焊接技師培訓(xùn)教材(鐵碳合金)

（鐵碳合金）焊接技師培訓(xùn)教材張明錄

目錄2

一.鐵碳合金的基本相和組織二.鐵碳合金狀態(tài)圖三.鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變液態(tài)純鐵在1538℃開(kāi)始結(jié)晶，得到

δ-Fe1394

℃

γ-Fe912

℃

α-Fe（體心立方晶格）（面心立方晶格）（體心立方晶格）一.鐵碳合金的基本相和組織1.鐵碳合金的基本相（1）鐵素體（F）鐵素體—碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體。

由于α-Fe為體心立方晶格，碳在α-Fe中的溶解度較小，727℃時(shí)為0.0218%，室溫時(shí)為0.0008%。由于F的含碳量很低，故鐵素體的性能與純鐵相似，它具有良好的塑性和韌性，低的強(qiáng)度和硬度（2）奧氏體（A）奧氏體—碳溶解在γ-Fe中所形成的間隙固溶體。

γ-Fe為面心立方晶格，晶格間隙較大，故奧氏體（A）的溶碳能力較強(qiáng)，1148℃時(shí)，含碳量2.11%，727℃時(shí)，含碳量0.77%

奧氏體的強(qiáng)度和硬度不高，具有良好的塑性，當(dāng)鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)，能較順利的進(jìn)行加工。（3）滲碳體（Fe3C）滲碳體—是鐵和碳的化合物，其含碳量為6.69%

滲碳體硬度很高，約為800HBs（W），脆性很大，而塑性和韌性幾乎等于零。（4）珠光體（P）——F+Fe3C珠光體—鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。它是奧氏體在冷卻到727℃的恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到的產(chǎn)物，因此，它只存在于727℃以下，其平均含碳量為0.77%

從珠光體的顯微組織中可以看到珠光體中的鐵素體和滲碳體是層層交替排列的。

珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，具有一定的塑性。（5）萊氏體（Ld）萊氏體分為：高溫萊氏體（727℃以上），A+Fe3C

低溫萊氏體（727℃以下），P+Fe3C

高溫萊氏體用Ld表示，低溫萊氏體用L’d表示

高溫萊氏體—含碳量為4.3%的鐵碳合金，在1148℃時(shí)從液態(tài)中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。低溫萊氏體—由于奧氏體在727℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在727℃以下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成。

萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高，塑性差。鐵碳合金的基本相和組織中，鐵素體、奧氏體、滲碳體是基本相，分別為單相組織，珠光體和萊氏體則是由基本相組成的多相組織。貝氏體：含量具有一定飽和程度的鐵素體和極分散的滲碳體所組成的混合物。

鐵碳合金狀態(tài)圖是表示在極緩慢冷卻（或極緩慢加熱）的情況下，不同成份的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的一種圖形。二.鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖1.Fe-Fe3C狀態(tài)圖中幾個(gè)主要臨界點(diǎn)點(diǎn)的符號(hào)溫度含碳量意義ACDEGS153811481227114891272704.36.692.1100.77純鐵的熔點(diǎn)共晶點(diǎn)LA+Fe3C滲碳體熔點(diǎn)碳在γ-Fe中最大溶解度α-Feγ-Fe純鐵的同素異體共析點(diǎn)AF+Fe3C2.Fe-Fe3C狀態(tài)圖中的特性物理意義物理線(xiàn)意義ACDAECFGSESECFPSK鐵碳合金液相線(xiàn)鐵碳合金的固相線(xiàn)冷卻時(shí)，從奧氏體中析出鐵素體的開(kāi)始線(xiàn)。用A3表示碳在奧氏體中溶解度線(xiàn)。用Acm表示LA+Fe3C共晶轉(zhuǎn)變線(xiàn)AF+Fe3C共析轉(zhuǎn)變線(xiàn)。用A1表示

（1）鋼（含碳量＜2.11%的鐵碳合金稱(chēng)為鋼）亞共析鋼：含C＜0.77%，室溫組織主要是F+P

共析鋼：含C=0.77%，室溫組織全部是P

過(guò)共析鋼：含C＞0.77%，室溫組織主要是P+Fe3CⅡ3.鐵碳合金的分類(lèi)

鐵碳合金分為：鋼、白口鐵（2）白口鐵（含碳量在2.11~6.69之間的鐵碳合金）亞共晶白口鐵：C＜4.3%，室溫組織是P+Fe3CⅡ+L/d

共晶白口鐵：C=4.3%，室溫組織是L/d（低溫萊氏體）過(guò)共晶白口鐵：C＞4.3%，室溫組織是

Fe3CⅡ+L/d

一般將含碳量＞2.11％（一般為2.5~4%)的鐵碳合金稱(chēng)為鑄鐵

鋼經(jīng)過(guò)加熱獲得奧氏體組織后，如在不同的條件下冷卻，最后得到使鋼獲得不同的機(jī)械性能。三.鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1.過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變奧氏體在臨界溫度A1以下是不穩(wěn)定的，必然要發(fā)生轉(zhuǎn)變，但并不是一冷到A1溫度以下就立即發(fā)生轉(zhuǎn)變，它在轉(zhuǎn)變前要需要停留一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為孕育期。在A1溫度下暫時(shí)存在的，處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱(chēng)為“過(guò)冷奧氏體”。

將高溫奧氏體迅速冷卻到低于A1的某一溫度，并保持恒溫，讓過(guò)冷奧氏體在此溫度完成其轉(zhuǎn)變的過(guò)程，稱(chēng)為過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變。過(guò)冷奧氏體在不同溫度進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，將獲得不同的組織和性能。

全面表示過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間關(guān)系的圖形，稱(chēng)為奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)。

由于其曲線(xiàn)形狀與“C”字母相似，故奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)又稱(chēng)為C曲線(xiàn)。下圖為共析鋼（0.77%含碳量）的C曲線(xiàn)。（1）過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的建立

由圖可知，在C曲線(xiàn)拐彎的“鼻尖”處(約550℃)，孕育期最短，此時(shí)過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定，易分解。

圖中a為開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)，b為轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)，aa’是過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)，在轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)左邊是過(guò)冷奧氏體區(qū)。bb’為過(guò)冷奧氏體終了線(xiàn)，在轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)右邊，轉(zhuǎn)變已經(jīng)完成，是轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。aa’線(xiàn)與bb’為過(guò)冷奧氏體與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存的過(guò)度區(qū)。A1—奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的臨界溫度Ms—過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的開(kāi)始溫度，約230℃Mf—過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的終了溫度，約-50℃（2）過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能組織名稱(chēng)符號(hào)形成溫度范圍顯微組織特征硬度（HRC）珠光體PA1-650℃粗片狀混合物＜25索氏體S650-600細(xì)片狀混合物25-35屈氏體T600-550極細(xì)片狀混合物35-40上貝氏體B上550-350羽毛狀組織40-45下貝氏體B下350-Ms黑色針狀組織45-55（3）冷卻速度對(duì)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響（以共析鋼為例）V1-轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體，相當(dāng)于隨爐冷卻（10℃/分）V2-轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為索氏體，相當(dāng)于空冷（10℃/秒）V3-相當(dāng)于油冷（150℃/秒），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物一部分為屈氏體，另一部分為馬氏體（因?yàn)槔鋮s線(xiàn)未與轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)相交）。V4-相當(dāng)于水冷（600℃/秒），冷卻過(guò)快，過(guò)冷奧氏體來(lái)不及分解便被冷卻到Ms以下，全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體V臨-恰好與C曲線(xiàn)的開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度相切，是奧氏體不發(fā)生分解而全部冷卻到Ms以下向馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度，稱(chēng)為臨界冷卻速度。只要V＞V臨就得到全部馬氏體組織。

（4）馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)冷卻速度大于V臨時(shí)，奧氏體很快過(guò)冷到Ms以下，γ-Fe晶格迅速向

α-Fe晶格轉(zhuǎn)