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（1）
下面我们学习
第二章第2大节的第3部分
铁碳合金的结晶
铁碳合金是我们这个课程
非常重要的部分
所以希望大家予以重视
我们先学习铁碳合金相图
铁碳合金相图
是研究钢和铸铁的基础
对于钢铁材料的应用
以及热加工和热处理工艺的制订
具有重要的指导意义
Fe和C可以形成一系列的化合物
例如Fe_3C Fe_2C FeC等等
有实用意义的
是Fe和Fe_3C的部分(3为下标）
称为Fe-Fe_3C相图
组元为Fe和Fe_3C
我们看这就是一幅
Fe-Fe_3C的合金相图
在这个相图上
在最上面
是液相区 在最下面是α
和Fe_3C的两相区
在这个相图中有很多重要的温度
碳质量分数点
例如A这一点
就是纯铁的熔点为1538℃
C这一点为共晶成分点
它的温度为1148℃
碳的质量分数为4.3%
S这一点为727℃
碳的质量分数为0.77%
为共析成分点
我们再看上面
J这一点为1495℃
碳的质量分数为0.17%的成分点
是包晶成分点
还有一些其他的成分点
我们后面分别介绍
我们先看铁碳合金的组元
组元之一是Fe
Fe是过渡族元素
熔点为1538℃
密度为7.87每立方厘米克
纯铁从液态结晶为固态时
在冷却过程中
它会在1394℃和912℃
先后发生两次同素异构转变
纯铁的力学性能
它的特征是
强度低 硬度低 塑性好
它的抗拉强度
为180MPa到230MPa之间
屈服强度为100MPa到170MPa之间
断后伸长率为30%到50%
断面收缩率为70%到80%
它的冲击韧度为
1.6乘以10的6次方每平方米焦耳
到2乘以10的6次方每平方米焦耳
硬度为50到80个HB
所以特征是强度低 硬度低 塑性好
另外一个组元是Fe_3C
Fe_3C是铁与碳的一种
具有复杂结构的间隙化合物
称为渗碳体
它的力学性能特征是硬和脆
它的抗拉强度只有30个MPa
断后伸长率
断面收缩率
冲击韧度都为零
硬度为800个HB
我们再看一下
铁碳合金中的相
第一个相是液相
是Fe和碳的液溶体
第二个相是δ相
是高温的铁素体
是碳在δ-铁中的间隙固溶体
具有体心立方结构
在1394℃以上存在
第三个是α相
称为铁素体 用F或者α表示
是碳在α-Fe中的间隙固溶体
具有体心立方结构
碳的固溶度极小
在室温时
它的固溶度为0.0008%
在727℃时
碳的固溶度最大为0.0218%
铁素体的性能强度低 硬度低 塑性好
力学性能与纯铁大致相同
另外一个相是γ相 奥氏体
用符号A或者γ表示
是碳在γ-Fe中的间隙固溶体
具有面心立方结构
碳的固溶度比较大
在1148℃时
碳的溶解度达到2.11%
奥氏体的力学性能特征是
强度较低 硬度不高
易于塑性变形
（5） Fe_3C相
Fe_3C相是Fe与C
形成的具有复杂结构的间隙化合物
性能特征硬而脆
Fe_3C或者说称为渗碳体
它根据生成条件不同
可以具有条状 网状
片状 粒状等形态
对铁碳合金的力学性能
有很大的影响
3 合金相图中重要的点和线
J点 为包晶点或者包晶成分点
在1495℃时
会发生液相加δ相 生成
奥氏体相的包晶反应
C点 为共晶点或者说共晶成分点
在1148℃时
由液相生成奥氏体相
加渗碳体相的共晶体
共晶反应是在恒温下进行
反应过程中液相 奥氏体相
渗碳体相三相共存
三相成分一定
共晶反应产物是奥氏体
与渗碳体的混合物
称为莱氏体 用Le来表示
其中的渗碳体称为共晶渗碳体
显微镜下
莱氏体的形态为
块状或者粒状的奥氏体
分布在渗碳体的基体上
奥氏体在727℃时
会转变为珠光体
S点 又称共析点
或者共析成分点
在727℃时
由奥氏体生成
铁素体和渗碳体的混合物
发生共析反应
共析反应是在恒定温度下进行
反应过程中奥氏体 渗碳体
铁素体三相共存
三相成分一定
共析反应的产物是铁素体和渗碳体的
共析混合物
称为珠光体
用符号P表示
珠光体中的渗碳体
又称共析渗碳体
在显微镜下
珠光体的形态成层片状
由渗碳体片和铁素体片
相间分布组成
珠光体的性能特征是
强度较高 塑性 韧性和硬度
介于渗碳体和铁素体之间
我们看看它的机械性能
它的抗拉强度为770个MPa
冲击韧度
为3乘以10的5次方每平方米焦耳
到4乘以10的5次方每平方米焦耳
它的断后伸长率为20%到35%
硬度为180个HB
我们再看E这一点为1148℃
含碳量为2.11%
是碳在γ-铁中的最大的溶解度
P这一点为727℃
碳的质量分数为0.0218%
是碳在α-Fe中的最大溶解度
我们再看B这一点是1495℃
碳的质量分数为0.53%
是包晶反应时液态合金的成分
（2） Fe-Fe_3C相图中的重要的线
第一条是水平线HJB
是包晶反应线
会发生包晶反应
第二条水平线ECF线
是共晶反应线
会发生共晶反应
第三条是水平线PSK线
是共析反应线
会发生共析反应
又称A_1线
GS线是奥氏体中
开始析出铁素体的临界温度线
又称A_3线
ES线是碳在奥氏体中的固溶线
又叫A_cm线
从奥氏体中会析出渗碳体
这种渗碳体称为二次渗碳体
PQ线是碳在铁素体中的固溶线
是铁素体中开始析出
三次渗碳体的临界温度线
三次渗碳体数量很少
往往可以忽略
-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
