鐵碳合金相圖

1、 碳鋼與鑄鐵是使用最為廣泛的金屬材料；碳鋼與鑄鐵是使用最為廣泛的金屬材料；二者都是二者都是Fe和和C為主構(gòu)成的合金；為主構(gòu)成的合金；不同成分的碳鋼和鑄鐵，組織和性能也不同成分的碳鋼和鑄鐵，組織和性能也不相同。不相同。在研究和使用鋼鐵材料、制定其熱加工在研究和使用鋼鐵材料、制定其熱加工和熱處理工藝以及分析工藝廢品的原因和熱處理工藝以及分析工藝廢品的原因時，都需要應(yīng)用鐵碳相圖。時，都需要應(yīng)用鐵碳相圖。L：C可以溶入液態(tài)可以溶入液態(tài)Fe中形成溶液；中形成溶液；固態(tài)固態(tài)Fe具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：C可以溶入可以溶入Fe中形成間隙固溶體：中形成間隙固溶體：鐵素體：C在-Fe中的固溶體，記號

2、或F；bcc ferrite austenite 奧氏體：C在-Fe中的固溶體，記號 或A；fcc 高溫鐵素體：C在 -Fe中的固溶體，記號 ，bcc。LFeFeFeCCC00015381394912當(dāng)碳含量超過固溶體的溶解度，存在方式有二：當(dāng)碳含量超過固溶體的溶解度，存在方式有二：碳化物Fe3C（cementite）：正交點陣間隙化合物，硬脆相，主要存在于鋼、白口鑄鐵中；石墨G：簡單六方結(jié)構(gòu)，軟，如灰口鑄鐵中。G是穩(wěn)定相， Fe3C長期加熱可轉(zhuǎn)化為G。由于由于Fe3C成分與液體接近更容易形核，冷卻較成分與液體接近更容易形核，冷卻較快時易于得到。亞穩(wěn)相快時易于得到。亞穩(wěn)相對應(yīng)的相圖也有對應(yīng)的相

3、圖也有Fe-G穩(wěn)定系相圖和穩(wěn)定系相圖和Fe-Fe3C亞亞穩(wěn)系相圖。穩(wěn)系相圖。Fe3C碳化物屬于復(fù)碳化物屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，物，正交點陣，正交點陣，C原子位于原子位于Fe的八面的八面體間隙，每一個體間隙，每一個C原原子周圍有子周圍有6個個Fe原子，原子，F(xiàn)e:C=3:1高碳區(qū)合金沒有使用價值，只用富鐵角。高碳區(qū)合金沒有使用價值，只用富鐵角。單相區(qū)單相區(qū)5個，其中穩(wěn)定化合物個，其中穩(wěn)定化合物1個；個；7個個2相區(qū)，相區(qū)，3個個3相區(qū)；相區(qū)；相圖中包括包晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、共析相圖中包括包晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變?nèi)齻€恒溫轉(zhuǎn)變，相應(yīng)分成三部分轉(zhuǎn)變?nèi)齻€恒溫轉(zhuǎn)變，相應(yīng)分成三部分CFe

4、CFeLLPCSECCJCHB3727311481495000 共析轉(zhuǎn)變：共晶轉(zhuǎn)變：包晶轉(zhuǎn)變：液相線液相線ABCD;固相線固相線AHJECF;包晶線包晶線HJB共晶線共晶線ECF共析線共析線PSK(A1線線)溶解度線溶解度線ES（Acm），），PQ:C在在 、 中的溶解度；中的溶解度；GS（A3）：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變根據(jù)組織特征，根據(jù)組織特征，F(xiàn)e-C合金分為工業(yè)純合金分為工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵。鐵、鋼和鑄鐵。工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 0.0218%C，無，無P；鋼（鋼（0.0218-2.11,不不發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變有共發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變有共析轉(zhuǎn)變；析轉(zhuǎn)變；鑄鐵鑄鐵(2.11-6.69，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。發(fā)生共

5、晶轉(zhuǎn)變。69. 6 , 3 . 4(%:%3 . 4%:) 3 . 4 ,11. 2(%:11. 2 ,77. 0%77. 0%:)77. 0 ,0218. 0(%:0218. 0 , 0%:CCCCCCC過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵鑄鐵（過共析鋼：共析鋼亞共析鋼鋼工業(yè)純鐵1-2勻晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變;2:共晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變;2-3脫溶轉(zhuǎn)變脫溶轉(zhuǎn)變;3:共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變;3以下，脫以下，脫溶轉(zhuǎn)變?nèi)苻D(zhuǎn)變;LL)(3CFeLdL)(3CFeLdLIICFe3IICFe3PPIIICFe3室溫組織：室溫組織：P+Ld+Fe3CII。%5 .45%5977. 069. 611. 269. 6%72

6、7%5 .13%5977. 069. 677. 011. 2%:7277271148%41%1148%,%59%10011. 23 . 40 . 33 . 4%;41%10011. 23 . 411. 20 . 3%:1148333PCFeCFeCFeLLdLdLLIIIIII：室溫，）（即室溫剩余液相全部轉(zhuǎn)化為Fe3CI+LdFe3CI由柔軟的由柔軟的 和硬脆和硬脆的的Fe3C組成；組成；合金的性能取決于合金的性能取決于兩相的性質(zhì)、相對兩相的性質(zhì)、相對含量和分布狀態(tài)；含量和分布狀態(tài)；C% ，硬度，硬度HB線線性性 ，而塑性、韌，而塑性、韌性性 ；強度在強度在1%C出現(xiàn)出現(xiàn)極值。極值。碳鋼碳鋼

7、C%1.4%含碳量較高時，F(xiàn)e3CII在A邊界形成網(wǎng)狀，使力學(xué)性能惡化；除了耐磨性要求較高時以外；碳鋼壓力加工性能良好，碳鋼壓力加工性能良好，高溫時為單相A，塑性好可鍛軋。組織對工藝敏感組織對工藝敏感共析轉(zhuǎn)變要求固相擴散，冷卻較快時可不同程度抑制轉(zhuǎn)變。鑄造性能好，價格便宜，應(yīng)用廣。鑄造性能好，價格便宜，應(yīng)用廣。性能取決于固溶體以外多余性能取決于固溶體以外多余C的存在方式。的存在方式。白口鑄鐵，全部形成Fe3C，硬脆，耐磨；灰口鑄鐵，主要是G，切削性能好，缺口敏感性低，減振性好；0麻口鑄鐵，介于二者之間。由于冶煉條件限制，除了由于冶煉條件限制，除了Fe，C以外，以外，鋼鐵中還含有鋼鐵中還含有Si

8、，Mn，P，S，O，N，H等元素。等元素。根據(jù)不同的存在方式，它們對合金性能根據(jù)不同的存在方式，它們對合金性能影響不同。影響不同。S主要以主要以FeS，MnS形式存在；形式存在；Fe-FeS共晶溫度989，引起鍛造時“熱脆”、澆鑄及焊接時“熱裂”、氣孔等；易切削鋼中提高切削性能。P固溶在鐵素體中；固溶在鐵素體中；顯著固溶強化；降低韌性，尤其是低溫韌性，冷脆性；提高耐大氣腐蝕性。來源：脫氧劑、生鐵；來源：脫氧劑、生鐵；存在方式：固溶于鐵素體和滲碳體；存在方式：固溶于鐵素體和滲碳體； 形成非金屬夾雜物；形成非金屬夾雜物；作用：固溶強化；作用：固溶強化； 降低塑性；降低塑性； Mn與與S作用，防止熱

9、脆。作用，防止熱脆。O形成氧化物夾雜，降低塑性韌性；形成氧化物夾雜，降低塑性韌性；H固溶引起氫脆，析出引起白點；固溶引起氫脆，析出引起白點；N主要形成氮化物，主要形成氮化物，細(xì)化晶粒，與Nb,Ti,V等形成化合物；應(yīng)變時效；強化作用，但是降低塑性韌性；引起藍(lán)脆，150-300。鋼的品種較多，分類方法也很多，如鋼的品種較多，分類方法也很多，如按照碳含量，分為低碳鋼、中碳鋼和高按照碳含量，分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼；碳鋼；按照冶金質(zhì)量，分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和按照冶金質(zhì)量，分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼；高級優(yōu)質(zhì)鋼；按照用途，分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼。按照用途，分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼。結(jié)構(gòu)鋼：用于工程結(jié)構(gòu)和機器

10、零件工具鋼：刃具、模具和量具普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、工程普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、工程鑄鋼等用力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行編號。這些鋼保證鑄鋼等用力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行編號。這些鋼保證力學(xué)性能，化學(xué)成分范圍較寬，使用前大多不力學(xué)性能，化學(xué)成分范圍較寬，使用前大多不進(jìn)行熱處理。進(jìn)行熱處理。如Q235-AF，表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。Q235-C表示屈服強度為235MPa的C級鎮(zhèn)靜鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼的新編號方法與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的編號方法相同。工程用鑄鋼的牌號由“ZG” 、最小的屈服強度值、最小的抗拉強度值組成。例如ZG200-400表示屈服強度為200MPa、抗拉強度為400MPa

11、的工程用鑄鋼。鋼號用平均碳含量萬分?jǐn)?shù)的兩位數(shù)字表示。如：鋼號用平均碳含量萬分?jǐn)?shù)的兩位數(shù)字表示。如：08F08F ，20A20A，4545，15Mn15Mn。ZG35ZG35（F F表沸騰鋼，表沸騰鋼，0.20%C0.20%C，后有，后有“A A”表高級優(yōu)質(zhì)表高級優(yōu)質(zhì)鋼鋼, 15Mn, 15Mn表含表含MnMn量高）量高）制作各種機器零件，一般進(jìn)行熱處理。制作各種機器零件，一般進(jìn)行熱處理。08F08F 塑性好，冷沖壓件塑性好，冷沖壓件1010，2020 冷沖壓件，焊接件，滲碳處理。冷沖壓件，焊接件，滲碳處理。3535，4545，4040，5050 齒輪、軸類齒輪、軸類6060，6565 彈簧彈簧鋼號用平均碳含量的千分?jǐn)?shù)和鋼號用平均碳含量的千分?jǐn)?shù)和T T一起表示。一起表示。如：如：T10A, T9 ,T12, T10A, T9 ,T12, 分別表示分別表示1.0%C1.0%C，A A表示表示高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T7T7，T8T8，