北京化工大学：《工程材料》课程电子教案（PPT教学课件）第二章 金属材料组织和性能的控制3/6

本次课内容 2.2合金的结晶 ☆ 2.2.3铁碳合金的结晶 1、铁碳相图 2、合金的平衡结晶过程 3、铁碳合金的成分一组织-性能关系 4、F。F。3C合金相图的应用

本次课内容 2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 1、铁碳相图 2、合金的平衡结晶过程 3、铁碳合金的成分-组织-性能关系 4、Fe-Fe3C合金相图的应用

2.2合金的结晶 2.2.3铁碳合金(iron-carbon alloys)的结晶 Fe3C Fe2C F。C 脆性大，无实用价值 Fo 6.69 W(c)/%

2.2 合金的结晶 Fe W(c)/% C Fe3C Fe2C FeC 脆性大，无实用价值 6.69 2.2.3 铁碳合金(iron-carbon alloys)的结晶

Carbon,at.% 0 10 20 30 3000 ■ 2880°C G Pra=1 atm Solubility of graphite in liquid Fe boiling point 2500 2420°C Pre=0.1 atm Iron-cementite 20002083C PFe=0.01 atm equilibria -Iron-graphite Solubility of carbon 6Fe equilibria -----Curie temperature 1538° 1500 11495 C of ferrite 一。一 Uncertain region 1394 2.08 12270C of cementite(fe,C】 (yFe) 1154C 4.26 Austenite 111489C 4.30 6.89 1000 9120C 2.11 738°C 770 Solubility of carbon in austenite 0.77 727◆C 0.88 500 (afe】 FeaC Ferrite 230°C Fe22C Solubility of carbon in ferrite 2 3 4 5 6 10 11 12 Carbon,wt% Fig.1 Phase diagram for the binary Fe-C system.Source:Ref 1

7条温度线 7条成分线

538 L+8 表22FeC相图中各点的温度、碳质量分数及含义 1500 B1495 计Y 符 温度/心 碳质量分数/% 含义 140 0.1入 0.53 A 1538 0 1394 纯铁的熔点 1300 L+Fe3C1227 L+Y B 1495 0.53 包晶转变时液态合金的成分 1200 C 1148 430 共晶点L曰A+FeC 1100 E 1148 1000 2.11 4.3 1227 6,69 FeC的熔点 912 1148 2,1 碳在YFe中的最大溶解度 Y+FeaC 800 1148 6.69 FeC的成分 700 0.77 727 FegC G 912 0 -Fe三斗Fe同素异构转变点(A,) 0.0218 H 1495 0.09 碳在Fe中的最大溶解度 14个点 J 1495 0.17 包晶点LB十g三A 400 a叶Fe3C K 127 6.69 300 FeC的成分 N 1394 0 200 Fe三rFe同素异构转变点(A) 100 注意6-Fe与δ相的区别 727 0.0218 碳在c-Fe中的最大溶解度 0 127 0.7 共析点(A)A三f,+FeC Fe 3 4 6 669 w(C)/%→ Q 600 0.0057 600C(或室温)时碳在crPe中的溶解度 (室温) (0.0008) 图2-29FeFC相图

注意δ-Fe与δ相的区别 14个点

2.2合金的结晶 2.2.3铁碳合金的结晶 (1)铁碳合金的组元 1、铁碳相图 (2)铁碳合金中的相 EI A 1500 10 0.53 1300 Fe3C 1200 L+Y D 1100 1148 法日■ 1000 2.11 4.3 Fe(F) Fe,C 900 Y+FeaC 800 抗拉强度 180-230MPa 0 700 0.77 Q0.0218 727 Fe3C 断后伸长率 30-50% 600 50g 断面收缩率 70-80% 0 400 30 a+Fe3C 冲击韧度 1600- 0 200 2000KJ/m2 100 硬度 50-80HB 800HB 6.69 w(C)/% 6 Fe3C相 图2-29FeFe,C相图

2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 1、铁碳相图 (1) 铁碳合金的组元 (2) 铁碳合金中的相  Fe3C  F e   相  液相L  相  相  Fe3C相 Fe（F） Fe3C 抗拉强度 180-230MPa 0 断后伸长率 30-50% 0 断面收缩率 70-80% 0 冲击韧度 1600- 2000KJ/m2 0 硬度 50-80HB 800HB

2.2合金的结晶 2.2.3铁碳合金的结晶 J点为包晶点 ② C点为共晶点 1、铁碳相图 S点为共析点 (3)相图中重要的点 0 ABCD为液相线 (4)相图中重要的线 AHJECF为固相线 t 1400 0.53 HJB为包晶反应线 1300 1394 1227 120 L+Y 1100 E1148 ECF为共晶反应线 100g 2.11 904 12 PSK共析反应线，A1线 727 60 GS线，通常称A线 a+FeaC 200 100 ⑦ ES线，称为A线 4 w(c)/%- 图2-29 Fe-Fe,C相图 ®PQ线是碳在F中固溶线

2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 1、铁碳相图 (3) 相图中重要的点 (4) 相图中重要的线  J点为包晶点  C点为共晶点  S点为共析点  ABCD为液相线  AHJECF为固相线  HJB为包晶反应线  ECF为共晶反应线  PSK共析反应线，A1线  GS线，通常称A3线  ES线，称为Acm线  PQ线是碳在F中固溶线

2.2合金的结晶 2.2.3铁碳合金的结晶 2、合金的平衡 (equilibrium)结晶过程 Industrial pure iron 538 1500 1495 Hypoeutectoid 148o0 0,53 1300 steel L ++Fe3C 1227 1200 L十Y Eutectoid steel 1100 E1148 1000 2-11 Hypereutectoid 900 91 y+Fe3C steel 800 700 727 Hypoeutectic 600 white cast iron 500 400 300 a+Fe3C Eutectic 200 white cast iron 100 Hypereutectic 2 .5 6.69 w(C)/6 white cast iron 图2-29 Fe-Fe,C相图

2、合金的平衡（equilibrium）结晶过程 2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 Industrial pure iron Eutectoid steel Hypoeutectoid steel Hypereutectoid steel Eutectic white cast iron Hypoeutectic white cast iron Hypereutectic white cast iron

2.2合金的结晶 2.2.3铁碳合金的结晶 2、合金的平衡 (equilibrium) 结晶过程 (1)工业纯铁industrial pure iron):W(C)<0.0218% 以 0.01% A8 铁素体 Ferrite A+E 渗碳体 Cementite F+Fe3C 图2-31工业纯铁结露过程示藏图

2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 2、合金的平衡（equilibrium）结晶过程 (1)工业纯铁(industrial pure iron)：W(C)＜0.0218％ 铁素体 Ferrite 渗碳体 Cementite

2.2合金的结晶 Surrounding matrix of y phase 入(cm) 1×104 2X105 1×10-5 80 T T 120 5×105 100 Fe C 600H Fe 80 Fe:C 400 60 FeC→ 40 Fe:C- 200 20 Fe:C- 0 40.000 80.000120,000 1/(cm-) (a) Figure 12-15 Figure 12-12 Growth and structure of pearlit The effect of interlamellar spacing (2) (b)photomicrograph of the pearlite lamellae( on the yield strength of pearlite. ASM International,Materials Park,OH 4407

2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 (2) 共析钢(eutectoid steel)：W(C)=0.77％ 2、合金的平衡（equilibrium）结晶 ( ) 过程 1 88% 12% 100% 88% 6.69 6.69 0.77 ( ) 3 = − =  = − = w F C w F e 珠光体 Pearlite Fe（F） Fe3C P 抗拉强度 180-230MPa 0 770MPa 断后伸长率 30-50% 0 20-35% 断面收缩率 70-80% 0 / 冲击韧度 1600-200KJ/m2 0 300-400KJ/m2 硬度 50-80HB 800HB 180HB λ

0.4-0.02 2.2合金的结晶 w(P)= ×100%=51% 0.77-0.02 w(F)=1-51%=49% 2.2.3铁碳合金的结晶 6.69-0.4 w(F)= ×100%=94% 2、合金的平衡(equilibrium) 6.69 w(PFe,C)=1-94%=6% 3) 亚共析钢hypoeutectoid~): 以W(C)=0.4%为例 w(C) 4% ⑤0 2 P F+P 6 时间 Pearlite 图2-34 亚共析钢结晶过程示意图

F 2.2 合金的结晶 2.2.3 铁碳合金的结晶 (3) 亚共析钢(hypoeutectoid ~)：以W(C)=0.4％为例 ( ) 1 51% 49% 100% 51% 0.77 0.02 0.4 0.02 ( ) = − =  = − − = w F w P 2、合金的平衡（equilibrium）结晶过程 ( ) 1 94% 6% 100% 94% 6.69 6.69 0.4 ( ) 3 = − =  = − = w Fe C w F