鐵碳合金的組元與基本相Fe-Fe3C相圖分析

《機械制造技術(shù)根底》教案教學(xué)內(nèi)容：鐵碳合金的組元與根本相Fe-FeC3教學(xué)方式：結(jié)合實際，由淺如深講解教學(xué)目的：了解純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；清楚鐵碳合金的根本相及其性能；把握Fe-FeC相圖的相區(qū)、特性點及特性線。3重點、難點：鐵碳合金的根本相 Fe-FeC相圖的相區(qū)、特性點及特性線3教學(xué)過程：

4章鐵碳相圖鐵碳相圖是爭論在平衡狀態(tài)下鐵碳合金成分要工具，把握鐵碳相圖對于制定鋼鐵材料的加工工藝具有重要的指導(dǎo)意義。鐵碳合金的組元與根本相純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變自然界中大多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型都不再變化，但少數(shù)金屬，如鐵、錳、鈷等，結(jié)晶后隨著溫度或壓力的變化，晶格會有所不同，金屬這種在固態(tài)下晶格類型隨溫度〔或壓力〕4-1所示。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變可概括如下：)Fe153Fe139Fe91Feα-Fe和δ-Fe都是體心立方晶格，γ-Fe據(jù)。純鐵在發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時，由于晶格構(gòu)造變化，體積也隨之轉(zhuǎn)變，這是加工過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的主要緣由。鐵碳合金的根本組織鐵碳合金在熔化溫度以上可以形成均勻的液體，該液體稱為鐵碳合金的液相，用符號L表示。在固態(tài)下碳可以有限地溶于鐵的同素異構(gòu)體相的溶解度時則會析出具有簡潔晶體構(gòu)造的間隙化合物——滲碳體。種組織：鐵素體〔F〕 圖4-1純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，它仍保持α-Fe的體心立方晶格構(gòu)造。α-Fe晶粒的間隙小，溶解碳量極微，其最大溶碳量只有0.0218〔72℃，所以是幾乎不含碳的純鐵。 180 280MPa HBS=50 80b=30 50% aKU

128 160J/cm2顯微鏡下觀看，鐵素體呈灰色并有明顯大小不一的顆粒外形。圖4-2 鐵素體晶胞示意圖 圖4-3 奧氏體晶胞示意圖奧氏體〔A〕奧氏體是碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體。它保持γ-Fe的面心立方晶格構(gòu)造。因其晶格間隙較大，所以溶碳力氣比鐵素體強，在727℃時溶碳量為0.77%，1148℃時溶碳量2.11%。組織。b400MPa;HBS=160 200;=40 50%由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之間，所以奧氏體也只消滅在高溫區(qū)域內(nèi)。顯微鏡觀看，奧氏體呈現(xiàn)外形不規(guī)章的顆粒狀構(gòu)造，并有明顯的界限。滲碳體〔Fe3C〕滲碳體是鐵與碳形成的具有簡潔斜方構(gòu)造的間隙化合物，含碳量為6.69%，硬度很高800HB，塑性和韌性幾乎為零。主要作為鐵碳合金中的強化相存在。顯微鏡下觀看，滲碳體呈銀白色光澤，并在確定條件下可以分解出石墨。珠光體〔P〕〔機械混合物。珠光體的平均含碳量為0.77%，727℃以下溫度范圍內(nèi)存在。力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，即綜合性能良好。b770MPa HBS=180 =20 35%顯微鏡觀看，珠光體呈層片狀特征，外表具有珍寶光澤，因此得名。萊氏體〔Ld〕萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。鐵碳合金中含碳量為4.3%的液體冷卻到114℃時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成高溫萊氏體L。合金連續(xù)冷卻到72轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，故室溫時由珠光體和滲碳體組成，叫低溫萊氏體d。統(tǒng)稱萊氏體。萊氏體中由于大量滲碳體存在，其性能與滲碳體相像，即硬度高，塑性差。Fe—FeC相圖分析3簡明圖解，它也是選擇材料和制定有關(guān)熱處理工藝時的重要依據(jù)。CC 由于W>6.69%的鐵碳合金脆性很大，在工業(yè)生產(chǎn)中沒有使用價值，所以我們只爭論W6.69%的局部。W=6.69%CC Fe-FeC相圖。為了便于爭論分析將其簡化，便得到了簡化的Fe-FeC3 34-4所示。A1538℃ LL+A D1148℃AG

1148CEA+Fe3CⅡ+Ld

C L+Fe3CⅠFFe3CⅠ+Ld712℃

F+AP

S A+Fe3CⅡ 727CKF Q F+PPF+Fe3CⅢ

P+Fe3CⅡ

P+Fe3CⅡ+L”d

Fe3CⅠ+L”dL”d

0.77

W(%)

2.11

6.69Fe3CC圖-3-F3eC圖簡化的Fe-FeC3共晶轉(zhuǎn)變類型的相圖，左下半局部為共析轉(zhuǎn)變類型的相圖。簡化的Fe-FeC相圖縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其中包括共晶和共析二3種典型反響。Fe-FeC3-13表3-1 Fe-FeC相圖中幾個特性點3符號 溫度/℃A 1538

含碳量〔%〕0

說 明C3純鐵的熔點C3C 1148

A+Fe Cs3S 727s3

0.77

FFeCD12276.69滲碳體的熔點E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點Fe D12276.69滲碳體的熔點E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點Fe FeP7270.0218 碳在Fe中的最大溶解度表3-2 簡化的Fe-Fe3C相圖中的特性線特性線ACD AECF GS

含 義液相線 固相線 AAF的開頭線3ES Acm

A中的固溶線，F(xiàn)e3CⅡ析出線C3ECFC3

共晶線L

A+Fe C1s31s3

F FeCAC線AE線GP線PQ線CD線

Fe3CⅢ析出線一次滲碳體結(jié)晶開頭線依據(jù)特性點和線的分析，簡化Fe-FeC相圖〔4-4所示〕主要：3四單相區(qū)：L——液相區(qū)；A——奧氏體區(qū)；F——鐵素體區(qū)；