Fe-Fe3C合金相圖

1、第三章 鐵碳合金及合金鋼概述,鋼鐵是鐵基合金（黑色金屬）的總稱。鐵和碳是鋼鐵材料兩個(gè)最基本的組元。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0218%wc2.11%稱為鋼，2.11%wc 6.69%稱為鐵或鑄鐵。不特意加入合金元素的鋼稱為碳素鋼（簡(jiǎn)稱碳鋼），而特意加入一種或數(shù)種一定量合金元素的鋼稱為合金鋼,鋼鐵材料是目前乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人類社會(huì)中最為重要的金屬材料。為了熟悉并合理利用鋼鐵材料，應(yīng)了解鐵與碳的相互作用，認(rèn)識(shí)鐵碳合金的本質(zhì)及其成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,3.1 fe-fe3c合金相圖,3.3 合金鋼概述,3.2 碳鋼,3.1 fe-fe3c合金相圖,一、鐵碳合金相圖,二、鐵碳合金中的組織及其性能,

2、六、鐵碳相圖的應(yīng)用,五、含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系,三、fe-c合金的分類,四、組織組成物與含碳量關(guān)系,一、鐵碳合金相圖,1.鐵碳合金的組元,2.鐵碳合金中的相,3.鐵碳合金相圖分析,所研究的fe-fe3c相圖的位置,一、鐵碳合金相圖,1.鐵碳合金的組元,fe 鐵是過渡族元素， 熔點(diǎn)為1538，密度是 7.87g/cm3,fe3c 是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，通常稱為滲碳體。 含碳量6.69%，硬度很高，強(qiáng)度低，塑性韌性很差。理論熔化溫度1227。是介穩(wěn)定化合物，條件適當(dāng)時(shí)，會(huì)分解成單質(zhì)狀態(tài)的石墨c,碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 6.69%的鐵碳合金 脆性很大，沒有使 用價(jià)值,所以有使用 意義并被深入研究

3、的只有fe-fe3c這一 部分,固態(tài)鐵隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。該特性是鋼鐵材料通過熱處理獲得多種組織結(jié)構(gòu)與性能的理論依據(jù),固態(tài)鐵的特性同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,2. 鐵碳合金中的相,液相l(xiāng) 鐵與碳的液溶體。 相 是碳在fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶格，在1394以上存在，1495時(shí)溶碳量為0.09%。 相 是碳在fe中的間隙固溶體，呈體心立方晶格。其中碳的固溶度室溫時(shí)約為0.0008%，600時(shí)為0.0057%，在727時(shí)為0.0218%。其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、塑性好 相 是碳在fe中的間隙固溶體，呈面心立方晶格。其中碳的固溶度在1148時(shí)為2.11%。其

4、性能特點(diǎn)是強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變形 fe3c相 是一個(gè)金屬化合物（又稱滲碳體），根據(jù)其生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，對(duì)鐵碳合金的力學(xué)性能有很大影響,l,fe3c,fe3c,l,3. 鐵碳合金平衡狀態(tài)圖分析,1）鐵碳相圖中三種基本的轉(zhuǎn)變,共析轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，一定成分的固相同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩種成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程。 共晶轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，一定成分的液相同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩種成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程,注意：共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變的區(qū)別,2）鐵碳相圖中主要的點(diǎn)、線、區(qū) 含義 (p68圖4-3,1) 點(diǎn) (見p69,2) 線 液相線 固相線 三條水平線 三條特征線,

5、3) 區(qū) 4個(gè)單相區(qū) 1條垂直線 7個(gè)雙相區(qū),l,l +,l+,+ fe3c,+ fe3c,+,以組織組成物表示的fe-fe3c相圖 (p68圖4-3,以組織組成物和相組成物表示的fe-fe3c相圖,l+,l,+ fe3c,+ fe3c,二、鐵碳合金中的組織及其性能（p66,一）奧氏體（a,二）鐵素體（f,三）珠光體（p,四）萊氏體（ld,五）滲碳體（fe3c、fe3c、fe3c,相：面心立方，c處在八面體間隙位置，用符號(hào)表示。 組織：稱為奧氏體，用符號(hào)a表示,含碳量：02.11% 溫度范圍：727 1495,力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度低； 塑性好,鋼材加熱到奧氏體區(qū)后進(jìn)行鍛造和軋制,奧氏體不銹鋼（

6、188型不銹鋼,一）奧氏體（a） c溶于-fe形成的固溶體,相：體心立方，c處在八面體間隙位置，用符號(hào)表示。 組織：稱為鐵素體，用符號(hào)f表示,含碳量：00.0218%(727 ) 00.0008%(室溫) 溫度范圍：912,力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度低；塑性好,二）鐵素體（f）c溶于-fe形成的固溶體,工業(yè)純鐵0.02%c， 冷軋?zhí)岣邚?qiáng)度，得到冷軋板,工業(yè)純鐵室溫組織 f,相：+ fe3c兩種相組成 組織：珠光體，用符號(hào)p表示,含碳量：0.77% (稱為共析鋼) 溫度范圍：727,力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度較高；塑性較好。 鋼絲繩,三）珠光體（p）和fe3c形成的機(jī)械混合物,共析鋼室溫組織珠光體（p,相：

7、+ fe3c兩種相。 組織：萊氏體或室溫萊氏體，用符號(hào)ld表示,含碳量：4.3%(稱共晶白口鑄鐵) 溫度范圍：727,四）萊氏體（ld）p和fe3c形成的機(jī)械混合物,ld,ld,室溫組織: ld(p + fe3c +fe3c,ld (p+fe3c)+fe3c,共晶白口鑄鐵的室溫組織,五）滲碳體,1. c% 4.3,l,lfe3c,l +fe3c 即ld,fe3c,+fe3c即p,室溫組織: fe3c+ld 即fe3c+(p+ fe3c)+fe3c,有關(guān)三種滲碳體的結(jié)晶過程的簡(jiǎn)單分析,2. 2.11%c%4.3,l,l 初,l 共晶+fe3c即ld,初fe3c,初+fe3c即p,共晶fe3c,室

8、溫組織 ：p +fe3c+ld,共+fe3c即p,3. 0 .77%c2.11,l,l,fe3c,fe3c即p,室溫組織 : p +fe3c,4. 0.0008c0.0218,fe3c,室溫組織 : f+ fe3c,三、鐵碳合金的分類（p69,按其含碳量和在相圖上的位置可分為,wc 0.02,亞共析鋼,過共析鋼,過共晶白口鐵,亞共晶白口鐵,一）工業(yè)純鐵wc 0.02%的鐵碳合金,組織：f或f+ fe3c ，fe3c 通常沿晶界析出,工業(yè)純鐵室溫組織,性能：b 、hbs 、ak,二）亞共析鋼 （0.0218% wc 0.77,組織：pf,組織特征：隨wc% ，p% ，f% ； f形態(tài)由塊狀斷續(xù)網(wǎng)

9、狀,性能特點(diǎn)：隨wc% ， p% ， b 、hbs ， 、ak,15鋼,45鋼,65鋼,鋼中含碳量%vp0.77%vf0.0008,在顯微分析中常以p與f的面積數(shù)量比來估計(jì)亞共析鋼的含碳量,即：c50p0.8c0.40 此鋼含碳量約為0.40，即40鋼,磨制好的金相試樣，在顯微鏡下觀察其組織發(fā)現(xiàn)：組織中含有50p和50f,例如，一種未知鋼號(hào)的碳鋼(退火態(tài))，利用金相法估算此鋼的碳含量,共析鋼室溫組織,三）共析鋼（wc=0.77,組織：p,性能：良好的綜合力學(xué)性能（具有強(qiáng)度較高和一定的塑、韌性,組織特征：fe3c片狀分布于f基體上，呈貝殼狀,t12鋼退火組織 （4%硝酸酒精浸蝕,四）過共析鋼（0

10、.77% wc2.11,組織：p+ fe3c,性能特點(diǎn)：硬度高，塑、韌性低,組織特征：fe3c呈網(wǎng)狀分布于層片狀p周圍,t12鋼退火組織（堿性苦味酸鈉水溶液浸蝕,五） 亞共晶白口鑄鐵（2.11% wc 4.3,組織：p+ fe3c +ld （ld p+fe3c +fe3c,性能：硬而脆,共晶白口鑄鐵的室溫組織,六）共晶白口鑄鐵（wc =4.3,室溫組織：低溫萊氏體（ld p+fe3c +fe3c ） 高溫組織：高溫萊氏體（ld a+fe3c,性能：硬而脆,過共晶白口鑄鐵室溫組織,七）過共晶白口鑄鐵（4.3% wc 6.69,組織：ld+ fe3c （ld p+fe3c +fe3c,性能：硬而脆

11、,四、組織組成物與含碳量關(guān)系（p77,工業(yè)純鐵 wc 0.02 f+fe3c,亞共析鋼 0.0218 wc 0.77 f+p,共析鋼 wc= 0.77 p,過共析鋼 0.77 wc 2.11 p+fe3c,亞共晶白口鑄鐵 2.11 wc 4.3 p+ fe3c+ld,共晶白口鑄鐵 wc =4.3 ld,過共晶白口鑄鐵 4.3 wc 6.69 fe3c +ld,15鋼,45鋼,65鋼,t12,wc，則fe3c，且其形態(tài)由點(diǎn)狀層片狀網(wǎng)狀 基體 粗大板片狀，而 f且其形態(tài)由大塊 狀斷續(xù)網(wǎng)狀層片狀,l+ a,l,p+fe3c+ld,+ a,l+ fe3c,a,f,+ l,f+a,f+fe3c,a+fe

12、3c,fe3c+ld,a+fe3c+ld,fe3c+ld,p+fe3c,f+p,fe3c,隨著含碳量的變化，鐵碳合金的組織變化順序?yàn)?f,ffe3c,fp,p,p+fe3c,p+ fe3cld,ld,ld fe3c,由圖可知： wc1.0%時(shí)：隨鋼中wc，則其hb、b，、ak,為保證工業(yè)用鋼應(yīng)具有 足夠的b 和一定的 、ak ， 故其碳含量一般都不超過 wc1.3% 1.4,五、含碳量與力學(xué)性能的關(guān)系（p79,因鋼中出現(xiàn)fe3c網(wǎng)而導(dǎo)致鋼的b ，但hb,當(dāng) wc1.0%時(shí)：b而hb。 為什么,1.硬度 主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，隨碳含量的增加，合金的硬度呈直線關(guān)系增大

13、,2.強(qiáng)度 對(duì)組織形態(tài)很敏感。隨碳含量的增加，亞共析鋼中 p 增多而 f 減少。p的強(qiáng)度比較高，所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳含量的增大而增大。到約wc=0.9時(shí)，fe3c沿晶界形成完整的網(wǎng)，強(qiáng)度迅速降低,3.隨碳含量的增大，f量不斷減少，合金的塑性、韌性連續(xù)下降,工業(yè)上廣泛使用的鋼含碳量1.31.4,硬度80f%+180p% (hb,對(duì)于應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料亞共析鋼，合金的硬度、強(qiáng)度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下估算,或硬度80f%+800fe3c% (hb,強(qiáng)度230f%+770p% (mpa,延伸率()50f%+20p% (,六、鐵碳相圖的應(yīng)用,1.在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用,建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑

14、性、韌性好的材料，因此選用碳含量較低的鋼材。 各種機(jī)械零件需用強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料。應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼。各種工具需用硬度高和耐磨性好的材料，則選碳含量高的鋼種。 純鐵磁導(dǎo)率高，矯頑力低，可作軟磁材料使用，例如做電磁鐵的鐵心等。 白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能鍛造，但其耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良，適用于作要求耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、貨車輪、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等,2. 在鑄造工藝方面的應(yīng)用 根據(jù)fe-fe3c相圖可以確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上50100,3. 在熱緞、熱軋工藝方面的應(yīng)用 鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn)行。一般始緞、始軋溫度控制在固相線以下100200范圍內(nèi)，終緞、終軋溫度不能過低。亞共析鋼熱加工終止溫度多控制在gs線以上一點(diǎn)，過共析鋼變形終止溫度應(yīng)控制在psk線以上一點(diǎn)，一般始緞溫