第三节Fe-Fe3C相图 需要掌握知识点 Fe-Fe3C相图中重要的点、线和相区。 Fe-Fe3C相图中的重要转变及产物。 应用FeFe3C相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。 分析室温下得到的相和组织组成物。 ·会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量分数。 ·碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响
第三节 Fe-Fe3C相图 需要掌握知识点 • Fe-Fe3C相图中重要的点、线和相区。 • Fe-Fe3C相图中的重要转变及产物。 • 应用Fe-Fe3C相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。 分析室温下得到的相和组织组成物。 • 会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量分数。 • 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响
基本概念 相图:表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或者组 织与温度、成分间关系的图形,又称状态图或平衡 图 2相图的分类(根据组元数量分) 二元相图(两个组元配成的合金体系) 三元相图(三个组元配成的合金体系) 液相线 小平 70NI Ni 3相图的建立:实 1452 验测定不同成分合 金的转变温度,将 08 所有的开始转变点 b 连接起来,将所有 时间 aN(%) 的转变结束点连接 固相线 起来。 图219用热分析法测定CuN相图 a)冷却曲线b)相图
一、基本概念 1 相图：表示合金在缓慢冷却的平衡状态下相或者组 织与温度、成分间关系的图形，又称状态图或平衡 图。 2 相图的分类（根据组元数量分） 二元相图（两个组元配成的合金体系） 三元相图（三个组元配成的合金体系） 3 相图的建立：实 验测定不同成分合 金的转变温度，将 所有的开始转变点 连接起来，将所有 的转变结束点连接 起来。 液相线 固相线
Fe-Fe3C相图 Fe-Fe, ca相图 1相图中的点(14个) (1)组元的熔点 A(0,1538)铁的熔点 D(669,1227)Fe3C的熔点 (2)同素异构转变点 N(0,1394)-Fe<-Fe 1G(0,912)y-Fe台a-Fe (3)碳在铁中最大溶解度点 P(0.218,727)碳在α-Fe中的最大溶解度 E(211,1148)碳在y-Fe中的最大溶解度 H(0.09,1495)碳在δ-Fe中的最大溶解度 Q(0.0008,RT)室温下碳在α-Fe中的溶解度
二、Fe-Fe3C相图 1 相图中的点（14个） （1）组元的熔点： A (0, 1538) 铁的熔点 D (6.69, 1227) Fe3C的熔点 （2）同素异构转变点 N（0，1394）d-Fe g－Fe G（0，912） g－Fe a -Fe （3）碳在铁中最大溶解度点 P（0.218，727）碳在a -Fe 中的最大溶解度 E（2.11，1148）碳在 g -Fe 中的最大溶解度 H (0.09，1495）碳在d-Fe中的最大溶解度 Q（0.0008，RT）室温下碳在a -Fe 中的溶解度 Fe-Fe3C相图
(4)三相共存点 FeFe2C相图 S(共析点)(y+a+Fe3C) C(共晶点)(y+L+Fe3C) J(包晶点)(8+y+L) (5)其它点 B(0.53,1495)发生包晶反应时液相的成分 LF(669,1148)渗碳体 口K(6.69,727)渗碳体 2相图中的线 液相线(ABCD):结晶时液相的成分,在其上体系为液相 固相线( AHJECF):结晶时固相的成分,其下为固相
(4) 三相共存点 S（共析点）（g＋ a ＋Fe3C） C（共晶点）（ g＋L ＋Fe3C） J（包晶点）（ d＋ g＋L ） 2 相图中的线 液相线(ＡＢＣＤ):结晶时液相的成分，在其上体系为液相 固相线（ＡＨＪＥＣＦ）：结晶时固相的成分，其下为固相。 Fe-Fe3C相图 （5）其它点 B（0.53，1495）发生包晶反应时液相的成分 F（6.69,1148) 渗碳体 K (6.69,727) 渗碳体
表示恒温转变的线:HJB包晶转变 ECF共晶转变 PSK共析转变 固溶度线:ES碳在奥氏体中的最大溶解度随温度的变化线 (温度↑,最大溶解度↑);(0.77%--2.11%) PQ:碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线 (温度个,最大溶解度↑)(0.00080.0218%) 同素异构转变线:NH和NJ,GS和GP 3相图中的相区 单相区(4个+1个)L、a、y、8(+Fe2C) 两相区(7个)L+8,L+Fe3C,L+y,δ+Y,y+α γ+Fe3C,α+Fe3
表示恒温转变的线：HJB 包晶转变 ECF 共晶转变 PSK 共析转变 3 相图中的相区 单相区（4个＋1个）L、a、g、d （＋ Fe3C） 两相区（7个）L + d, L + Fe3 C，L + g , d + g , g + a g + Fe3 C ,a + Fe3 固溶度线：ES碳在奥氏体中的最大溶解度随温度的变化线 （温度，最大溶解度 ）；（0.77%--2.11%） PQ ：碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线 （温度 ，最大溶解度 ） (0.0008%—0.0218%) 同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP
强调!根据相图规则,两个单相区之间必然夹一个两相区, 两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。 4Fe-Fe3C相图中的转变 (1)匀晶转变:由液相直接结晶出单一固相的转变,属于非恒 温转变。 过合金的成分点作垂直于横 坐标的直线,称为成分线 L→8:由液相中直接结晶出8相。(合金的成分线和AB线相交, 即含碳量Wc:0~0.53%) L→Y:由液相中直接结晶出γ相。(合金的成分线和BC线相交, 即含碳量Wc:0.53%~4.3% L→>Fe3C:由液相中直接结晶出Fe3C相。(合金的成分线和CD 线相交,即含碳量Wc:4.3%669%
（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单一固相的转变，属于非恒 温转变。 4 Fe-Fe3C相图中的转变 强调！ 根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区， 两相区的两个相就由这两个单相区的相组成。 L→ g : 由液相中直接结晶出g相。（合金的成分线和BC线相交， 即含碳量Wc：0.53% ~ 4.3% L→ Fe3C : 由液相中直接结晶出Fe3C相。（合金的成分线和CD 线相交，即含碳量Wc：4.3%~6.69% L → d : 由液相中直接结晶出d相。（合金的成分线和AB线相交， 即含碳量Wc：0～0.53%） 过合金的成分点作垂直于横 坐标的直线，称为成分线
(2)同素异构转变 铁与碳形成固溶体之间 NH(开始线人的同素异构转变 8(bcc)→r(fc.c) NJ(结束线 Y(fcc)→a(b.c.c) GS(开始线) GP(结束线) (3)析出转变:从一个固相中析出另一个固相的转变。 温度降低,C在Fe中的溶解度也降低,合金的含碳量就超过 溶解度,多余的碳就以Fe3C析出。 析出 次渗碳体多以网状 Fe3Cm(二次渗碳体)形式析出,损害材料 的强度、塑性韧性 析出 Fe3Cm(三次渗碳体)
（2）同素异构转变 d (b.c.c)→ g(f.c.c) NH （开始线） NJ（结束线） g (f.c.c) → a (b.c.c) GS（开始线） GP（结束线） 铁与碳形成固溶体之间 的同素异构转变 （3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变。 温度降低，C在Fe中的溶解度也降低，合金的含碳量就超过 溶解度，多余的碳就以Fe3C析出。 g Fe3CII （二次渗碳体） 析出 a Fe3CIII （三次渗碳体） 析出 二次渗碳体多以网状 形式析出，损害材料 的强度、塑性韧性
(4)恒温转变 1)包晶转变→HB线 1495°C H+ L 0.09 0.53 0.17 含义:由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一 定成分新固相地反应—包晶转换反应。 (具有J点成分的铁-碳合金冷却至1495C,体系中的液相和8 相在转变过程中恰好全部消耗完,得到单一的y相。) 发生包晶反应的合金成分:C%:0.09%-0.53%即合金 的成分线与HB线相交; 产物:单相奥氏体(y) 包晶点(J点):(0.17,1495)
（4）恒温转变 1）包晶转变 → HJB 线 dH 0.09 LB 0.53 gJ 0.17 + 1495ºC • 含义：由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一 定成分新固相地反应---包晶转换反应。 （具有J点成分的铁-碳合金冷却至14950C，体系中的液相和d 相在转变过程中恰好全部消耗完，得到单一的gJ 相。 ） • 发生包晶反应的合金成分： C%：0.09%--0.53% 即合金 的成分线与HJB线相交； • 产物：单相奥氏体（ gJ ） • 包晶点 （J点）：（0.17，1495） L d g
2)共晶转变 Lc 1148%C Fe3C 2.11 6.69 含义:由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的 固相的转变。 (Fe-Fe2C系:由C点成分的液相在118下同时生成具有E 点成分的γ相和Fe3C) 发生共晶反应的成分范围:Wc:2.11%6.69%(合金成分 线与ECF线相交) 产物:Yg和Fe3C两相混合物,称为菜氏体。用Ld表示。 (Fe3C为基体;Yg呈粒状或杆状分布在基体上) 共晶点C(.3,1148) 莱氏体
2）共晶转变 • 含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的 固相的转变。 （ Fe- Fe3 C系：由C点成分的液相在11480C下同时生成具有E 点成分的g相和Fe3 C。 ） • 发生共晶反应的成分范围：Wc ：2.11 %—6.69% (合金成分 线与ECF线相交) • 产 物：gE 和 Fe3 C两 相混合 物，称 为莱氏 体。用Ld表示 。 （Fe3 C为基体； gE 呈粒状或杆状分布在基体上） • 共晶点C (4.3,1148) gE 2.11 Lc 4.3 Fe3C 6.69 + 1148ºC gE Fe3C 莱氏体
3)共析转变 727C FeC 0.0218 6.69 0.77 含义:在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分 的新固相的转变。 (在FeFe2C体系中,在727%C下由S点成分的γ相同是生成P点 成分的a相和Fe2C; 产物:O相和Fe2C的两相混合物,以层片形式混合,称为珠光 体,用P表示。 合金范围:Wc:0.0218%6.69%(合金成分线与PSK线相交) S点:共析点,(0.77,727)(具有S点成分的FeC合金冷 却至727℃C时,合金全部发生共析转变,生成珠光体。) 珠光体
3）共析转变 • 含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分 的新固相的转变。 (在Fe—Fe3 C体系中，在7270C下由S点成分的g相同是生成P点 成分的a相和Fe3 C； • 产物： a相和Fe3 C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光 体，用P表示。 • 合金范围： Wc: 0.0218 %—6.69%(合金成分线与PSK线相交) • S点:共析点，（0.77，727） (具有S点成分的Fe—C合金冷 却至7270C时，合金全部发生共析转变，生成珠光体。) aP 0.0218 gs 0.77 Fe3C 6.69 + 727ºC 珠光体