当前课程知识点：工程材料 > 第2章金属材料组织和性能的控制 > 2.2合金的结晶2 > 合金的结晶2（4）
下面我们学习铁碳合金的
成分 组织和性能的关系
我们看这里有很多的图片
我们看上面这张图
它给出的是铁碳合金相图的一部分
这个上面已经分出了三个大区
7种合金类型
或者说室温下的
7种典型的组织
在第二张图片中
给出的是7种铁碳合金
随着碳含量的变化
它的各种组织的变化趋势
第三个图是在7种合金中
它的组成相
铁素体相和渗碳体相
随成分的变化趋势
我们发现随着碳含量的增加
铁素体相减少
渗碳体相增加
第四张是它的性能变化趋势
我们再看碳含量与组织组成物的
质量分数之间的关系
在这7种合金中
它的组织分别为铁素体
铁素体加珠光体
珠光体
珠光体加二次渗碳体
珠光体加二次渗碳体
加低温的莱氏体
低温的莱氏体加一次的渗碳体
最后为渗碳体
组织组成物的质量分数
可以用杠杆定律进行求出
它的分布如第二张图所示
我们再看铁碳合金的性能
与碳含量之间的关系
第一个是它的硬度
从最后这张图我们可以看出
随着碳含量的增加
它的硬度是不断的增加的
硬度的增加
与渗碳体量的增加是一致的
我们知道铁素体
它的硬度约为80个HB
渗碳体的硬度约为800个HB
我们再看它的强度
随着碳含量的增加
在亚共析钢中强度逐渐增加
当超过共析成分以后
出现了二次渗碳体
强度增高变缓
直到0.9%左右
二次渗碳体的网状形成
强度降低
到2.11%碳的时候
出现低温的莱氏体
强度变得很低
我们再看塑性
渗碳体是脆性相
随着碳含量的增加
合金的塑性下降
到合金成为白口铸铁的时候
塑性几乎为零
对于亚共析钢
它的性能是可以估算的
它的硬度约为80
乘以铁素体的质量分数
加上180乘以珠光体的质量分数
或者用另外一个公式
来进行计算
硬度约等于为80乘以
铁素体的质量分数
加上800乘以渗碳体的质量分数
它的抗拉强度
约等于230乘以铁素体的质量分数
加上770乘以珠光体的质量分数
它的断后伸长率
约等于50乘以铁素体的质量分数
加上20乘以珠光体的质量分数
四 Fe-Fe_3C相图的工程应用
在工程生产中
铁碳相图有着重大的实际意义
主要用于进行钢铁材料的选材
进行加工工艺的制定
我们先看在选材方面的应用
根据Fe-Fe{\fs10}3{\r}C相图
所表明的成分 组织 性能的规律
可以为钢铁材料的选材提供依据
第一是纯铁 它的强度低
不宜做结构材料
但由于它的导磁率高
矫顽力低
所以可以作为软磁材料
例如可以用来做电磁铁的铁芯
第二是钢
用做建筑用钢的时候
需要用塑性 韧性较好的材料
要选择碳含量较低的钢材
作为机械零件的时候
需要较高的强度 塑性
和韧性都较好的材料
这时候需要选碳含量适中的
中碳钢来作为这个材料
当用做工具的时候
它硬度要求高 耐磨性要求好
这个时候要选择碳含量高的
钢种来做这个材料
我们再看白口铸铁
它的硬度高 脆性大
不能切削加工 不能锻造
耐磨性好 铸造性能优良
所以可用来做耐磨性要求高
不受冲击 形状复杂的铸件
好比说做拉丝模
做冷轧辊
做货车的轮
做犁铧
做球磨机的磨球等等
2 在制造工艺方面的应用
根据Fe-Fe{\fs10}3{\r}C相图
确定合金的浇铸温度
浇铸温度一般在液相线以上
50到100℃
纯铁和白口铸铁
它的铸造性能很好
凝固温度区间较好
流动性好
分散缩孔小
可以获得致密的铸件
所以我们在做铸件的时候
要尽量选择共晶成分的合金
作为铸钢的时候
碳的质量分数应该选在
0.15%到0.6%之间
钢的结晶温度区间较小
铸造性能较好
3 锻造 热轧工艺方面的应用
钢处于奥氏体的时候
它的强度较低 塑性较好
可以进行锻造和軋制
所以锻造和軋制
应该选在单相的
奥氏体温度区间进行
一般始锻或者始轧的温度
应该控制在固相线以下
100到200℃的范围之内
所以一般始锻温度为
1150℃到1250℃
终锻温度为750℃到780℃
4 在热处理工艺方面的应用
根据Fe-Fe_3C相图
来制订热处理工艺
有着重要的意义
热处理工艺
如退火 正火 淬火的加热温度
都要依据Fe-Fe_3C相图进行确定
这些在我们后面的热处理一节中
将会详细的进行阐述
我们看这一张图
Fe-Fe_3C相图的应用
我们看在共晶成分这个附近
可以确定它的浇铸的温度
在奥氏体温度区间
确定它的始锻温度和终锻温度
那么当然还可以确定
它的热处理的加热温度
作为材料来讲
在工业纯铁这一块
可以用做软磁材料
然后在中碳钢这一块
用做结构材料
在碳含量为0.77%以上的
高碳钢的部分作为工具材料
然后铸造材料
它的成分点应该
选在共晶成分附近
我们需要注意的是
Fe-Fe_3C相图
它只反映了铁碳合金
二元相图中 相的平衡状态
如果加入其他元素的时候
相图将会发生变化
所以这是要注意的
第二点 是Fe-Fe_3C相图
反映的是平衡条件下
铁碳合金中相的状态
若冷却或者加热速度都较快时
其组织转变不能够
只用相图来进行分析
下面我们对本节进行一下小结
第一 我们介绍了合金的相图
介绍了匀晶相图 共晶相图
包晶相图 共析相图
和含有稳定化合物的相图
所以共有五种类型的相图
第二 二元合金两相区的结晶规律
那它是变温的结晶
两相的成分是确定的
温度一定是两相的质量分数
可以用杠杆定律进行计算
第三 我们介绍了铁碳合金的结晶
在铁碳合金相图中
它有五种基本相
液相 δ相 α相 γ相 渗碳体相
在铁碳合金中它的基本组织
有以下几种 铁素体
珠光体加铁素体
珠光体
珠光体加二次渗碳体
珠光体加二次渗碳体
加低温莱氏体
低温莱氏体
一次渗碳体加低温莱氏体
-0.1中华民族对材料发展的重大贡献
-0.2材料的结合键
-0.3工程材料的分类
-习题--作业
-1.1金属材料的结构与组织
-第1章材料的结构与性能特点--1.1金属材料的结构与组织
-1.2金属材料的性能特点
-第1章材料的结构与性能特点--1.2金属材料的性能特点
-2.1纯金属的结晶
-2.1纯金属的结晶--作业
-2.2合金的结晶1
-2.2合金的结晶1--作业
-2.2合金的结晶2
-2.2合金的结晶2--作业
-2.3金属的塑性加工
-2.3金属的塑性加工--作业
-2.4钢的热处理
--钢的热处理（1）
--钢的热处理（2）
--钢的热处理（3）
--钢的热处理（4）
--钢的热处理（5）
--钢的热处理（6）
--钢的热处理（7）
-第2章金属材料组织和性能的控制--2.4钢的热处理
-2.5钢的合金化
--钢的合金化（1）
--钢的合金化（2）
--钢的合金化（3）
--钢的合金化（4）
-2.5钢的合金化--作业
-2.6表面技术
--表面技术（1）
--表面技术（2）
--表面技术（3）
--表面技术（4）
-2.6表面技术--作业
-3.1碳钢
--碳钢
-3.1碳钢--作业
-3.2合金钢
--合金钢（1）
--合金钢（2）
--合金钢（3）
--合金钢（4）
--合金钢（5）
--合金钢（6）
--合金钢（7）
-第3章金属材料--3.2合金钢
-3.3铸钢与铸铁
--铸钢与铸铁（1）
--铸钢与铸铁（2）
--铸钢与铸铁（3）
-第3章金属材料--3.3铸钢与铸铁
-3.4有色金属及其合金
-第3章金属材料--3.4有色金属及其合金
-4.1工程塑料
--工程塑料（1）
--工程塑料（2）
-4.2合成纤维
--合成纤维
-4.3合成橡胶
--合成橡胶
-习题--作业
-5.1普通陶瓷
--普通陶瓷（1）
--普通陶瓷（2）
-5.2特种陶瓷
--特种陶瓷
-习题--作业
-6.1复合材料的复合原则
-6.2复合材料的性能特点
-6.3非金属基复合材料
--非金属基复合材料
-6.4金属基复合材料
--金属基复合材料
-第6章复合材料--习题
-7.1电功能与磁功能材料
-7.2热功能与光功能材料
-7.3纳米材料
--纳米材料
-第7章功能材料及新材料--习题
-8.1机械零件的失效
-8.2机械零件失效分析
--机械零件失效分析
-8.3机械零件选材原则
--机械零件选材原则
-第8章零件失效分析与选材原则--习题
-9.1齿轮选材
--齿轮选材
-9.2轴类零件选材
--轴类零件选材
-9.3弹簧选材
--弹簧选材
-9.4刃具选材
--刃具选材
-第9章典型工件的选材及工艺路线设计--习题
-10.1汽车用材
--汽车用材
-10.2热能设备用材
--热能设备用材
-10.3航空航天器用材
-第10章工程材料的应用--习题
-全课总结
--全课总结
-期末考试--试卷
