鐵碳合金相圖知識匯總

1、 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握 1 1、鐵碳合金的基本組織和性能特點(diǎn)；、鐵碳合金的基本組織和性能特點(diǎn)；2 2、根據(jù)鐵碳相圖，分析典型成份的結(jié)晶過程；、根據(jù)鐵碳相圖，分析典型成份的結(jié)晶過程；3 3、成份、組織與性能之間的關(guān)系。、成份、組織與性能之間的關(guān)系。 鐵碳相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對于鐵碳相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對于鋼鐵材料的應(yīng)用、熱加工及熱處理工藝的制鋼鐵材料的應(yīng)用、熱加工及熱處理工藝的制定都具有重要的指導(dǎo)意義。定都具有重要的指導(dǎo)意義。 鐵和碳可以形成一系列化合物，如鐵和碳可以形成一系列化合物，如FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC等等, , 有實(shí)用意義并被深入研有實(shí)用意義并被

2、深入研究的只是究的只是Fe-FeFe-Fe3 3C C部分，部分，F(xiàn)e-FeFe-Fe3 3C C相圖中的組元相圖中的組元只有只有FeFe和和FeFe3 3C C。第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金基本相鐵碳合金基本相一、一、 鐵素體鐵素體1 1相相 高溫鐵素體：高溫鐵素體：C C固溶到固溶到-Fe-Fe中，形成中，形成相。相。2 2相相 鐵素體（用鐵素體（用F F表示）：表示）： C C固溶到固溶到 -Fe-Fe中，形成中，形成相。相。F F強(qiáng)度、硬度低、塑性好強(qiáng)度、硬度低、塑性好 （室溫：（室溫：C%=0.0008%,727C%=0.0008%,727度：度：C%=0.0218%C%=0.0218%）

3、二、奧氏體二、奧氏體 （用（用A A表示）：表示）：C C固溶到固溶到-Fe-Fe中形成中形成相）強(qiáng)度相）強(qiáng)度低，易塑性變形低，易塑性變形三、滲碳體三、滲碳體 FeFe3 3C C相，由相，由FeFe與與C C組成一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合組成一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物物, ,滲碳體的熔點(diǎn)高，性能：硬而脆，塑性、韌性幾乎為滲碳體的熔點(diǎn)高，性能：硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。按不同生成條件形狀有：條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等零。按不同生成條件形狀有：條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)形態(tài), , 對鐵碳合金的機(jī)械性能有很大影響。對鐵碳合金的機(jī)械性能有很大影響。第二節(jié)第二節(jié) Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖分析相

4、圖分析一、相圖中的點(diǎn)、線、面：一、相圖中的點(diǎn)、線、面：三條水平線和三個(gè)重要點(diǎn)三條水平線和三個(gè)重要點(diǎn)（1 1）包晶轉(zhuǎn)變）包晶轉(zhuǎn)變線線HJBHJB，J J為包晶為包晶點(diǎn)點(diǎn)。 1495 1495攝氏度，攝氏度，C%=0.09-0.53% L+C%=0.09-0.53% L+ A A （2 2）共晶轉(zhuǎn)變線共晶轉(zhuǎn)變線ECF, CECF, C點(diǎn)為共晶點(diǎn)點(diǎn)為共晶點(diǎn)。在。在1148, 1148, C C點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的L L發(fā)生共晶反應(yīng)：發(fā)生共晶反應(yīng)：L L A A（2.11%C2.11%C）+Fe+Fe3 3C C（6.69%C6.69%C，共晶滲碳共晶滲碳體）。體）。 共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的共晶

5、混和物共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的共晶混和物, , 稱萊氏體稱萊氏體, , 以符號以符號 LeLe表示。表示。 （3 3）共析轉(zhuǎn)變線）共析轉(zhuǎn)變線PSKPSK，S S點(diǎn)為共析點(diǎn)。點(diǎn)為共析點(diǎn)。在在727, 727, S S點(diǎn)成分的點(diǎn)成分的A A發(fā)發(fā) 生共析反應(yīng)：生共析反應(yīng)： A A F + FeF + Fe3 3C C （0.0218%C0.0218%C） （6.69%C6.69%C共析滲碳體）共析滲碳體）共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物, , 稱珠光體稱珠光體, , 以符號以符號P P表示。表示。 珠光體的強(qiáng)度較高珠光體的強(qiáng)度較高, , 塑

6、性、韌性和硬度介于滲塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間碳體和鐵素體之間, , 其機(jī)械性能如下：其機(jī)械性能如下： 抗拉強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度極限b b 770MPa770MPa 沖擊韌性沖擊韌性ak3ak310105 5 J/m J/m2 24 410105 5J/mJ/m2 2 延伸率延伸率20%20%35% 35% 硬度：硬度：180180HBHB2 2液固相線液固相線 液相線液相線ABCD ABCD 固相線固相線AECFAECF二、二、Fe-CFe-C合金平衡結(jié)晶過程合金平衡結(jié)晶過程 7 7種典型種典型Fe-CFe-C合金的平衡結(jié)晶過程：合金的平衡結(jié)晶過程：（看動畫：（看動畫：Fe-CFe-

7、C合金平衡結(jié)晶過程合金平衡結(jié)晶過程 3 3種）種）1.1.工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 2.2.共析鋼共析鋼3.3.亞共析鋼亞共析鋼4.4.過共析鋼過共析鋼5.5.共晶白口鐵共晶白口鐵6.6.亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵7.7.過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵1 1工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%C%0.0218%） 鐵熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)為鐵熔點(diǎn)或凝固點(diǎn)為1538, 1538, 相對密度是相對密度是7.877.87g/cmg/cm3 3。 純鐵純鐵從液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)后從液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)后, , 繼續(xù)冷繼續(xù)冷卻到卻到13941394及及912912時(shí)時(shí), , 先后發(fā)先后發(fā)生兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。生兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 1

8、 1工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%C%0.0218%）L L L+A L+A A A A+F A+F F F F + FeF + Fe3 3C CIIIIII相組成物：相組成物：F+FeF+Fe3 3C (C%0.0008%)C (C%0.0008%)或或 F F（C%0.0008%C%0.0008%）相相對量：相相對量：F%= FeF%= Fe3 3C%=C%=組織組成物：組織組成物：F F 和和 FeFe3 3C CIIIIII 工業(yè)純鐵的機(jī)械性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、工業(yè)純鐵的機(jī)械性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。主要機(jī)械性能如下：塑性好。主要機(jī)械性能如下： 抗拉強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度

9、極限 b 180MPa 180MPa230MPa230MPa 抗拉屈服極限抗拉屈服極限 0.2 100MPa 100MPa170MPa 170MPa 延伸率延伸率 30%30%50% 50% 斷面收縮率斷面收縮率 70% 70%80% 80% 沖擊韌性沖擊韌性 a ak k 1.61.610106 6J/mJ/m2 22 210106 6 J/m J/m2 2 硬度硬度 50 50HBHB80HB 80HB 相組成物：相組成物：F F和和FeFe3 3C C相相對量：相相對量：F%= FeF%= Fe3 3C%=C%=組織組成物組織組成物 ：P PL L L+A L+A A A A+F A+F

10、 A+P+F A+P+F P+FP+F 相組成物：相組成物：F F，F(xiàn)eFe3 3C C相相對量：相相對量：F%= FeF%= Fe3 3C%=C%=組織組成物：組織組成物：F F、P P P%= F%= P%= F%=L L L+A L+A A A A+FeA+Fe3 3C CIIII A+P+FeA+P+Fe3 3C CIIII P+FeP+Fe3 3C CIIII 相組成物：相組成物：F%= FeF%= Fe3 3C%=C%=組織相對量：組織相對量：FeFe3 3C CIIII%= P%=%= P%=LL+LeLL+Le Le (A+FeLe (A+Fe3 3C C共晶共晶) Le (A

11、+FeLe (A+Fe3 3C C共晶共晶+ +FeFe3 3C CIIII) LeLe(P+Fe(P+Fe3 3C CIIII+Fe+Fe3 3C)C)相組成物：相組成物：F%= FeF%= Fe3 3C%=C%=組織組成物：組織組成物：P P，LeLe，F(xiàn)eFe3 3C CIIII相組成物：相組成物：F%= FeF%= Fe3 3C%=C%=組織組成物：組織組成物：LeLe%=Lc%=%=Lc%= FeFe3 3C%=C%=含碳量含碳量鐵碳合金在室溫下的組織都由鐵碳合金在室溫下的組織都由F F和和FeFe3 3C C兩相組成兩相組成, , 兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由杠桿定律確兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由杠桿定律

12、確定。定。隨隨C%F%C%F%，F(xiàn)eFe3 3C%C%含碳量含碳量性能性能 HBHB：取決于相及相對量取決于相及相對量強(qiáng)度：強(qiáng)度：C%C%，而而C% C% 0.9% 0.9%塑性、韌性：塑性、韌性：C%C%塑性塑性、韌性、韌性 Fe- Fe Fe- Fe3 3C C相圖在生產(chǎn)中具有巨大的實(shí)際意義相圖在生產(chǎn)中具有巨大的實(shí)際意義, , 主要應(yīng)用主要應(yīng)用在鋼鐵材料的選用和加工工藝的制訂兩個(gè)方面。在鋼鐵材料的選用和加工工藝的制訂兩個(gè)方面。 建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料, , 選用碳選用碳含量較低的鋼材。含量較低的鋼材。 機(jī)械零件需要強(qiáng)度、塑性及韌性都

13、較好的機(jī)械零件需要強(qiáng)度、塑性及韌性都較好的材料材料, , 應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼。應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼。 工具要用硬度高和耐磨性好的材料工具要用硬度高和耐磨性好的材料, , 則選則選碳含量高的鋼鐘。碳含量高的鋼鐘。 純鐵的強(qiáng)度低純鐵的強(qiáng)度低, , 不宜用做結(jié)構(gòu)材不宜用做結(jié)構(gòu)材料料, , 但由于其導(dǎo)磁率高但由于其導(dǎo)磁率高, , 矯頑力低矯頑力低, , 可作軟磁材料使用可作軟磁材料使用, , 例如做電磁鐵的例如做電磁鐵的鐵芯等。鐵芯等。 白口鑄鐵硬度高、脆性大，不能白口鑄鐵硬度高、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，適用于作要求耐好，

14、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，例磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件，例如拔絲模、冷軋輥、犁鏵、球磨機(jī)的如拔絲模、冷軋輥、犁鏵、球磨機(jī)的磨球等。磨球等。 根據(jù)根據(jù)Fe- FeFe- Fe3 3C C相圖確定合金相圖確定合金的澆注溫度。澆注溫度一般在液相的澆注溫度。澆注溫度一般在液相線以上線以上5050100100。純鐵和共晶。純鐵和共晶白口鑄鐵的鑄造性能最好白口鑄鐵的鑄造性能最好, , 它們的它們的凝固溫度區(qū)間最小凝固溫度區(qū)間最小, , 因而流動性好因而流動性好, , 分散縮孔少分散縮孔少, , 可以獲得致密的鑄件可以獲得致密的鑄件, , 所以選在共晶成分附近。在鑄鋼生所以

15、選在共晶成分附近。在鑄鋼生產(chǎn)中產(chǎn)中, , 碳含量規(guī)定在碳含量規(guī)定在0.15-0.6%0.15-0.6%之之間間, , 因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)鋼的結(jié)晶溫度因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)鋼的結(jié)晶溫度區(qū)間較小區(qū)間較小, , 鑄造性能較好。鑄造性能較好。 鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度較低強(qiáng)度較低, , 塑性較好塑性較好, , 因因此鍛造或軋制選在單相奧此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)進(jìn)行。一般始鍛、氏體區(qū)進(jìn)行。一般始鍛、始軋溫度控制在固相線以始軋溫度控制在固相線以下下100100200200范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。一般始鍛溫度為一般始鍛溫度為115011501 2 5 0 , 1 2 5 0 , 終 鍛 溫 度 為終 鍛 溫 度 為750750850850。 一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的一些熱處理工藝如退火、正火、淬火的加加熱溫度熱溫度都是依據(jù)都是依據(jù)Fe- FeFe- Fe3 3C C相圖確定的。因此有重相圖確定的。因此有重要的意義。要的意義。在熱處理工藝方面的應(yīng)用在熱處理工藝方面的應(yīng)用在運(yùn)用在運(yùn)用Fe-FeF