工程材料及制造基础 第二讲 铁碳合金 Fe-C Alloy.ppt

上讲知识点： 一、金属材料性能 二、金属晶体构造 1、晶体、晶体结构 2、金属结晶过程、过冷、过冷度、冷却速度 3、金属同素异晶转变 4、合金基本组成物及二元合金相图,第二讲 铁碳合金 Fe-C Alloy 一、铁碳合金基本组织 Basic Structure of Fe-C Alloy 1.铁素体（Ferrite）： （0.008-0.02）%C 碳溶解在- Fe中形成的固溶体。 特点：塑性、韧性好，延伸率=（45-50）%； 但强度和硬度低。 应用：工业用纯铁,组织：100%铁素体（F) 2.奥氏体（Austenite）： （0.77-2.08）%C 碳溶解在- Fe中形成的固溶体。,特点：只在723以上存在，塑性好、硬度低。 应用：钢的压力加工就在奥氏体状态下进行。 3.渗碳体 Cementite ： （Fe3C） 6.67%C Fe与C形成的金属化合物。 特点：硬度高，塑性差；在钢中起骨架作用。 注意：条件许可时，渗碳体会分解成铁+石墨。,4.机械混合物：珠光体 Pearlite；莱氏Ledeburite 珠光体（P）：室温组织 组成：铁素体 +渗碳体 （F+Fe3C） 性能：强度和硬度高；塑性较差 莱氏体（Le）：高温组织 组成：奥氏体 +渗碳体 （A+Fe3C） 性能：强度和硬度高；塑性较差 在室温下：因A 转变成（P+ Fe3C）， 莱氏体转变为变态莱氏体（Le）。,二、铁-碳合金相图 Fe-C Equilibrium Diagram 1.特征点： A、C 、 D 、 E、 G、 P、 S和Q点含义； 2.特性线： ABCD线液相线 ( Liquidus) AHJECF线固相线( Solidus) ECF线(Eutectic Line)共晶线（1147） PSK线(Eutectoid Line)共析线（727）,GS线（A3）奥氏体中开始析出铁素体线。 ES线（Acm）碳在-铁中的溶解度线。 PQ线碳在-铁中的溶解度线。 3.区域：两相区 液相+固相；固相+固相,图1.铁-碳合金相图,Liquid,Austenite,三、铁碳合金分类 Class of Fe-C Alloy 1.工业纯铁(Pure Iron)：C0.02% 2.钢(Steel)： 0.02%C2.11% 注：以含碳0.77%为界，有亚共析和过共析钢。 3.生铁(Cast Iron)： 2.11%C6.69% 注：以碳4.30%为界，分亚共晶和过共晶铁。,四、举例分析不同成分铁-碳合金结晶过程 分析五种成分的铁-碳合金，从冷却、结晶和直到室温的组织形成过程： ：亚共析钢 L A F + P ：共析钢 L A P ：过共析钢 L A Fe3C + P ：亚共晶生铁 L A + Le P + Le ：共晶生铁 L Le Le ：过共晶生铁 L Fe3C+Le Fe3C + Le,图2 分析、六个成分冷却、结晶过程,图3 共析钢组织转变示意图 Eutectoid transformation,共析钢金相组织图 Eutectoid transformation,图4 亚共析钢组织转变示意图Sub-eutectoid,亚共析钢金相组织图 Sub-eutectoid,图5 过共析钢组织转变示意图Over-eutectoid,过共析钢组织金相图Over-eutectoid,图6 共晶成分组织转变示意图 Eutectic transformation,图7 亚共晶成分组织转变示意图 Sub- Eutectic transformation,图8 过共晶成分组织转变示意图 Sub- Eutectic transformation,六、碳对铁碳合金组织和性能影响 1.组织变化： 随碳含量增加，渗碳体（Fe3C）量增多，基体由铁素体（F）变成珠光体（P）、继而又转变成莱氏体（Le）；形态也由片状变成网状。 2.性能变化： 小于1.0%时，随碳含量增加，强度和硬度提高，韧性和塑性降低；大于1.0%时，网状渗碳体出现，硬度虽增大，但强度下降。所以高碳钢适于制造模具和工具。工业用钢碳小于1.4%。,钢的性能随碳含量的变化变化：,七、铁碳合金相图应用 Application of Fe-C Equilibrium Diagram 1.在铸造中应用： Application in Foundry （1）确定钢和铸铁浇注温度； （2）判断其流动性好坏和收缩大小。 2.在锻造中应用： Application in Forging 确保钢在奥氏体区域内变形。 3.在热处理中应用： Application in Heat treatment 制定热处理工艺依据。,Questions:,State the difference between steel and cast iron! State how the carbon content influences the strength and ductility of steel ! Describe the cooling process of typical ferrous alloys !,词汇,二元合金相图 ： Equilibrium Diagram of Binary Alloy 铁碳合金： Fe-C Alloy 铁碳合金基本组织： Basic Structure of Fe-C Alloy 铁素体：Ferrite 奥氏体：Austenite 渗碳体：Cementite 珠光体：Pearlite,莱氏体：Ledeburite 铁-碳合金相图：Fe-C Equilibrium Diagram 液相线：Liquidus 固相线：Solidus 共晶线：Eutectic Line 共析线：Eutectoid Line 铁碳合金分类：Class of Fe-C Alloy 工业纯铁：Pure Iron,共析转变：Eutectoid Transformation 亚共析转变：Sub-Eutectoid Transform 过共析转变：Over-Eutectoid Transformation 共晶转变：Eutectic Transformation 亚共晶转变：Sub- Eutectic Transformation 钢：Steel 生铁：Cast Iron,铁碳合金相图应用： App