第4章-鐵碳合金

第4章鐵碳合金相圖4.1鐵碳合金的基本組織4.2Fe-Fe3C相圖二、鐵碳合金中的基本相Fe和CL相：液態(tài)下無限互溶、成分均勻固溶體相：C溶于Fe中形成F、A等金屬化合物相：Fe與C化合形成Fe3C鐵碳合金中的組元：Fe、C鐵碳合金中的相：液相L、α、γ和δ固溶體、

Fe3C金屬化合物在鐵碳合金中碳既可溶入α–Fe、γ-Fe，也可以溶入δ-Fe，形成不同的固溶體。4.1鐵碳合金的基本組織1）鐵素體（F）體心立方結(jié)構(gòu)碳溶于a-Fe中形成的間隙固溶體,以F或α表示；鐵素體的組織為多邊形晶粒，其力學(xué)性能幾乎與純鐵相同。鐵素體鐵素體的溶碳能力很低，為體心立方晶格；2）奧氏體(A)碳溶于

-Fe中的間隙固溶體；用A或表示。面心立方晶格，溶碳能力比鐵素體大；組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在區(qū)進(jìn)行。奧氏體面心立方結(jié)構(gòu)3、滲碳體（Fe3C）定義：鐵與碳形成的金屬化合物，是鋼鐵中的強(qiáng)化相，高溫下可分解，

Fe3C→3Fe+C(石墨)

。特點(diǎn)：含碳量為6.69%，晶格構(gòu)造十分復(fù)雜。性能很硬很脆，而塑性和韌性極低，伸長(zhǎng)率和沖擊韌性幾乎為零，在鋼中主要起強(qiáng)化作用，不能單獨(dú)應(yīng)用。

4.2鐵碳合金相圖鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它們都可以作為純組元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，已無實(shí)用價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。FeFe3CFe2C

FeCCC%(at%)→一、Fe-Fe3C相圖的建立1.配制不同成分的鐵碳合金，加熱后緩慢地冷卻，記錄數(shù)據(jù)，繪制它們的冷卻曲線（時(shí)間、溫度）；2.從冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)，并畫到成分—溫度坐標(biāo)中；3.相同意義的點(diǎn)連接起來。Fe-Fe3C相圖Fe-Fe3C

相圖ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe

Fe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相圖共析相圖勻晶相圖(P+Fe3C)二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析1.特性點(diǎn)?????LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

(3)鋼、鐵分界點(diǎn)E（2.11%C）

(1)共晶點(diǎn)C

1148℃,4.3%C共晶成分反應(yīng)式：Lc→(AE+Fe3C)共晶體，即高溫萊氏體Ld;(2)共析點(diǎn)S

727℃0.77%C共析成分反應(yīng)式:As→(Fp+Fe3C共析)共析體，即珠光體;⒉特征線⑴

液相線—ABCD，固相線—AHJECF⑵三條水平線：LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

727℃⑶

其它相線GS,GP—

?

固溶體轉(zhuǎn)變線,

GS又稱A3線。HN,JN—δ?

固溶體轉(zhuǎn)變線，ES—碳在

-Fe中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在-Fe中的固溶線。LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

⑶三個(gè)三相區(qū)：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三條水平線

⒊相區(qū)⑴五個(gè)單相區(qū)：

L、、、、Fe3C

⑵七個(gè)兩相區(qū):

L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+

、+Fe3C4.鐵碳合金分類

（1）

工業(yè)純鐵<0.0218%C

亞共析鋼<0.77%C（2）碳鋼共析鋼0.77%C

過共析鋼>0.77%C

亞共晶白口鑄鐵<4.3%C（3）白口鑄鐵共晶白口鑄鐵4.3%C

過共晶白口鑄鐵>4.3%C三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程

11珠光體1)共析鋼的結(jié)晶過程室溫組織為：P（F+Fe3C）112)亞共析鋼的

結(jié)晶過程L→L+A→A→A+F先共析AS(0.77%C)→P室溫組織為：P+F

亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218~0.77%C

范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織利用杠桿定律，可以計(jì)算出含碳量為0.40%的亞共析鋼，在室溫下組織組成物和相組成物的相對(duì)含量。113)過共析鋼的結(jié)晶過程含1.4%C鋼的組織室溫組織：P+Fe3CⅡ11補(bǔ)充：工業(yè)純鐵的結(jié)晶過程4）共晶白口鐵結(jié)晶過程L共晶反應(yīng)→Ld（AE+Fe3C共晶）AE→Fe3CⅡ

剩余A為ASAS→P(FP+Fe3C)115）亞共晶白口鐵的結(jié)晶過程室溫組織為P+Fe3CⅡ+Le’。116）過共晶白口鐵的結(jié)晶過程室溫組織為：Fe3CⅠ+Le‘Le‘（P+Fe3C共晶+Fe3CⅡ）11一、含碳量對(duì)碳鋼室溫平衡組織的影響

含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：

鋼鐵素體亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體4.2.3室溫組織性能隨成分變化規(guī)律11二、含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。0.77%C時(shí)，組織為100%P,鋼的性能即P的性能。＞0.9%C，F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，組織中有以Fe3C為基的Le’,合金太脆.三、含碳量對(duì)工藝性能的影響①切削性能:

中碳鋼合適②可鍛性能:

低碳鋼好③焊接性能:

低碳鋼好④鑄造性能:

共晶合金好