1-41亚共晶白口铸铁的显微组织图1-40 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图
六、过共晶白口铸铁的结晶过程分析六、过共晶白口铸铁的结晶过程分析图1-43 过共晶白口铸铁结晶过程示意图
知识点四 Fe- Fe3C相图的应用 知识点四 Fe- Fe3C相图的应用 一、碳含量对铁碳合金平衡组织及性能的影响 图1-44室温下铁碳合金含碳量与平衡组织组成
物及相组成物间的定量关系null图1-45含碳量对钢力学性能的影响二、Fe- Fe3C相图在工业中的应用二、Fe- Fe3C相图在工业中的应用1、在选材方面的应用 Fe- Fe3C相图反映了铁碳合金组织和性能随成分的变化规律。这样,
就可以根据零件的工作条件和性能要求来合理的选择材料。例如,
桥梁、船舶、车辆及各种建筑材料,需要塑性、韧性好的材料,可选
用低碳钢(ωc =0.1%~0.25%);对工作中承受冲击载荷和要求较高
强度的各种机械零件,希望强度和韧性都比较好,可选用中碳钢
(ωc =0.25%~0.65%);制造各种切削工具、模具及量具时,需要高
的硬度、而耐磨性,可选用高碳钢(ωc =0.77%~1.44%)。
对于形状复杂的箱体、机器底座等,可选用熔点低、流动性好的铸铁材料。2、在铸造生产上的应用2、在铸造生产上的应用由Fe- Fe3C相图可见,共晶成分的铁碳合金熔点低,结晶
温度范围最小,具有良好的铸造性能。因此,在铸造生产中,
经常选用接近共晶成分的铸铁。 图1-46 铁碳相图与铸锻
工艺间的关系3、在锻压生产上的应用 3、在锻压生产上的应用 钢在室温时组织为两相混合物,塑性较差,变形困难。而奥氏体的强
度较低,塑性较好,便于塑性变形。因此在进行锻压和热轧加工时,
要把坯料加热到奥氏体状态。加热温度不宜过高,以免钢材氧化烧损
严重,但变形的终止温度也不宜过低,过低的温度除了增加能量的消
耗和设备的负担外,还会因塑性的降低而导致开裂。所以,各种碳钢
较合适的锻轧加热温度范围是:始锻轧温度为固相线以下100~200℃;
终锻轧温度为750~850℃。对过共析钢,则选择在PSK线以上某一温
度,以便打碎网状二次渗碳体。 4、在焊接生产上的应用4、在焊接生产上的应用焊接时,由于局部区域(焊缝)被快速加热,所以从焊缝到母材各区域
的温度是不同的,由Fe- Fe3C相图可知,温度不同,冷却后的组织性能
就不同,为了获得均匀一致的组织和性能,就需要在焊接后采用热处理
方法加以改善。5、在热处理方面的应用从Fe- Fe3C相图可知,铁碳合金在固态加热或冷却过程中均有相的变化,所以钢和铸铁可以进行有相变的退火、正火、淬火和回火等热处理。此外,奥氏体有溶解碳和其它合金元素的能力,而且溶解度随温度的提高而增加,这就是钢可以进行渗碳和其它化学热处理的缘故。
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