單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,工程材料,鐵碳相圖,二元合金,相,相圖的杠,桿,桿定律,在合金的,結,結晶過程,中,中，各相,的,的成分及,其,其相對質,量,量都在不,斷,斷變化。,在,在某一溫,度,度下處于,平,平衡狀態(tài),的,的兩相的,成,成分和相,對,對質量可,用,用杠桿定,律,律確定。,工程材料,鐵碳相圖,兩平衡相,的,的成分,液、固兩,相,相并存時,液,液相成分,沿,沿著液相,線,線變化，,固,固相的成,分,分沿著固,相,相線變化,。,。要想確,定,定合金I,在,在t,1,溫度時兩,平,平衡相的,成,成分，沿t,1,作水平線,，,，與液、,固,固相線交,點,點為a、b。a、b分別對,應,應的C,L,、C,a,即為液相,的,的成分和,已,已結晶固,相,相的成分,。,。,工程材料,鐵碳相圖,兩平衡相,的,的相對質,量,量,設合金I,的,的總質量,為,為1，液,相,相的質量,為,為W,L,固相的,質,質量為W,a,，則：,W,L,+W,a,=1,合金1中,的,的Ni的,總,總質量應,該,該為液相,和,和固相中,的,的Ni量,之,之和，即,W,L,C,L,+W,a,C,a,=1,C,由上邊兩,個,個等式可,以,以得到：W,L,/W,a,=rb/ar,工程材料,鐵碳相圖,如果將合,金,金I成分,的,的C的點r看作杠,桿,桿的支點,，,，將W,L,和W,a,看作作用,在,在a和b,上,上的力，,按,按照力學,上,上的杠桿,原,原理，可,將,將,W,L,/W,a,=rb/ar,稱為杠桿,定,定律。,工程材料,鐵碳相圖,杠桿定律,的,的文字表,達,達,要求合金,在,在某溫度,時,時的兩平,衡,衡相的相,對,對質量，,可,可在該合,金,金成分的,垂,垂直線上,，,，沿該溫,度,度坐標點,畫,畫一水平,杠,杠桿與該,兩,兩相區(qū)的,邊,邊界相交,，,，其交點,在,在橫坐標,上,上的投影,就,就是兩平,衡,衡相的成,分,分。此時,兩,兩交點內,的,的水平線,被,被合金的,成,成分分為,兩,兩個線段,，,，兩相的,重,重量比與,這,這兩線段,的,的長度成,反,反比。,應當注意杠桿定律,只,只能適用,于,于兩相區(qū)。,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳相圖,鐵碳合金,相,相圖是研,究,究和分析,鐵,鐵碳合金在平衡條,件,件下成分,、,、溫度與,合,合金相及,組,組織之間,的,的相互關,系,系及其變,化,化規(guī)律的基本工,具,具。,當碳含量,大,大于6.69%（Fe,3,C的碳含,量,量）時，,鐵,鐵碳合金,性,性能很差,，,，沒有實,用,用意義，,故,故通常鐵碳合金,只,只是研究,和,和使用Fe-Fe,3,C系。,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳合金,基,基本相結,構,構,純鐵,：一般指含0.10.2%,雜,雜質的工,業(yè),業(yè)純鐵，,其,其基本性,能,能是塑性好、,強,強度、硬,度,度低，通,常,常不用做,結,結構材料。,通常向鐵,中,中加入碳,改,改善其性,能,能，是強,度,度增加。,碳在鐵中,的,的存在形,式,式有三種,：溶解于鐵,形,形成固溶,體,體；與鐵,作,作用形成,化,化合物（Fe,3,C）；與,鐵,鐵之間無,相,相互作用,，,，以自由,態(tài),態(tài)石墨的,方,方式存在,。,。,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳合金,的,的相結構,相,：高溫鐵素,體,體，碳在,-鐵中的,間,間隙固溶,體,體，存在,于,于13941538,C，體,心,心立方晶,格,格,。在1495,C,時溶碳最,大,大（0.09%）,。,。,鐵素體相,（,（F）,：碳在,-Fe,中,中的間隙,固,固溶體，,體,體心立方,晶,晶格。軟,而,而韌的相,，,，溶碳量,很,很小，溶,解,解度在727 C最大達,到,到0.0218%,。,。顯微組,織,織是等軸,狀,狀的多邊,形,形晶粒。,鐵素體是,鐵,鐵碳合金,室,室溫時的,主,主要基本,相,相和組織,之,之一。,工程材料,鐵碳相圖,奧氏體相,（,（A）,：碳在,-鐵中的,間,間隙固溶,體,體，,面心立方,晶,晶格,。,碳在A中,的,的溶解度,較,較大，在727,C時為0.77%，在1148,C,時達到最,大,大，為2.11%,。,。,奧氏體在高溫狀,態(tài),態(tài)具有良,好,好的塑性,和,和韌性，,低,低的變形,抗,抗力，是熱成型,時,時較佳的,組,組織相。,奧氏體比容最小,，,，發(fā)生相變,時,時體積會,發(fā),發(fā)生膨脹,，,，產(chǎn)生內,應,應力。,工程材料,鐵碳相圖,滲碳體（Fe,3,C）相,：具有復雜,晶,晶格的間,隙,隙化合物,。性能,特,特點是,硬,硬而脆,，,，具有,很,很高的,硬,硬度。,塑,塑性、,韌,韌性幾,乎,乎為0,。,。室溫,下,下鋼中,的,的碳主,要,要以Fe,3,C形式,存,存在，,可,可以呈,片,片狀、,網(wǎng),網(wǎng)狀、,球,球狀、,粒,粒狀、,板,板條狀,等,等。,Fe,3,C,是鋼中,的,的強化,相,相，其,數(shù),數(shù)量、,形,形態(tài)、,大,大小、,分,分布對,鋼,鋼的性,能,能有很,大,大的影,響,響。,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,鐵碳合,金,金相圖,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,相圖上,的,的特性,點,點,：,相圖中,的,的J、C、S,為,為三個,重,重要的,點,點。,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,J為包,晶,晶點,。合金,在,在平衡,結,結晶過,程,程中冷,卻,卻到1495,C時,，,，B點,成,成分的,液,液相L,與,與H點,成,成分的,相發(fā),生,生包晶,反,反應，,生,生成J,點,點成分,的,的奧氏,體,體A。,包,包晶反,應,應在恒,溫,溫下進,行,行，反,應,應過程,中,中L、,、A,三,三相共,存,存。,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,C為共,晶,晶點,。合金,在,在平衡,結,結晶過,程,程溫度,冷,冷卻到1148,C時,，,，C點,成,成分的,液,液相L,發(fā),發(fā)生共,晶,晶反應,，,，生成E點成,分,分的奧,氏,氏體A,和,和F點,成,成分的,滲,滲碳體Fe,3,C。共,晶,晶反應,在,在恒溫,下,下進行,，,，反應,過,過程中L、A,、,、,Fe,3,C,三相共,存,存。,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,共晶反,應,應產(chǎn)物,為,為奧氏,體,體與共,晶,晶滲碳,體,體組成,的,的機械,混,混合物,，,，稱高,溫,溫萊氏,體,體L,d,。其形,態(tài),態(tài)為柱,狀,狀和粒,狀,狀的A,（,（室溫,時,時轉變,為,為珠光,體,體P）,分,分布在,滲,滲碳體,基,基體上,，,，所以,其,其性能,硬,硬而脆,，,，硬度,高,高，塑,性,性與韌,性,性幾乎,為,為0。,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,S為共,析,析點,。合金,在,在平衡,結,結晶過,程,程溫度,冷,冷卻到727,C時,，,，S點,成,成分的,奧,奧氏體A發(fā)生,共,共析反,應,應，生,成,成P點,成,成分的,鐵,鐵素體F和K,點,點成分,的,的滲碳,體,體Fe,3,C。共,析,析反應,在,在恒溫,下,下進行,，,，反應,過,過程中A、F,、,、,Fe,3,C,三相共,存,存。,工程材,料,料,鐵碳相圖,共析反應產(chǎn),物,物為鐵素體,與,與共析滲碳,體,體組成的機,械,械混合物，,稱,稱珠光體P,。其形態(tài)為,滲,滲碳體呈片,狀,狀分布在軟,而,而韌的鐵素,體,體的基體上,（,（放大倍數(shù),較,較高時），,放,放大倍數(shù)較,低,低時珠光體,呈,呈層片狀。,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳相圖中,的,的特性線,ABCD為液相線，AHJECF為固相線；,HJB為包晶線；ECF為共晶線；,PSK為共析線，,又,又稱A1線；,GS線是A中開,始,始析出F的,相,相變線，又,稱,稱A3線；,ES是碳在A中,的,的固溶線；PQ是碳在F中的固溶,線,線；,AHN和GPQ的左方分別,為,為單相和,單,單相區(qū)，NJESG包圍的是,區(qū),區(qū)。,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳相圖中,各,各主要點的,說,說明,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳合金在,平,平衡狀態(tài)下,的,的結晶過程,鐵碳合金相,圖,圖上的各種,合,合金，按其,含,含碳量和組,織,織特征，通,常,?？梢苑譃?三,三類：,工程材料,鐵碳相圖,共析鋼的結,晶,晶過程,合金為I的,共,共析鋼，冷,卻,卻到在1點,（,（即S點）,時,時，將發(fā)生,共,共析反應，A全部轉變,成,成珠光體P,，,，如下圖。,工程材料,鐵碳相圖,亞共析鋼的,結,結晶過程,合金為II,的,的亞共析鋼,，,，冷卻到在1點時，A,中,中開始析出,鐵,鐵素體F，,隨,隨著溫度的,降,降低，F(xiàn)成,分,分沿GP線,變,變化，剩余A成分沿GS線向低溫,方,方向變化。,當,當溫度冷到2點時，剩,余,余A成分達,到,到S點發(fā)生,共,共析轉變。,隨,隨著溫度繼,續(xù),續(xù)降低析出P。此時，,亞,亞共析鋼的,組,組織為F+P。,工程材料,鐵碳相圖,亞共析鋼的,組,組織,白色為F晶,粒,粒，黑色為P團。,工程材料,鐵碳相圖,過共析鋼的,結,結晶過程,合金為III的亞共析,鋼,鋼，冷卻到,在,在1點時，A中開始析,出,出網(wǎng)狀分布,的,的Fe,3,C，隨著溫,度,度的降低，,剩,剩余A成分,沿,沿ES線向,低,低溫方向變,化,化。當溫度,冷,冷到2點時,，,，剩余A成,分,分達到S點,發(fā),發(fā)生共析轉,變,變。隨著溫,度,度繼續(xù)降低,析,析出P。此,時,時，過共析,鋼,鋼的組織為Fe,3,C+P。,工程材料,鐵碳相圖,過共析鋼的,組,組織,白色為網(wǎng)狀,的,的Fe,3,C，黑色為P團。,工程材料,鐵碳相圖,共晶白口鑄,鐵,鐵的結晶過,程,程,合金為（5,）,）的白口鑄,鐵,鐵冷卻到在1點時，形,成,成高溫萊氏,體,體L,d,，隨著溫度,的,的降低，其,中,中的奧氏體,含,含碳量沿ES線逐漸減,少,少并析出Fe,3,C，當碳含,量,量減少到S,點,點發(fā)生共析,反,反應。A轉,變,變成P。此,時,時，其組織,為,為,L,d,，即,P+Fe,3,C,II,+,Fe,3,C，,稱為低溫萊,氏,氏體。,工程材料,鐵碳相圖,共晶白口鑄,鐵,鐵的結晶過,程,程示意圖,共晶白口鑄,鐵,鐵顯微組織,工程材料,鐵碳相圖,碳對鐵碳平,衡,衡組織和性,能,能的影響,鐵碳合金的,室,室溫組織均,由,由鐵素體F,和,和滲碳體Fe,3,C組成。隨,著,著碳含量的,增,增加，鐵碳,合,合金的室溫,組,組織發(fā)生如,下,下變化：,工程材料,鐵碳相圖,鐵碳合金成,分,分與組織的,關,關系,工程材料,鐵碳相圖,碳含量對鐵,碳,碳合金力學,性,性能的影響,隨著碳含量,的,的增加，1,）,）合金的韌,性,性和塑性下,降,降，但是韌,性,性下降更快,；,；2）硬度,增,增加；3）,以,以鐵素體為,基,基體，滲碳,體,體為強化相,時,時強度增加,，,，反之則強,度,度下降。,工程材料,鐵碳相圖,碳含量對鐵,碳,碳合金工藝,性,性能的影響,切削加工性,：低碳鋼中,，,，容易粘刀,；,；高碳鋼硬,度,度高容易磨,損,損刀具；中,碳,碳鋼鐵素體,和,和滲碳體比,例,例合適，容,易,易切削加工,。,。,鍛造工藝性,：隨著碳含,量,量的增加，,可,可鍛性逐漸,變,變差。,鑄造性,：隨碳增加,，,，流動性好,；,；收縮率大,；,；偏析嚴重,。,。,焊接性,：碳含量越,高,高，焊接性,越,越差。,