鐵碳合金相圖詳解

1、37第三章第三章鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖非合金鋼[（GB／T1330491），將鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類]和鑄鐵是應(yīng)用極其廣泛的重要金屬材料，都是以鐵為基主要由鐵和碳組成的鐵碳合金。了解鐵碳合金成分與組織、性能的關(guān)系，有助于我們更好地研究和使用鋼鐵材料。本章將著重討論鐵碳相圖及其應(yīng)用方面的一些問題。鐵與碳可以形成一系列化合物：、、等。的含碳量為6.69％，CFe3CFe2FeCCFe3鐵碳合金含碳量超過6.69％，脆性很大

2、，沒有實(shí)用價(jià)值，所以本章討論的鐵碳相圖，實(shí)際是相圖。相圖的兩個(gè)組元是和。FeCFe3FeCFe33.13.1系合金的組元與基本相系合金的組元與基本相FeCFe33.l.l3.l.l組元組元⑴純鐵純鐵是過渡族元素，1個(gè)大氣壓下的熔點(diǎn)為1538℃，20℃時(shí)的密度為Fe。純鐵在不同的溫度區(qū)間有不同的晶體結(jié)構(gòu)（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變），即：2mkg3107.87?（體心）（面心）（體心）?Fe?Fe?Fe工業(yè)純鐵的力學(xué)性能大致如下：抗拉強(qiáng)度=180～23

3、0，屈服強(qiáng)度＝100～170b?MPa2.0?，伸長(zhǎng)率30～50％，硬度為50～80。MPa??HBS可見，純鐵強(qiáng)度低，硬度低，塑性好，很少做結(jié)構(gòu)材料，由于有高的磁導(dǎo)率，主要作為電工材料用于各種鐵芯。⑵是鐵和碳形成的間隙化合物，晶體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，通常稱滲碳體滲碳體，可CFe3CFe3用符號(hào)表示。具有很高的硬度但很脆，硬度約為950～1050，抗拉強(qiáng)度CmCFe3HV=30，伸長(zhǎng)率。b?MPa0??3.1.23.1.2基本相基本相相圖中除

4、了高溫時(shí)存在的液相，和化合物相外，還有碳溶于鐵形成的FeCFe3LCFe3幾種間隙固溶體相：⑴高溫鐵素體高溫鐵素體碳溶于的間隙固溶體，體心立方晶格，用符號(hào)表示。?Fe?⑵鐵素體鐵素體碳溶于的間隙固溶體，體心立方晶格，用符號(hào)或表示。中碳?Fe?FF的固溶度極小，室溫時(shí)約為0.0008％600℃時(shí)約為0.0057％在727℃時(shí)溶碳量最大，約為0.0218％，但也不大，在后續(xù)的計(jì)算中，如果無(wú)特殊要求可忽略不計(jì)。力學(xué)性能與工業(yè)純鐵相當(dāng)。⑶奧氏體

5、奧氏體碳溶于的間隙固溶體，面心立方晶格，用符號(hào)或表示。奧氏體?Fe?A中碳的固溶度較大，在1148℃時(shí)最大達(dá)2.11％。奧氏體強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變形。3.23.2相圖相圖FeCFe33.2.13.2.1相圖中各點(diǎn)的溫度、含碳量及含義相圖中各點(diǎn)的溫度、含碳量及含義FeCFe339式也可表達(dá)為：。3.4L3.4Le萊氏體組織中的滲碳體稱為共晶滲碳體共晶滲碳體。在顯微鏡下萊氏體的形態(tài)是塊狀或粒狀（727℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w）分布在滲碳體

6、基體上。A⑶點(diǎn)為共析點(diǎn)點(diǎn)為共析點(diǎn)合金在平衡結(jié)晶過程中冷卻到727℃時(shí)點(diǎn)成分的發(fā)生共析反應(yīng)，SSA生成點(diǎn)成分的和。共析反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，反應(yīng)過程中、、三相共存，PFCFe3AFCFe3反應(yīng)式為：或SACFeFP3?77.0ACFeF30218.0?共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物，稱珠光體珠光體，用符號(hào)表示，因而共P析反應(yīng)可簡(jiǎn)單表示為：77.0A77.0P中的滲碳體稱為共析滲碳體共析滲碳體。在顯微鏡下的形態(tài)呈層片狀。在放大倍數(shù)很

7、高時(shí)，PP可清楚看到相間分布的滲碳體片（窄條）與鐵素體片（寬條）。的強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間，其機(jī)械性能如下：P抗拉強(qiáng)度（）770延伸率（）20～35％b?MPa?沖擊韌性（）30～40硬度（）180ka2cmJHB2mmkgf3.2.2.23.2.2.2相圖中的特性線相圖中的特性線相圖中的為液相線；為固相線。ABCDAHJECF⑴水平線為包晶反應(yīng)線。碳含量0.09～0.53％的鐵碳含金在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)HJB

8、生包晶反應(yīng)。⑵水平線為共晶反應(yīng)線。碳含量在2.11～6.69％之間的鐵碳合金，在ECF平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共晶反應(yīng)。⑶水平線為共析反應(yīng)線。碳含量0.0218～6.69％之PSK間的鐵碳合金，在平衡結(jié)晶過程中均發(fā)生共析反應(yīng)。線在熱處理中亦稱線。⑷PSK1A線是合金冷卻時(shí)自中開始析出的臨界溫度線，通常稱線。⑸線是碳在中GSAF3AESA的固溶線，通常稱線。由于在1148℃時(shí)中溶碳量最大可達(dá)2.11％，而在727℃時(shí)僅cmAA為0.77％，因

9、此碳含量大于0.77％的鐵碳合金自1148℃冷至727℃的過程中，將從中A析出。析出的滲碳體稱為二次滲碳體二次滲碳體（）。線亦是從中開始析出CFe3IICFe3cmAA的臨界溫度線。⑹線是碳在中的固溶線。在727℃時(shí)中溶碳量最大可達(dá)IICFe3PQFF0.0218％，室溫時(shí)僅為0.0008％，因此碳含量大于0.0008％的鐵碳合金自727℃冷至室溫的過程中，將從中析出。析出的滲碳體稱為三次滲碳體三次滲碳體（）。線亦為從FCFe3IIIC

10、Fe3PQ中開始析出的臨界溫度線。FIIICFe3數(shù)量極少，往往可以忽略。下面分析鐵碳合金平衡結(jié)晶過程時(shí)，均忽略這一析出IIICFe3過程。3.33.3典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程根據(jù)相圖，鐵碳含金可分為三類：FeCFe3⑴??0.0218%C工業(yè)純鐵?⑵????????????????????2.11C0.77過共析鋼0.77%C共析鋼0.77%C0.0218%亞共析鋼2.11%C0.0218%鋼⑶??????