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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),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(jié),結(jié)晶過程,中,中，各相,的,的成分及,其,其相對(duì)質(zhì),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(duì),對(duì)質(zhì)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(shí),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(shí)兩,平,平衡相的,成,成分，沿t,1,作水平線,，,

2、，與液、,固,固相線交,點(diǎn),點(diǎn)為a、b。a、b分別對(duì),應(yīng),應(yīng)的C,L,、C,a,即為液相,的,的成分和,已,已結(jié)晶固,相,相的成分,。,。,工程材料,鐵碳相圖,兩平衡相,的,的相對(duì)質(zhì),量,量,設(shè)合金I,的,的總質(zhì)量,為,為1，液,相,相的質(zhì)量,為,為W,L,固相的,質(zhì),質(zhì)量為W,a,，則：,W,L,+W,a,=1,合金1中,的,的Ni的,總,總質(zhì)量應(yīng),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(gè),個(gè)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(diǎn)r看作杠,桿,桿的支點(diǎn)

3、,，,，將W,L,和W,a,看作作用,在,在a和b,上,上的力，,按,按照力學(xué),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(dá),達(dá),要求合金,在,在某溫度,時(shí),時(shí)的兩平,衡,衡相的相,對(duì),對(duì)質(zhì)量，,可,可在該合,金,金成分的,垂,垂直線上,，,，沿該溫,度,度坐標(biāo)點(diǎn),畫,畫一水平,杠,杠桿與該,兩,兩相區(qū)的,邊,邊界相交,，,，其交點(diǎn),在,在橫坐標(biāo),上,上的投影,就,就是兩平,衡,衡相的成,分,分。此時(shí),兩,兩交點(diǎn)內(nèi),的,的水平線,被,被合金的,成,成分分為,兩,兩個(gè)線段,，,，兩相的,重,重量比與,這,

4、這兩線段,的,的長(zhǎng)度成,反,反比。,應(yīng)當(dāng)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(guān),系,系及其變,化,化規(guī)律的基本工,具,具。,當(dāng)碳含量,大,大于6.69%（Fe,3,C的碳含,量,量）時(shí)，,鐵,鐵碳合金,性,性能很差,，,，沒有實(shí),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(jié),構(gòu),構(gòu),純鐵,：一般指含0.10.2%,雜,雜質(zhì)的工,業(yè),業(yè)純鐵，,其,其基本性

5、,能,能是塑性好、,強(qiáng),強(qiáng)度、硬,度,度低，通,常,常不用做,結(jié),結(jié)構(gòu)材料。,通常向鐵,中,中加入碳,改,改善其性,能,能，是強(qiáng),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(jié)構(gòu),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(shí)溶碳最,大,大（0.09%）,。,。,鐵素體相,（,（F）,：碳在,

6、-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(dá),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(shí)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(shí)為0.77%，在1148,C,時(shí)達(dá)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

7、熱成型,時(shí),時(shí)較佳的,組,組織相。,奧氏體比容最小,，,，發(fā)生相變,時(shí),時(shí)體積會(huì),發(fā),發(fā)生膨脹,，,，產(chǎn)生內(nèi),應(yīng),應(yīng)力。,工程材料,鐵碳相圖,滲碳體（Fe,3,C）相,：具有復(fù)雜,晶,晶格的間,隙,隙化合物,。性能,特,特點(diǎn)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(qiáng)化,相,相，其,數(shù),數(shù)量、,形,形態(tài)、,大,大小、,分,分布對(duì),鋼,鋼的性,能,能有很,大,大的影,響

8、,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(diǎn),點(diǎn),：,相圖中,的,的J、C、S,為,為三個(gè),重,重要的,點(diǎn),點(diǎn)。,工程材,料,料,鐵碳相,圖,圖,J為包,晶,晶點(diǎn),。合金,在,在平衡,結(jié),結(jié)晶過,程,程中冷,卻,卻到1495,C時(shí),，,，B點(diǎn),成,成分的,液,液相L,與,與H點(diǎn),成,成分的,相發(fā),生,生包晶,反,反應(yīng)，,生,生成J,點(diǎn),點(diǎn)成分,的,的奧氏,體,體A。,包,包晶反,應(yīng),應(yīng)在恒,溫,溫下進(jìn),行,行，反,應(yīng),應(yīng)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(diǎn),。合金,在

9、,在平衡,結(jié),結(jié)晶過,程,程溫度,冷,冷卻到1148,C時(shí),，,，C點(diǎn),成,成分的,液,液相L,發(fā),發(fā)生共,晶,晶反應(yīng),，,，生成E點(diǎn)成,分,分的奧,氏,氏體A,和,和F點(diǎn),成,成分的,滲,滲碳體Fe,3,C。共,晶,晶反應(yīng),在,在恒溫,下,下進(jìn)行,，,，反應(yīng),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(yīng),應(yīng)產(chǎn)物,為,為奧氏,體,體與共,晶,晶滲碳,體,體組成,的,的機(jī)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(shí),時(shí)轉(zhuǎn)變,為,為珠光,體,體P）,分,分布在,滲,滲碳體,基

10、,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(diǎn),。合金,在,在平衡,結(jié),結(jié)晶過,程,程溫度,冷,冷卻到727,C時(shí),，,，S點(diǎn),成,成分的,奧,奧氏體A發(fā)生,共,共析反,應(yīng),應(yīng)，生,成,成P點(diǎn),成,成分的,鐵,鐵素體F和K,點(diǎn),點(diǎn)成分,的,的滲碳,體,體Fe,3,C。共,析,析反應(yīng),在,在恒溫,下,下進(jìn)行,，,，反應(yīng),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(yīng)產(chǎn),物,物為鐵素體,與,與共析滲碳,體,體組成的機(jī),械,械混合物，,稱,稱珠光體

11、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(shí)），,放,放大倍數(shù)較,低,低時(shí)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(diǎn)的,說,說明,工程材料,鐵碳相

12、圖,鐵碳合金在,平,平衡狀態(tài)下,的,的結(jié)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(jié),晶,晶過程,合金為I的,共,共析鋼，冷,卻,卻到在1點(diǎn),（,（即S點(diǎn)）,時(shí),時(shí)，將發(fā)生,共,共析反應(yīng)，A全部轉(zhuǎn)變,成,成珠光體P,，,，如下圖。,工程材料,鐵碳相圖,亞共析鋼的,結(jié),結(jié)晶過程,合金為II,的,的亞共析鋼,，,，冷卻到在1點(diǎn)時(shí)，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(dāng),當(dāng)溫度冷到2點(diǎn)時(shí)，剩,余,余A成分

13、達(dá),到,到S點(diǎn)發(fā)生,共,共析轉(zhuǎn)變。,隨,隨著溫度繼,續(xù),續(xù)降低析出P。此時(shí)，,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(tuán)。,工程材料,鐵碳相圖,過共析鋼的,結(jié),結(jié)晶過程,合金為III的亞共析,鋼,鋼，冷卻到,在,在1點(diǎn)時(shí)，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(dāng)溫度,冷,冷到2點(diǎn)時(shí),，,，剩余A成,分,分達(dá)到S點(diǎn),發(fā),發(fā)生共析轉(zhuǎn),變,變。隨著溫,度,度繼續(xù)降低,析,析出P。此,時(shí),時(shí)，過共析,鋼,鋼的組織為Fe,3,C+P。,工程材料,鐵碳

14、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(tuán)。,工程材料,鐵碳相圖,共晶白口鑄,鐵,鐵的結(jié)晶過,程,程,合金為（5,）,）的白口鑄,鐵,鐵冷卻到在1點(diǎn)時(shí)，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(dāng)碳含,量,量減少到S,點(diǎn),點(diǎn)發(fā)生共析,反,反應(yīng)。A轉(zhuǎn),變,變成P。此,時(shí),時(shí)，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(jié)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

15、對(duì)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(guān),關(guān)系,工程材料,鐵碳相圖,碳含量對(duì)鐵,碳,碳合金力學(xué),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(qiáng)化相,時(shí),時(shí)強(qiáng)度增加,，,，反之則強(qiáng),度,度下降。,工程材料,鐵碳相圖,碳含量對(duì)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(dòng)性好,；,；收縮率大,；,；偏析嚴(yán)重,。,。,焊接性,：碳含量越,高,高，焊接性,越,越差。,