鐵碳合金相圖

1、鐵鐵碳合金相圖碳合金相圖第一節(jié)第一節(jié) 純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其純鐵、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能性能 第二節(jié)第二節(jié) Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖相圖第三第三節(jié)節(jié) 含碳量對碳鋼組織與性能的影響、碳鋼含碳量對碳鋼組織與性能的影響、碳鋼第一節(jié) 鐵碳合金的組元及基本相一、純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 (重結(jié)晶)純鐵的力學(xué)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好，一般不用于結(jié)構(gòu)件。Fe是元素周期表中第26號元素，相對分子質(zhì)量56、熔點(diǎn)1538。磁性轉(zhuǎn)變：770 C以上無磁性770 C以下有磁性觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：770無鐵磁性鐵磁性1394 C912 C -

2、 Fe - Fe - Fe 所謂同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，是指金屬在結(jié)晶成固態(tài)之后繼續(xù)冷卻的過程中晶格類型隨溫度下降而發(fā)生變化的現(xiàn)象，也稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，又稱重結(jié)晶。觀察純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化：磁性轉(zhuǎn)變： 770 C以上無磁性，770 C以下有磁性1538平臺是鐵的結(jié)晶溫度。結(jié)晶后是體心立方晶格Fe。1394平臺是Fe在固態(tài)下第一次同素異晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降腇e。912平臺是Fe的第二次同素異晶轉(zhuǎn)變。變成體心立方的Fe 。770時(shí)出現(xiàn)第四個(gè)平臺。這個(gè)平臺對應(yīng)的溫度稱為居里點(diǎn)。它不是同素異晶轉(zhuǎn)變，因?yàn)闆]有晶格類型的變化。只是Fe原子的外層電子排列的變化引起Fe的磁性狀態(tài)的改變。使Fe由順磁性變成鐵磁

3、性，使透磁率增加數(shù)萬倍。晶格類型雖然仍是體心立方，但是晶格常數(shù)減小了。由0.293nm變成0.233nm。這種具有鐵磁性的體心立方晶格的鐵稱為Fe。關(guān)于純鐵冷卻曲線的總結(jié)二、鐵碳合金中的基本相Fe和CL相（液相）：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鐵與碳相互作用形成的主要組織有以下幾種：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體1）鐵素體定義：碳溶于a-Fe中形成的間隙固溶體,以F或表示；性能：鐵素體的塑性、韌性很好（=3050%、aKU=160200Jcm2），但強(qiáng)度、硬度較低(b=180280MPa、s=

4、100170MPa、硬度為5080HBS)。其力學(xué)性能幾乎與純鐵相同。結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)。成分：鐵素體的溶碳能力很低，室溫時(shí)溶解度Wc0.00080，最大溶解度在727，Wc0.0218。組織：鐵素體的組織為多邊形晶粒。 2）奧氏體:定義：碳溶于 -Fe中的間隙固溶體；用A或 表示。 結(jié)構(gòu)：面心立方晶格，成分：溶碳能力比鐵素體大，在727時(shí)，wc0.77，最大溶解度在1148時(shí)，wc2.11。性能：奧氏體常存在于727以上，是鐵碳合金中重要的高溫相，強(qiáng)度和硬度不高，但塑性和韌性很好(b400 MPa、4050%、硬度為160200HBS)，易鍛壓成形。鋼材熱加工都在 區(qū)進(jìn)行。組織：為不規(guī)則多面

5、體晶粒，晶界較直。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) 。成分與性能：滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%，熔點(diǎn)為1227，硬度很高(800HBW)，塑性和韌性極低(0、aKU0)，脆性大。滲碳體是鋼中的主要強(qiáng)化相，其數(shù)量、形狀、大小及分布狀況對鋼的性能影響很大。 由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。4)4)珠光體珠光體 ( P )( P )珠光體(pearlite)是由鐵素體和滲碳體組成的多相組織，用符號P表示。珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.77%，由于珠光體組織是由軟

6、的鐵素體和硬的滲碳體組成，因此，它的性能介于鐵素體和滲碳體之間，即具有較高的強(qiáng)度(b=770MPa)和塑性(=2025%)，硬度適中（180HBS）。5)5)萊氏體萊氏體碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金冷卻到1148時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的多相組織稱為萊氏體(ledeburite)，用符號Ld表示。在727以下萊氏體由珠光體和滲碳體組成，稱為變態(tài)萊氏體，用符號Ld表示。萊氏體的性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。第 二 節(jié) 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

7、價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖。一、Fe - Fe3C 相圖的建立三種恒溫轉(zhuǎn)變 包晶轉(zhuǎn)變:成分為H點(diǎn)的固相，與它周圍成分為B點(diǎn)的液相L，在一定的溫度時(shí)，固相與L液相相互作用轉(zhuǎn)變成成分是J點(diǎn)的另一新相固溶體，這一轉(zhuǎn)變叫包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應(yīng)。即HJB-包晶轉(zhuǎn)變線. 簡化簡化Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖相圖ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T( A+Fe3C )LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+ Fe3C( F+ Fe3C )PP+F0.77%CP+Fe3CLd

8、Ld+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相圖共析相圖勻晶相圖( P+Fe3C )Fe - Fe3C Fe - Fe3C 相圖的分析提綱相圖的分析提綱 五個(gè)重要的成份點(diǎn)五個(gè)重要的成份點(diǎn): P: P、S S、E E、C C、F F。 四條重要的線四條重要的線: ECF: ECF、ESES、GSGS、PSKPSK。 三個(gè)重要轉(zhuǎn)變?nèi)齻€(gè)重要轉(zhuǎn)變: : 包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶轉(zhuǎn)變反包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。 兩個(gè)重要溫度兩個(gè)重要溫度: 1148 : 1148 、727 727 。1.包晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LB + H AJ14952.共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:LC ( AE + F

9、e3C ) Le 11483.共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:AS ( FP + Fe3C ) P 727二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析1. 特性點(diǎn)LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + (3)(3)鋼、鐵分界點(diǎn)鋼、鐵分界點(diǎn)E E（2.11%C2.11%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; 特征線 液相線ABCD， 固相線AHJECFD 三條水平線：LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe

10、3CL+ + 727 其它相線GS,GP 固溶體轉(zhuǎn)變線, GS又稱A3 線。HN,JN 固溶體轉(zhuǎn)變線，ES碳在 -Fe中的固溶線。又稱Ac m線。PQ碳在-Fe中的固溶線。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 三個(gè)三相區(qū)：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三條水平線 l 相區(qū)l 五個(gè)單相區(qū)： L、Fe3C l 七個(gè)兩相區(qū): L+、L+、L+Fe3C、 +、+Fe3C、+ 、+Fe3C Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖的總結(jié)相圖的總結(jié) 相圖中的主要點(diǎn) 相圖中各個(gè)點(diǎn)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度值及各個(gè)點(diǎn)的含義，見表4.1。相圖中的主要相變線 ABCD線為液

11、相線。溫度高于此線鐵碳合金均是液相。其中，AB線是L開始線，BC是LA開始線，CD是LFe3C開始線。從液相直接結(jié)晶出來的Fe3C稱為一次滲碳體，標(biāo)記為Fe3C。AHJECD線為固相線。溫度降到次線之下鐵碳合金全部都結(jié)晶成固相。HJB線為包晶線。當(dāng)溫度達(dá)到這條線（1495）時(shí)wc=0.090.53的鐵碳合金均有包晶轉(zhuǎn)變。即H成分的固溶體（H）和B成分的液相（LB）在1495時(shí)共同結(jié)晶成J成分的奧氏體（AJ）。表達(dá)式為H+LBAJ。ECF線是共晶線。當(dāng)溫度達(dá)到這條線（1148）時(shí)，此線下2.11wc6.69的鐵碳合金均有共晶轉(zhuǎn)變發(fā)生。PSK線是共析線，代號為A1。當(dāng)溫度到達(dá)這條線（727）時(shí)此線

12、下0.02wc6.69的鐵碳合金均會(huì)有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生.ES線為固溶線,也稱溶解度線,代號為Acm.它是奧氏體中碳的溶解度隨溫度變化曲線.當(dāng)溫度降到此線,奧氏體中多余的碳以滲碳體的形式析出。從奧氏體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體。記為Fe3C。Fe-Fe3C相圖的總結(jié)PQ線也是固溶線。它是鐵素體中碳的溶解度隨溫度變化的曲線。當(dāng)溫度降到此線,鐵素體中多余的線也以滲碳體形式析出。從鐵素體中析出的滲碳體稱為三次滲碳體。記為Fe3C.GS線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線，也是鐵素向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。代號為A3。GP線是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線, 也是鐵素向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線。實(shí)際上相圖中的這些線都是各個(gè)化學(xué)成分的合金隨溫度變化發(fā)生各種相轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn)(相變點(diǎn))的分類集合。Fe-Fe3C相圖的總結(jié) 還要指出的