工程材料学--铁碳合金 ppt课件
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铁碳合金优秀课件
研究 Fe -Fe3C 为主
铁碳合金中的C 有两种存在形式：渗碳体Fe3C 和石墨
∴铁碳相图存在 Fe -Fe3C 和 Fe –石墨两种形式
11.12.2020
3
1.铁碳合金基本相和组织
1.1、基本相 1）纯铁 铁具有典型的同素异构转变 TmFe =1538℃
1394℃
912℃
δ-Fe
γ-Fe
α-Fe
21
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
11.12.2020
22
亚共晶白口铁组织金相图
黑色树枝状：珠光体
树枝状P体周围的白色网状物：二次渗碳体 黑白相间的混合物：低温莱氏体
11.12.2020
23
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
11.12.2020
24
过共晶白口铁组织金相图
白色条状：一次渗碳体
其余：珠光体
11.12.2020
25
标注了组织组成物的相图
11.12.2020
26
组织组成物: F ; P
杠杆定律
0.77-0.45
F=
100%=43%
0.77-0.02
0.02
0.02 0.45 0.77
6.67
P=
100% = 57%
0.77-0.02 相组成物: F ; Fe3C
小结
杠杆定律
三、应用(Application)
11.12.2020
2
简介 铁碳合金— 碳钢和铸铁 使用最广泛的金属材料。 铁与碳两个组元可形成的化合物：
Fe3C (wC=6.67%) , Fe2C, FeC
工业纯铁： wC ≤ 0.0218 % 碳钢：0.0218 %< wC ≤ 2.11% 铸铁：2.11% < wC ≤ 6.67%
铁碳合金的结构及其相图.pptx
D 1
2 F 3K
4 Fe3C
第36页/共44页
➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
第38页/共44页
温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
第25页/共44页
过共析钢的结晶过程
第26页/共44页
➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
第29页/共44页
➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
第30页/共44页
度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
第42页/共44页
⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
2 F 3K
4 Fe3C
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➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
第38页/共44页
温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
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过共析钢的结晶过程
第26页/共44页
➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
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➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
第30页/共44页
度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
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⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
金属材料与热处理第五章-铁-碳-合-金ppt课件
改变。
29
图5-21 铁碳合金组织、性能与成分的对应关系
30
五、铁碳相图的应用
铁碳相图从客观上反映了钢铁材料的组织随 化学成分和温度变化的规律, 因此,在工程上为选材 及制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工 艺提供了重要的理论依据。
1.在选材方面的应用
31
铁碳相图揭示了合金的性能与成分之间的关系,为合理 选择材料提供了依据。 2.在制定热加工工艺方面的应用
AC线和DC线为液相线,铁碳合金在液相线温度以上处于 液态,用符号L表示。
11
表5- 1 Fe-Fe3C相图中的特性点
12
表5-2 Fe-Fe3C相图中的特性线
13
3.相图中各相区分析 Fe-Fe3C相图中各相区的相组分见表5-3。
14
表5-4 铁碳合金的分类
二、铁碳合金的分类 在Fe-Fe3C相图中,按碳的质量分数和室温平衡组织
碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号 F表示。
5
6
图5-5 渗碳体的晶体结构示意图
7
二、奥氏体
碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏 体,用符号A表示。 三、渗碳体
渗碳体的分子式为Fe3C,它是一种具有复杂 晶体结构的金属化合物,其晶体结构如图5-5所示。
8
第二节 铁 碳 相 图 Fe-Fe3C相图是指在极其缓慢的冷却条件下,
44
5.叙述铁碳合金的平衡组织、性能随碳的质量分数变化的规
律。
6.为什么铸铁适于铸造成形,而钢适于压力加工成形?
45
42
8.铁碳相图有哪几个方面的应用?
练习题 1.现有三种铁碳合金,一种合金的显微组织中珠光体量占80 %,铁素体量占20%;第二种合金的显微组织中全部为珠光体; 第三种合金的显微组织中珠光体量占95%,二次渗碳体量占5 %。问这三种合金各属于哪一类合金?其碳的质量分数各是 多少?
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图5-21 铁碳合金组织、性能与成分的对应关系
30
五、铁碳相图的应用
铁碳相图从客观上反映了钢铁材料的组织随 化学成分和温度变化的规律, 因此,在工程上为选材 及制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工 艺提供了重要的理论依据。
1.在选材方面的应用
31
铁碳相图揭示了合金的性能与成分之间的关系,为合理 选择材料提供了依据。 2.在制定热加工工艺方面的应用
AC线和DC线为液相线,铁碳合金在液相线温度以上处于 液态,用符号L表示。
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表5- 1 Fe-Fe3C相图中的特性点
12
表5-2 Fe-Fe3C相图中的特性线
13
3.相图中各相区分析 Fe-Fe3C相图中各相区的相组分见表5-3。
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表5-4 铁碳合金的分类
二、铁碳合金的分类 在Fe-Fe3C相图中,按碳的质量分数和室温平衡组织
碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号 F表示。
5
6
图5-5 渗碳体的晶体结构示意图
7
二、奥氏体
碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏 体,用符号A表示。 三、渗碳体
渗碳体的分子式为Fe3C,它是一种具有复杂 晶体结构的金属化合物,其晶体结构如图5-5所示。
8
第二节 铁 碳 相 图 Fe-Fe3C相图是指在极其缓慢的冷却条件下,
44
5.叙述铁碳合金的平衡组织、性能随碳的质量分数变化的规
律。
6.为什么铸铁适于铸造成形,而钢适于压力加工成形?
45
42
8.铁碳相图有哪几个方面的应用?
练习题 1.现有三种铁碳合金,一种合金的显微组织中珠光体量占80 %,铁素体量占20%;第二种合金的显微组织中全部为珠光体; 第三种合金的显微组织中珠光体量占95%,二次渗碳体量占5 %。问这三种合金各属于哪一类合金?其碳的质量分数各是 多少?
金属材料与制造工艺--铁碳合金 ppt课件
ppt课件
9
第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 1、建立Fe-Fe3C相图:采用热分析方法。
ppt课件
10
第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 2、Fe-Fe3C相图简介
ppt课件
11
第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 2、Fe-Fe3C相图简介
①主要特性点
铁
碳
钢
合
0.02﹪﹤wc﹤2.11﹪
金
白口铸铁 2.11﹪﹤wc﹤6.69﹪
亚共析钢 0.02﹪﹤wc﹤0.77﹪
共析钢 wc= 0.77﹪ 过共析钢 0.77﹪﹤wc﹤2.11﹪
亚共晶白口铸铁 2.11﹪﹤wc﹤4.3﹪
共晶白口铸铁 wc= 4.3﹪
过共晶白口铸铁 4.3﹪﹤wc﹤6.69﹪
ppt课件
16
典型铁碳合金结晶过程分析
P39简答题五 1、0.4﹪wc、1.2﹪wc铁碳合金从液态冷至室温结晶过程。
ppt课件
17
典型铁碳合金结晶过程分析
P39简答题五 ①0.4﹪wc铁碳合金结晶过程。
亚共析钢组织转变过程示意图
ppt课件
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典型铁碳合金结晶过程分析
P39简答题五 ①0.4﹪wc铁碳合金结晶过程。 室温组织
ppt课件
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第二节 铁碳合金状态图
一、Fe-Fe3C相图分析 3、共晶转变、共析转变
①共晶转变:合金在一定条件(温度、成分),由液体中同时 结晶出两种不同晶体,形成一种特殊的共晶体组织转变。
即: L4.3%C 11480 CLd4.3%C A2.11%C Fe3C6.69%C
A0.77%C 7270 CP0.77%C F0.02%C Fe3C6.69%C
铁碳合金基本组织.pptx
第三节 铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各
不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机 器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁 素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
第7页/共7页
第3章 铁碳合金
第2页/共7页
第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 2、几个概念
纯铁
共析钢 钢
共晶白口铸铁 铸铁
钢 亚共析钢
铸铁 过共析
亚共晶白口铸点
A点：纯铁的熔点
1538℃
C点：共晶点
1148℃
D点：渗碳体的熔点
1227℃
S点：共析点
727℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃
E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃
P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃
Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
第4页/共7页
第3章 铁碳合金
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至 此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加 热至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇 注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面， 可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化， 可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各
不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机 器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁 素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
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第3章 铁碳合金
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第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 2、几个概念
纯铁
共析钢 钢
共晶白口铸铁 铸铁
钢 亚共析钢
铸铁 过共析
亚共晶白口铸点
A点：纯铁的熔点
1538℃
C点：共晶点
1148℃
D点：渗碳体的熔点
1227℃
S点：共析点
727℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃
E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃
P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃
Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
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第3章 铁碳合金
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至 此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加 热至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇 注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面， 可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化， 可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
铁碳合金及碳钢教学课件PPT
成物相
对量% 0
三次渗碳体
相组成 100 物相对 量% 0
珠光体
二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
碳质量分数对力学性能的影响
铁碳合金相图的应用
➢在选材方面的应用 ➢在铸造方面的应用 ➢在可锻性方面的应用 ➢在焊接方面的应用
第五节 碳素钢
碳质量分数大于0.0218%小于2.11%， 且不含有特意加入合金元素的铁碳合 金，称为碳素钢简称碳钢。
第3章 铁碳合金及碳钢
第一节 铁碳合金的组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 铁碳合金的分类 第四节 典型铁碳合金的结晶过程 第五节 碳素钢
第一节 铁碳合金的组织--铁素体
碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体, 用符号α或F表示。
铁素体的胞晶
铁素体的显微组织
强度和硬度低，而塑性和韧性好。
第一节 铁碳合金的组织--奥氏体 碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体， 用符号γ或A表示。
四、Fe-Fe3C相图中的相区
➢Fe-Fe3C相图中的四个单相区： ACD线以上是液相区； AESG为奥氏体区（γ或A）； GPQG为铁素体区（α或F）； DFKL为渗碳体区（Fe3C）。
四、Fe-Fe3C相图中的相区 ➢Fe-Fe3C相图中的五个两相区
L+A两相区； L+ Fe3C两相区； A+ Fe3C两相区； A+F两相区及F+ Fe3C两相区。
A点： 纯铁的熔点，1538℃。 D点： 渗碳体的熔点，1227℃。 G点： 铁的同素异构转变点 。 E点： 碳在γ-Fe中最大溶解度点。 P点： 碳在α-Fe中最大溶解度点。
二、Fe－Fe3C相图中主要点的意义
铁碳合金-PPT课件
工程材料导论
第2章 铁碳合金
2.1 金属及合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图及其应用 2.3 常用的金属材料及选用
铁碳合金是最重要的工程材料，钢 和铸铁是制造机器设备的主要金属 材料，在工业生产中占主导地位。 与其它材料相比，其资源广泛、冶 炼方便、价格低廉、性能优越。 金属材料铁碳合金是以铁、碳为主 要组元组成的合金。
教学要求：了解金属的晶体结构
、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭 及合金的相结构。
本章重点
金属及合金的晶体结构和结晶特点。 铁碳合金的基本组织 二元合金状态图分析
作业：
P30: 2.2; 2.7
11/12/2019
铁碳合金
2 .1 金属及合金的晶体结构
•要了解钢和铸铁的本质，首先必须了解纯铁的晶体结构。金属的内部 结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。金属在固态下通 常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点，是 零件设计时合理选材的根本依据。
11/12/2019
两种反应
2 、共析反应
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的 温度下同时结晶出两种成分和 结构均不相同的固相的反应。
1148 ℃
A2.11%c
一定成分的固相在一定的 温度下同时析出两种成分和 结构均不相同的新的固相的 反应。
727 ℃
F0.02%c+Fe3C6.69%c
L 4.3%c
结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。
纯金属的理想（非理想）状态冷却曲线，合金的结晶冷却曲线 金属的结晶过程 晶核长大方式：树枝状方式；晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。细化晶粒
的方法？ 金属（铁）的同素异构转变：1538℃ －1394℃ －912℃ －室温 合金：由两种或两种以上的元素通过熔炼后所获得的新的物质仍然具有金属特性。
第2章 铁碳合金
2.1 金属及合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图及其应用 2.3 常用的金属材料及选用
铁碳合金是最重要的工程材料，钢 和铸铁是制造机器设备的主要金属 材料，在工业生产中占主导地位。 与其它材料相比，其资源广泛、冶 炼方便、价格低廉、性能优越。 金属材料铁碳合金是以铁、碳为主 要组元组成的合金。
教学要求：了解金属的晶体结构
、晶体缺陷、纯金属的结晶与铸锭 及合金的相结构。
本章重点
金属及合金的晶体结构和结晶特点。 铁碳合金的基本组织 二元合金状态图分析
作业：
P30: 2.2; 2.7
11/12/2019
铁碳合金
2 .1 金属及合金的晶体结构
•要了解钢和铸铁的本质，首先必须了解纯铁的晶体结构。金属的内部 结构和组织状态是决定金属材料性能的一个重要因素。金属在固态下通 常都是晶体，了解和掌握金属的晶体结构、结晶过程及其组织特点，是 零件设计时合理选材的根本依据。
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两种反应
2 、共析反应
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的 温度下同时结晶出两种成分和 结构均不相同的固相的反应。
1148 ℃
A2.11%c
一定成分的固相在一定的 温度下同时析出两种成分和 结构均不相同的新的固相的 反应。
727 ℃
F0.02%c+Fe3C6.69%c
L 4.3%c
结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。
纯金属的理想（非理想）状态冷却曲线，合金的结晶冷却曲线 金属的结晶过程 晶核长大方式：树枝状方式；晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。细化晶粒
的方法？ 金属（铁）的同素异构转变：1538℃ －1394℃ －912℃ －室温 合金：由两种或两种以上的元素通过熔炼后所获得的新的物质仍然具有金属特性。
铁碳合金PPT介绍
第二章 铁碳合金
• 什么是铁碳合金？ 以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大
于 95%。
• 学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图 4.工业用钢
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
【重点内容】
1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规 律及其影响因素。
Ld+Fe3CІ 727
S
K
F
F+P P Fe3CⅡ+P
Ld’
Ld’+Fe3CⅡ+P
Ld’+Fe3CІ
Q0
0.77
Fe
2.11
4.3
wC/%→
6.69
Fe3C
Fe-Fe3C状态图
3．特性线：
温度/℃→
1538
A
1227 ① ACD线—液相线
D ② AECF线—固相线
L
L+ A
F 1148L+Fe3CІ
5.铁碳合金的分类
工业纯铁：C%<0.0218 共析钢：C%=0.77 亚共析钢：
0.0218<C%<0.77 过共析钢：
0.77<C%<=2.11 共晶白口铁：C%=4.3 亚共晶白口铁：
2.11<C%<4.3 过共晶白口铁：
4.3<C%<6.69
三、钢在结晶过程中的组织转变
共析钢(І)：L→L+A→A→P 亚共析钢(Ⅱ)：L→L+A→A→A+F→P+F 过共析钢(Ⅲ)： L→L+A→A→A+Fe3CⅡ →P+Fe3CⅡ 共晶白口铁：L→Ld→Ld’ 亚共晶白口铁： L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ
• 什么是铁碳合金？ 以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大
于 95%。
• 学习内容 1.纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金状态图 4.工业用钢
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
【重点内容】
1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规 律及其影响因素。
Ld+Fe3CІ 727
S
K
F
F+P P Fe3CⅡ+P
Ld’
Ld’+Fe3CⅡ+P
Ld’+Fe3CІ
Q0
0.77
Fe
2.11
4.3
wC/%→
6.69
Fe3C
Fe-Fe3C状态图
3．特性线：
温度/℃→
1538
A
1227 ① ACD线—液相线
D ② AECF线—固相线
L
L+ A
F 1148L+Fe3CІ
5.铁碳合金的分类
工业纯铁：C%<0.0218 共析钢：C%=0.77 亚共析钢：
0.0218<C%<0.77 过共析钢：
0.77<C%<=2.11 共晶白口铁：C%=4.3 亚共晶白口铁：
2.11<C%<4.3 过共晶白口铁：
4.3<C%<6.69
三、钢在结晶过程中的组织转变
共析钢(І)：L→L+A→A→P 亚共析钢(Ⅱ)：L→L+A→A→A+F→P+F 过共析钢(Ⅲ)： L→L+A→A→A+Fe3CⅡ →P+Fe3CⅡ 共晶白口铁：L→Ld→Ld’ 亚共晶白口铁： L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ
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5个单相区
δ、A、F、L、 Fe3C
7个双相区
L+δ、δ+A、
L+A、L+Fe3C、
A+Fe3C、A+F
F+Fe3C
ppt课件
16
典型合金的平衡结晶过程
工业纯铁 w（C)≤0.0218% 钢 w（C)={0.0218-2.11%} 白口铁
亚共析钢（0.0218-0.77%） 共析钢（0.77%） 过共析钢（0.77-0.211%）
亚共晶白口铁（2.11-4.3%）
w（C)={2.11-6.99%} 共晶白口铁（4.3%）
过共晶白口铁（4.3-6.69%）
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含碳0.01%的工业纯铁室温下的微观显微图
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珠光体室温下的微观显微图
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亚共析钢的结晶过程
30MPa 0% 0% 800HB
特点：强度低、硬度高，朔性几乎没有
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三、Fe-Fe3C相图中的相
单相区有L、δ、A、F和 Fe3C
F的定义
碳在α-Fe中形成的间隙固 溶体（用F表示）
F为体心立方结构
室温时和纯铁的机械性 能相近，位于相图的 GPQG区
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奥氏体
A的定义
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普碳钢的编号和用途
普碳钢
含碳量（0.06-0.38%），通常不用进行热处理， 在热轧状态下直接使用的钢。 主要用于建筑、桥梁、船舶、车辆等工程构件和普 通机械零件
工程材料学 铁碳合金
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第1讲 铁碳合金
一、铁碳合金中的铁碳相图
什么是铁碳相图
它是研究平衡条 件下铁碳合金的 成分、温度和组 织相之间的关系 及其变化关系的 图形。
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
三条特征线
ES线：碳在A中的 固溶线（用Acm表 示）
PQ线：碳在F中的 固溶线
GS线：A开始析出 F或F开始熔入A的 转变线
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两条磁性转变线
MO线（770℃）
α-Fe（铁磁）
α-Fe（顺磁）
UV线（230℃）
Fe3C（铁磁） Fe3C（顺磁）
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相图中的面
碳在γ-Fe当中的形成的间隙式固溶体 （用A表示）
A实体的结构
面心立方结构
A性能
一般在高温条件存在的相，
强度和硬度不高，朔性好
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高温铁素体
定义
碳在δ-Fe当中的形成的间隙式固溶体 （用δ表示）
结构
体心立方结构
A性能
一般在高温条件存在的相，
强度和硬度不高，朔性好
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液相和渗碳体
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二、按照质量
普通碳素钢
S%≤0.055%，P%≤0.045%
优质碳素钢
S、P%≤0.04%
高优碳素钢
S%≤0.03%，P%≤0.035%
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三、按照用途
碳素结构钢
主要用于制造各种工程结构和零件，一般为 低碳或中碳钢
碳素工具钢
主要用于制作各种刀具、模具和量具，一般 属于高碳钢
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碳钢的分类
一、按照含碳量
低碳钢
含碳量（≤0.25%）塑性和韧性较好
中碳钢
含碳量（0.3-0.55%），强度、塑性、韧性都适中。 中碳钢F和Fe3C比例适中，硬度适中，切削性能较好
高碳钢
含碳量（≥0.6%），硬度高、耐磨性好 高碳钢Fe3C多，硬度高，刀具易磨损，切削性能差
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ23
不同碳含量下的亚共析钢的微观显微图
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过共析钢的结晶过程
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过共析钢室温下的光学形貌图
a)4%的硝酸+酒精蚀刻（P为黑色块体，Fe3C为白色网状） ppt课件 b)碱性苦味酸蚀刻（p为白色26 块体，Fe3C为黑色网状）
共晶白口铁的结晶过程
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共晶白口铁的显微组织
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二、渗碳体
Fe3C是复杂的间隙化合物合， 含碳6.69%，属于正交晶系
室温下铁碳合金中的C一般
以Fe3C形式存在于组织中。 高温下长时间保温会分解
Fe3C
Fe+C（石墨）
存在磁性转变
Fe3C（铁磁） Fe3C（顺磁）
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渗碳体的机械性能
抗拉强度极限(σ b) 延伸率（δ） 断面收缩率（ψ） 硬度
对切削加工性能的影响
低碳钢F多，易沾刀，影响表面粗糙度 高碳钢Fe3C多，硬度高，刀具易磨损，切削性能差 中碳钢F和Fe3C比例适中，硬度适中，切削性能较好
对可锻性能的影响
钢可加热到奥氏体区进行锻造，可锻造性较好，白口 铁以Fe3C为基体，不可锻造
对铸造性能的影响
共晶合金在恒温下可以结晶，其铸造性能最好
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亚共晶白口铁的结晶过程
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亚共晶白口铁的显微组织
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过共晶白口铁的结晶过程
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过共晶白口铁的显微组织
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含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响
工业纯铁 w（C)≤0.0218% 钢 w（C)={0.0218-2.11%} 白口铁
亚共析钢（0.0218-0.77%） 共析钢（0.77%） 过共析钢（0.77-0.211%）
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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二、纯铁的机械性能
抗拉强度极限(σ b) 抗拉屈服极限(σ) 延伸率（δ） 断面收缩率（ψ） 硬度
176-274MPa 98-166MPa 30-50% 70-80% 50-80
特点：强度、硬度低，朔性高
液相 在液相线ABCD线以上的区域，由铁
和碳形成的均匀液体（用L表示） 渗碳体 既是组元又是合金的组成相，相图中
的DFKL可以看做是它的单相区（用 Cm表示）
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相图中的点和线
液相线：ABCF（此线以上皆为液相） 固相线：AHJEF（此线以下皆为固相） ppt课件 三条重要转变线：HJ13B、ECF、PSK
亚共晶钢（2.11-4.3%）
w（C)={2.11-6.99%} 共晶钢（4.3%）
过共晶钢（4.3-6.69%）
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碳含量对机械性能的影响
钢
随着C含量的增加， 硬度增加，强度现增 加后减小
白口铁
随着C含量的增加，硬 度增加，强度和韧性 显著减小
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碳含量对工艺性能的影响