B铁碳相图.ppt

* * 第一章 有关材料科学的一些基本概念铁碳状态图 纯金属的结晶：在恒定温度下进行。 合金的结晶：在某一温度范围内进行。 为什么合金的结晶过程要比纯金属复杂？ 因为在结晶过程中合金内各种相的成分发生变化。 什么是状态图（相图）？ 状态图就是表明合金系在结晶过程中各种组织的形成及变化规律的简明图解。 相图的作用： 研究合金成分，温度和组织之间关系的一个极其重要的工具。 在生产实践中，为制订合金的铸造，锻压和热处理工艺，都是以合金状态图作为重要依据的。因此掌握合金状态图，了解合金成分，组织与性能的关系是使用金属材料，制定合理工艺的重要基础。 纯铁的冷却曲线 Cu-Ni合金状态图 （匀晶相图） 二元合金状态图有两个坐标轴，即温度轴和浓度轴构成的图形，表示合金在不同成分(浓度)和温度下所具有的组织状态以及它们之间的变化规律。 ★★★ 状态图（相图）上所表示的合金的组织状态都是在极缓慢的冷却条件下所获得的产物，即平衡组织。 delta iron （δ－Fe）体心立方晶格（ 1538～ 1394 ℃） γ－Fe 面心立方晶格（1394—912 ℃） α－Fe 体心立方晶格 （＜912 ℃） Iron 纯铁 铁的同素异形体 一、 铁与铁碳合金相 铁是钢铁材料的基本元素，有时把所有钢铁材料统称为铁基合金。 (一)纯铁 铁的物理性质：铁的结晶温度(熔点)为1538℃，在固态下有同素异构转变。 (二)铁碳合金相 铁与碳组成的重要合金相： 铁素体、奥氏体和渗碳体等。 铁素体：碳溶于α—Fe(或δ-Fe)中形成的间隙固溶体，用符号“α”或“F”表示。 铁素体的最大含碳量： 0.0218％C (727 ℃) 由于铁素体的含碳量极少，其机械性能与工业纯铁无差别。 奥氏体： 碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶休，用符号“γ”或“A”表示。 在727 ℃时，γ—Fe溶碳约为0．77％，随着温度升高，溶碳量增加。 奥素体的最大含碳量：2．11％（1148 ℃） 。 奥氏体性能：具有良好的塑性，但强度不高，适于锻压加工。 渗碳体： 与碳相互作用形成具有复杂晶格的间隙化合物，其分子式为Fe3C。 Fe3C的含碳量：6．69％ 熔点约为1600℃。 渗碳体的性能：硬度很高、但塑性却极低(几乎近于零)，是一种硬而脆的相。 Fe3C是铁碳合金中的基本相，可以和其他相组成各种类型的组织。 Fe3C 是一个不稳定的化合物，在一定条件下按下式分解： Fe3C ＝3Fe+C 分解出来的单质状态的碳称为石墨。石墨具有简单六方结构，其强度和塑性均极低，但由于石墨的存在，使得铸铁具有某些优异的性能。 二、Fe—Fe3C状态图分析 Fe—Fe3C 的左上角部分为包晶反应，实际应用较少，为讨论方便，可将其简化为一点A。 Fe—Fe3C状态图中的特性点和特性线 主要特性线： ACD线为液相线，在此线以上合金均呈液态。 AECF线为固相线，在此线以下合金全部呈固态． ECF和PSK两条水平线是铁碳合金在恒温下两条重要的转变线： 铁碳状态图 Fe Fe3C P A ECF线: 共晶反应线 Lc γE + Fe3C (1148℃) 反应产物：莱氏体（γE + Fe3C ）用“Le”表示。 PSK线：共析反应线 γs αF+ Fe3C (727℃) 反应产物：珠光体（αp + Fe3C ）用“P”表示。S点称共析点， PSK线亦称A1线 钢：＜2.11%C 生铁：＞ 2.11%C 共析钢：=0.77%C 亚共析钢：＜ 0.77%C 过共析钢： ＞ 0.77%C 三、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 含碳量不同，铁碳合金的结晶过程及其平衡组织也有很大差异； 由于含碳量不同而有显微组织的差异，从而带来铁碳合金性能上的区别。 尽管铁碳合金的组织组成物不同，但从相组成物来看都是由铁素体和渗碳体（α + Fe3C）两个相所构成的。 钢中各种相的性能： 铁素体相是含碳极低的固溶体，是属于软韧相。 渗碳体是金属化合物，它的性能既硬又脆，但当它和铁素体组成珠光体时则成为强化相。因为片层相间的铁素体与渗碳体组成的珠光体具有较高的硬度和强度，但塑性却较低。 珠光体：较高的硬度和强度，但塑性却较低。 碳对钢的机械性能的影响 四、Fe—Fe3C 状态图的应用 合金状态图是重要工具，通过它了解合金的结晶过程，分析合金成分、温度以及组织和性能之间的变化规律，确定如何正确地使用金属材料并制定合理的工艺，因此它对指导生产实践有着重要意义。 (一) 为什么钢和生铁以含碳量2．11％作为分界线？ 从Fe—Fe3C 状态图可知，只有含碳量小于2．11％的