工程材料 第三章 3-1(相图)

材料改性方法第三章热处理定义：将金属在固态范围内加热到一定温度下,进行必要的保温，并以适当的速度冷却至室温，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。热处理特点：只改变金属材料的组织和性能，而不改变其形状和大小。热处理目的：提高材料的强度、硬度，改善塑性、韧性及切削性能。3.1金属热处理常用热处理工艺：普通热处理：退火、正火、淬火和回火表面热处理：表面淬火、渗碳、渗氮和碳氮共渗等(渗碳、渗氮和碳氮共渗又称化学热处理)热处理应用：机械工业中的大部分零件都要热处理。航空工业中的飞机上的金属零件几乎百分之百要进行热处理。二元合金状态图:表示二元合金系中不同成分的合金，在温度极缓慢变化条件下，在各种不同温度下的相组成和相变化的图。TheIron–CarbonequilibriumdiagramItisamapthatcanbeusedtochartthepropersequenceofoperationsforagivenheattreatment.3.1.1铁碳合金状态图(相图)1.铁碳合金状态图0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁(铁素体+渗碳体)液体+奥氏体液体+渗碳体液体(奥氏体+渗碳体)G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFDN奥氏体A3A1Acm(1)铁素体F()碳溶于－Fe中形成的固溶体，Ferrite体心立方结构，性能：强度、硬度低,塑性、韧性较好。(2)奥氏体A(γ)碳溶于γ-Fe中形成的固溶体，Austenite面心立方结构，强度低,塑性好。(3)渗碳体Fe3C(Cm)金属化合物。成分固定,为Cementite6.69%C。性质硬而脆。是铁碳合金中的强化相。铁碳合金的基本相Phasesandstructures(1)铁素体——碳在α-Fe中的固溶体，Ferrite(F)特点：①最大溶解度(Maximumsaturatedsolubilityofferrite)为0.0218%C；(2)奥氏体——是碳在γ-Fe中的固溶体，Austenite(A)特点：①最大溶解度(MaximumsaturatedsolubilityofCinaustenite)2.11%C；②其力学性能与含碳量及晶粒大小有关，一般170～220HBS、δ=40～50%；③形变能力好，形变抗力小。铁原子碳原子金属化合物•Fe3C渗碳体Cementite(Cm)(4)莱氏体Ledeburite：共晶产物，1148℃进行，L→A(γ)+Cm=莱氏体代号Ld(5)珠光体Pearlite：共析产物，727℃进行，A(γ)→F+Cm=珠光体代号P铁碳合金的基本组织(混合物)莱氏体：Ledeburite(Ld)L→(A+Fe3C)成分：4.3%C•珠光体：Pearlite(P)A→(F+Fe3C)成分：0.77%C铁碳合金分类工业纯铁------------------0.0218%C铸铁过共晶铸铁----4.3~6.69%C亚共晶铸铁-------2.11~4.3%C共晶铸铁----------4.3%C共析钢-------------0.77%C过共析钢----------0.77~2.11%C亚共析钢----------0.0218~0.77%C钢2.Fe-Fe3C相图分析(点、线、区，组成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁(铁素体+渗碳体)液体+奥氏体液体+渗碳体液体(奥氏体+渗碳体)G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFDN奥氏体A3A1Acm（各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)ͼ3-7Fe-Fe3CºÏ½ðÏàͼSPECKFD奥氏体A3A1Acm（共晶部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1Acm共晶体:L(A+Cm)Ld（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFDN奥氏体A3A1Acm共析:A(F+Fe3C)PLdL’d（各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)ͼ3-7Fe-Fe3CºÏ½ðÏàͼSPECKFD奥氏体A3A1Acm3.铁-碳相图的应用（1）分析铁碳合金的结晶过程亚共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程例：亚共析钢的结晶过程含碳量为0.02%～0.77%,铁素体+珠光体组织。FP4ÒÔÏÂ0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-3AF3-4A1-2L1ÒÔÉÏL0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1ÒÔÉÏLPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1ÒÔÉÏLPA（2）分析加热时的组织转变0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体A3A1Acm（3）分析铁碳合金的组织根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。铁碳合金室温组织比例图100%FFe3CFe3C¢òPLd’00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T℃1227℃0.772.114.3奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体低温莱氏体G(913℃)727℃1148℃C%铁素体A(1538℃)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1Acm①单相固溶体固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。（4）判断铁碳合金力学性能③必须指出，双相合金，特别是含共析体和共晶体的合金的机械性能，与其组织的细密程度有关。组织细密、强度、硬度升高。②两相混合物当合金为两相混合物时(如P、P+F等)。合金的性能大致为两相的体积加权平均值。强度=1V1+2V2硬度HB=HB1V1+HB2V2碳钢机械性能400MPa800MPa1200MPa(100HB)(200HB)(300HB)00.40.81.2akdybbHB60%14J/cm2d,y40%12J/cm220%8J/cm2ak铁素体F珠光体P渗碳体Fe3CIIFFe3CIIP00.772.11C%P的a.铸造工艺性有较好的流动性，产生分散缩孔(缩松)的倾向小。共晶或近共晶合金（5）判断铁碳合金热加工工艺性b..锻压工艺性锻压要求材料有较好的塑性和较小的变形抗力(强度)。奥氏体区好制定工艺参数相图是制定热加工及热处理工艺参数的重要依据。第三章（1）•作业P.67•2、3、4、5、•思考题：6、