武汉大学铁碳合金状态图课件

2
Y +Fe3CⅠ
1
固相线 F 2
Fe3C
L’ +Fe3CⅠ
K 3
F+P共析P钢 P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’ 共晶生L’’ 铁 L’’ +Fe3CⅠ
亚共析钢 Q
过共析钢 亚共晶生铁
过共晶生铁 L
C％0.0218% 0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
ⅡⅠⅢ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅵ
1538℃ A
1
1
1
铁碳合金状态图 4 D
F4
3
4
K
3
2
3
F+P P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’
Q C％
0.77％
2.11％
L’’ L’’ +Fe3CⅠ
4.3％
L 6.67％
共
析
钢
结
❖ Structures Obtained by Slow
晶
Cooling of Plain Carbon Steels
过
程
示
意
图
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亚 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图 2020/9/24
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1-3 铁碳合金状态图
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过共晶生铁结晶过程
❖ 点1至点2间组织为Y+Fe3CⅠ； ❖ 点2至点3间组织为L d+ Fe3CⅠ ； ❖ 冷却至点3后则为L d’+ Fe3CⅠ。
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℃
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000
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1-3 铁碳合金状态图
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主要区域的含义
❖ 液体Y、铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C是铁碳 合金的基本组织，或者说是基本晶体结构，即基本 相，其他各区组织都由这些基本相按不同比例混合 而成。 ACDA 区——液相区（Y ）； AESGA 区——奥氏体区（A ）； GPQG 区——铁素体区（F ）； DFKL 区（6.69％线）——一次渗碳体区（直 接从液相中析出Fe3CI）；
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1-3 铁碳合金状态图
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铁碳合金状态图的作用
❖ 铁碳合金状态图主要是用来分析铁碳合金的成 分、温度、组织三者之间的关系。
当含碳量增加时，铁素体的比例减少，珠光体比例 增大，故而碳钢的机械强度和硬度增大，塑性和韧 性降低；
当含碳量超过0.9%时，碳钢中C的含量增多，硬度 增加，强度、塑性、韧性均下降；
断析出F，同时剩余A中的含碳量沿GS线不 断增加而得到珠光体P。
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过共析钢结晶过程
❖ 液态金属冷却至点1时开始生成A晶核； ❖ 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； ❖ 冷却至点3后，在GS至PSK间随温度下降不
断析出Fe3CⅡ，同时剩余A中的含碳量沿ES 线不断减少而得到珠光体P。
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共析钢结晶过程
❖ 液态金属冷却至点1时开始生成A晶核； ❖ 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； ❖ 冷却至点3后，发生共析反应，在室温下A全
部转变为P。
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1-3 铁碳合金状态图
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亚共析钢结晶过程
❖ 液态金属冷却至点1时开始生成A晶核； ❖ 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； ❖ 冷却至点3后，在GS至PSK间随温度下降不
1体莱冷148℃L氏却；点3体至后点3点L间 则1核 晶’至3；组 为A后； 为点冷核 晶织 L则A冷2；’间却； 为为’却+核晶冷的至冷ALPF至；；为+e却’莱点却3+点FC冷冷A至氏2至eFⅠ23；后Ee却C却后3点体点ⅡC冷则至至，Ⅰ+3称2却称后后L点；点液为至为’，，’3冷2体高后后点低在液却金温2，，3G体至属后S发液金C至点全，1生体属P部在共金S全结G2K析属S部固至相反全结线P部S结K F
Ld （ A EF e3C I） 共 晶 组 织 ＝
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共析反应
❖ 在一定温度下（恒温），由一种 固相同时析出两种 固相的过程，称为共析反应或共析转变，其生成 的组织称为共析组织；
❖ 例如：
A （ 固 ）恒 温B (固 )C (固 )
A s 共 7 析 2 7 转 c 变 ( F p F e 3 C I I) 共 析 组 织 P
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铁碳合金的分类
❖ 根据含碳量，可分为两部分：
钢：含碳量小于2.11％的铁碳合金：
❖共析钢：含碳量0.77％； ❖亚共析钢：含碳量0.0218％～0.77％； ❖过共析钢：含碳量0.77％～2.11％；
生铁：含碳量大于2.11％的铁碳合金，断口呈白色（白口
铁、铸铁）： ❖共晶生铁：含碳量4.3％； ❖亚共晶生铁：含碳量2.11％～4.3％； ❖过共晶生铁：含碳量4.3％～6.69％。
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1-3 铁碳合金状态图
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主要线段的含义
❖ ACD 线——液相线，即此线以上为液态合金，开始结 晶线。
❖ AECF 线——固相线，此线以下为固体合金。
❖ ECF 线——共晶线，凡经过此线的合金均会发生共晶转 变。
❖ GS 线 —— 习 惯 用 A3 来 表 示 ， A 中 开 始 析 出 F ， 既 有：A F 。
2
2
共亚晶共过生晶共铁 生亚晶结 铁共生晶 结共析铁过 晶析钢2结程过钢结晶：程共结晶过：析晶过程钢过程：结程：晶：过程： Y
Baidu Nhomakorabea
冷点却2至点至点1点至3液间1点时态组2发液间金织生态组属为液共金织冷A态晶属+为却金F反冷AY至+e属3Y+应却C点FⅡ冷生至e13+时C却成点LⅠ开至’莱；1时始点氏点1开生12时始至成开生A始晶成1生A晶成Y +AFe3晶CⅠ
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课间休息
1538℃ A
1148℃
A
912℃ G
A3
F+A
P
S
727℃
F
铁碳合金状态图 1 D
Y
A+Y
Y +Fe3CⅠ
固相线
E
C
Solidus
F
Acm A+Fe3CⅡ
A+Fe3CⅡ+L’
Ld’
L’ +Fe3CⅠ
K
F+P P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’
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共晶生铁结晶过程
❖ 冷却至点1时发生共晶反应生成莱氏体Ld； ❖ 点1至点2间的莱氏体称为高温莱氏体L d ； ❖ 冷却至点3后则称为低温莱氏体L d’。
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1-3 铁碳合金状态图
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亚共晶生铁的结晶过程
❖ 冷却至点1时发生共晶反应生成莱氏体Ld；点1 至点2间的莱氏体称为高温莱氏体L d ；冷却 至点3后则称为低温莱氏体L d’。
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1-3 铁碳合金状态图
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主要区域的含义（续）
AGQA 区（0％线）——纯铁区（同素异晶转变 区）；
S – 0.77％线（区）——珠光体区，为共析组织； E – 2.11％线（区）——二次渗碳体区，随A中C
的溶解度下降，析出二次渗碳体； C – 4.3％线（区）——莱氏体区，为共晶组织。
过 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图 2020/9/24
共晶反应
❖ 在一定温度下（恒温），由一种 液相同时析出两种 固相的过程，称为共晶反应或共晶转变，其转变组 织称为共晶组织；
A （ 液 ）恒 温B (固 )C (固 )
❖ 例如：
Y c 共 1 晶 1 4 转 8 c 变A EF e3 C I
❖ ES 线——用A cm表示，开始析出渗碳体--Fe3CII。 ❖ PSK 线——又叫共析线，用A1来表示，析出珠光体，共 析反应。
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主要特性点的含义
(Property Points)
特性点 温度℃ 含碳量％
A
1538 0
C
1148 4.30
D
1227 6.69
E
1148 2.11
G
912 0
P
727 0.0218
S
727 0.77
含义 纯铁熔点(melting point) 共晶点(eutectic point) 渗碳体的熔点(melting point) C在γ-铁中的最大溶解度(solubility) α铁γ铁同素异构转变点(allotropic point) C在α铁中的最大溶解度(solubility) 共析点(eutectoid point)
9温12℃莱G氏A3体3间 余L 随 A’’中应温的，度3间剩含在A下cm随余碳室降温A量温不中度沿下断的下GA析含S全降线出碳部不不F量转断，断沿变析同增E为出时S加线PF剩而e3不CⅡ断，减同少时
F+A 得到珠光A而+F体e得3CPⅡ到珠A光+Fe体3CⅡP+L’
L’
L’ +Fe3CⅠ
P
S
727℃
Q C％
0.77％
2.11％
Ld’ L’’ +Fe3CⅠ
4.3％
L 6.67％
1538℃ A
1148℃
A
912℃ G
A3
F+A
P
S
727℃
F
铁碳合金状态图 2 D
Y
A+Y
Y +Fe3CⅠ
固相线
E
C
F
Acm
A+Fe3CⅡ
A+Fe3CⅡ+L’
Fe3C
L’
L’ +Fe3CⅠ
K
F+P P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’
Q C％ 0.218%
0.77％
2.11％
L’’ L’’ +Fe3CⅠ
4.3％
L 6.67％
1538℃ A Ⅱ
Ⅰ
1
1
2
2
1148℃
A
912℃ G
A33
F+A
P
S
727℃
4
3
F
Ⅲ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅵ
1
铁碳合金状态图 3 D
Y
2
A+Y共晶反 1
E应
C
2
1
3 Acm
共析反 A+Fe3CⅡ
A+Fe3CⅡ+L’
L’
应
4
3
第二章 铁碳合金
第三节 铁碳合金状态图
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图就是用热分析法测得不同浓度 的铁碳合金的冷却曲线，然后将冷却曲线上各 结晶温度转变点描绘在温度-成分坐标上，以得 到铁碳合金金相组织、温度及合金成分之间的 关系。
热分析法：是借助于光学高温计及金相显微镜， 测得各种成分铁碳合金在缓慢冷却过程中的溶 液结晶温度及固态下二次结晶的组织转变温度， 对合金金相组织随温度变化的状况进行分析的 方法。
当温度一定时，控制了碳钢的含碳量就控制了碳钢 的组织和性能；碳钢的机械性能又决定了碳钢的用 途。
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1-3 铁碳合金状态图
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铁碳合金状态图草图的绘制
❖ 横划两条线；（727℃、1148℃） ❖ 高低七个点；（C、S、E、P、A、G、D） ❖ 各区组织要分清；（Y、A、F） ❖ 依据四条线。（Fe3CI、Ld、 Fe3CII 、P）
900 800 700
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纯铁的同素异晶转变
L
1538
δ-Fe 1394
F e 1 3 9 4 C F e 9 1 2 C F e
γ-Fe
912
1-3 铁碳合金状态图
α-Fe
s
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碳对钢的组织 及机械性能的
影碳对响钢的组织及机械性能的影响
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