鐵碳合金相圖與共析鋼結(jié)晶過程

鐵碳合金相圖與共析鋼結(jié)晶過程目前一頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)鐵碳合金—碳鋼和鑄鐵，是工業(yè)應(yīng)用最廣的金屬材料。含碳量為0.0218%~2.11%的稱鋼。含碳量為2.11%~6.69%的稱鑄鐵。目前二頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)鐵和碳可形成一系列穩(wěn)定化合物：Fe3C、

Fe2C、FeC，它們都可以作為相圖的組元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時(shí)，合金太脆，已無實(shí)用價(jià)值。實(shí)際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)→目前三頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ),是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù).目前四頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)一、鐵碳合金的基本相和性能碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。

都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體⑴鐵素體：碳在-Fe中的固溶體稱鐵素體,用F

或

表示。

目前五頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⑵奧氏體:碳在

-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時(shí)最大為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在A

區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體目前六頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)

構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于相變之一—固態(tài)相變。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結(jié)構(gòu)變化，其變化為：1394℃912℃-Fe?-Fe?-Fe物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變目前七頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⑶滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(b35MPa),脆性大,塑性幾乎為零Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。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。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體目前八頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)三個(gè)基本相：鐵素體、奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金平衡組織中只有兩個(gè)相，就是鐵素體和滲碳體。五種組織組成物：是構(gòu)成顯微組織的獨(dú)立部分，可以是單相，也可以是兩相或者多相混合物。鐵素體奧氏體滲碳體珠光體萊氏體珠光體：共析反應(yīng)的產(chǎn)物，是F與Fe3C片層相間的兩相混合物萊氏體：共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，高溫萊氏體是A與Fe3C兩相混合物,室溫萊氏體是珠光體與Fe3C的兩相混合物目前九頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)二、鐵碳合金相圖的分析相圖的簡化目前十頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⒈特征點(diǎn)?????L+Fe3C?目前十一頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⒉特征線⑴液相線—ACD，固相線—AECF⑵兩條水平線：ECF：共晶線LC?

E+Fe3C共晶產(chǎn)物是A與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作萊氏體,用Le表示。為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體目前十二頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)PSK：共析線

S

?FP+Fe3C共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是F與Fe3C的機(jī)械混合物，稱作珠光體，用P表示。珠光體L+Fe3C珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。PSK線又稱A1線。目前十三頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⑶

其它相線GS—A?

F

固溶體轉(zhuǎn)變線,GS又稱A3

線。ES—碳在

-Fe中的固溶線。又稱Acm線。PQ—碳在-Fe中的固溶線。目前十四頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⑶兩個(gè)三相區(qū)：即ECF(L+A+Fe3C)、PSK(A+F+Fe3C)兩條水平線

⒊相區(qū)⑴單相區(qū)：

L、A、F、Fe3C

⑵兩相區(qū):L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、A+F、F+Fe3C目前十五頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⑵鋼(0.0218~2.11%C)高溫組織為單相A

①亞共析鋼

(0.0218~0.77%C)

②共析鋼(0.77%C)

③

過共析鋼

(0.77~2.11%C)鐵碳合金按成分可分為三類：⑴工業(yè)純鐵(<0.0218%C)組織為單相鐵素體。三、典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程目前十六頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⑶白口鑄鐵

(2.11~6.69%C)

鑄造性能好,硬而脆①亞共晶白口鑄鐵

(2.11~4.3%C)②

共晶白口鑄鐵(4.3%C)③

過共晶白口鑄鐵

(4.3~6.69%C)目前十七頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)(一)共析鋼的結(jié)晶過程

合金液體在1-2點(diǎn)間轉(zhuǎn)變?yōu)锳。到S點(diǎn)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

AS?FP+Fe3C,

A全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。目前十八頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)1點(diǎn)以上：L1～2點(diǎn)：LA2～3點(diǎn)：A3～3'點(diǎn)：AP3'點(diǎn)以下：P目前十九頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)珠光體在光鏡下呈指紋狀.轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，珠光體中相的相對(duì)重量百分比為：珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點(diǎn)以下，共析F中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結(jié)合不易分辨。室溫組織為P。珠光體目前二十頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)室溫下，珠光體中兩相的相對(duì)重量百分比是多少？Q43219目前二十一頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)共析鋼的結(jié)晶過程目前二十二頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)總結(jié)：鋼的結(jié)晶過程1、共析鋼的結(jié)晶過程3、過共析鋼的結(jié)晶過程2、亞共析鋼的結(jié)晶過程L→L+A→A→P相組成物：F，F(xiàn)e3C

L→L+A→A→A+F→P+F相組成物：F，F(xiàn)e3CL→L+A→A→A+Fe3CII→P+Fe3CII相組成物：F，F(xiàn)e3C目前二十三頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)四、

含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響⒈含碳量對(duì)室溫平衡組織的影響含碳量與緩冷后相及組織組成物之間的定量關(guān)系為：

鋼鐵素體亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共析鋼白口鑄鐵二次滲碳體工業(yè)純鐵珠光體萊氏體一次滲碳體Fe3C鋼鐵分類組織組成物相對(duì)量%相組成物相對(duì)量%含碳量%00.02180.772.114.36.6910010000三次滲碳體F→F+P→P→P+Fe3CII→P+Fe3CII

+Lｄ’→Lｄ’→Lｄ’+Fe3CI目前二十四頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)⒉含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù),隨碳含量的增加,由于硬度高的Fe3C增多,硬度低的F減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大,由全部為F的硬度約80HB增大到全部為Fe3C時(shí)的約800HB。目前二十五頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)強(qiáng)度是一個(gè)對(duì)組織形態(tài)很敏感的性能。隨碳含量的增加,亞共析鋼中P增多而F減少。P的強(qiáng)度比較高,其大小與細(xì)密程度有關(guān)。組織越細(xì)密,則強(qiáng)度值越高。F的強(qiáng)度較低。所以亞共析鋼的強(qiáng)度隨碳含量的增大而增大。目前二十六頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)但當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過共析成分之后,由于強(qiáng)度很低的Fe3CII沿晶界出現(xiàn),合金強(qiáng)度的增高變慢,到約0.9%C時(shí),Fe3CII沿晶界形成完整的網(wǎng),強(qiáng)度迅速降低,隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加,強(qiáng)度不斷下降,到2.11%C后,合金中出現(xiàn)Le時(shí),強(qiáng)度已降到很低的值。再增加碳含量時(shí),由于合金基體都為脆性很高的Fe3C,強(qiáng)度變化不大且值很低,趨于Fe3C的強(qiáng)度(約20MPa～30MPa)。目前二十七頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)塑性

鐵碳合金中Fe3C是極脆的相,沒有塑性。合金的塑性變形全部由F提供。所以隨碳含量的增大,F量不斷減少時(shí),合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時(shí),塑性就降到近于零值了。

目前二十八頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)五、鐵碳相圖的應(yīng)用(1)鋼鐵選材1、需要韌性、塑性好的（起重機(jī)構(gòu)架、輸電鐵塔）可選用含碳小于0.25%的碳鋼2、需要強(qiáng)度、韌性都較好（重要的地腳螺栓、軸、齒輪等）可選用含碳0.3%~0.5%的鋼；各類彈簧、板簧需要含碳0.5%~0.75%的鋼；3、需要耐磨的（工具、模具、軸承類）可選用含碳0.8%~1.3%的鋼。目前二十九頁\總數(shù)三十二頁\編于十四點(diǎn)(2)在鑄造工藝方面的應(yīng)用1、根據(jù)相圖可確定合金的澆注溫度。從圖中看出，鑄鐵的澆注溫度比鋼低，所以鑄鐵的鑄造性能大大優(yōu)于鑄鋼。2、共晶點(diǎn)C的鐵碳合金鑄造性能最好。越是接近共晶點(diǎn)C的鐵碳合金結(jié)晶溫度越低，合金的流動(dòng)性好。3