Fe—C合金的组织和性能.ppt

6. Fe—C合金的平衡结晶过程及组织 （1）工业纯铁 以Wc=0.01%的合金为例 室温组织为：α+ Fe3CⅢ Fe3CⅢ最多为0.33% 如下图 转变过程：L→L+δ→δ→δ+γ→γ →α+γ→α→α+ Fe3CⅢ 匀晶转变＋多晶型转变＋脱溶沉淀 工业纯铁室温组织图（200×） （2） 共析钢 共析钢（Wc=0.77%） 室温组织为P（α+ Fe3C），P呈层片状，是α和Fe3C的层片交替重叠的机械混合物。如图7.53图中的白色片状为α，黑色片状为Fe3C。 过程如下：L→L+γ→γ→P+γ→P（α+ Fe3C） 匀晶转变＋共析转变＋脱溶沉淀 * Fe—C合金的组织和性能 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金（alloys of the iron－carbon system）。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 铁碳相图(如图7.50)是一个较复杂的二元合金相图，它概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。在铁碳合金中，Fe与C可以形成一系列化合物：Fe3C、Fe2C、FeC。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 Fe-Fe3C相图 1.Fe—C合金中的组元 铁碳合金中组元：纯铁(Fe) 渗碳体（Fe3C） (1) 纯铁（Fe） 纯铁（pure iron） WFe 99.8%，原子序数26，原子相对质量55.85，纯铁的熔点1538℃，汽化点2738℃，密度7.87g/㎝3。 纯铁固态下具有同素异构转变（allotropic transformation）：912°C以下为体心立方(bcc)晶体结构，912°C到1394°C之间为面心立方(fcc)结构, 1394°C到熔点之间为体心立方(bcc)结构。 纯铁具有磁性转变（768℃磁性转变、magnetic transformation）。纯铁的强度低，塑性好(软)，很少用于结构材料。主要利用铁磁性（ferromagnetism）。 纯铁的同素异构转变 纯铁的显微组织 (2) 渗碳体(Fe3C) 渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以化合物(Fe3C)形式出现的。它具有复杂的晶格(正交晶系)，其晶体结构如图。Fe3C是由C原子构成的一个斜方晶格， 原子周围有六个Fe原子，构成一个八面体，而每个Fe原子属于两个八面体共有，Fe:C=3:1。 Fe3C熔点为1227℃，Fe3c是一种亚稳化合物，在一定条件下，渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。所以Fe—Fe3C相图又叫介稳定系相图，Fe－C相图又叫稳定系相图，若把Fe—Fe3C相图与Fe－C相图画在同一图上，称为Fe－C合金双重相图. Fe3C在230℃以下具有铁磁性，常用A0表示这个临界点。 Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条状。渗碳体硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接近于0。它是钢铁材料中的主要强化相。Fe3C中碳和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固溶体。Fe被Cr、Mn等原子金属置换，形成以Fe3C为基的固溶体，称为合金渗碳体。 渗碳体的晶格 Fe-Fe3C双重相图 2. Fe—C合金中的基本相 －A 在Fe—Fe3C相图中，Fe—C合金在不同条件(成分，温度)下，可有六个基本相： L相、δ相、γ相、α相、Fe3C相、石墨（C） （1）液相(L) Fe与C在高温下形成的液体溶液。(ABCD线以上) （2）δ相[高温铁素体（high temperature ferrite）] C在δ－Fe的间隙固溶体。在1459℃时最大溶解量可达0.09%，为bcc结构，也称高温铁素体（high temperature ferrite）。 （3）渗碳体（cementite） 前面已讨论过 Fe—C合金中的基本相 －B （4） 奥氏体（austenite） 奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体（austenite）。γ具有fcc结构。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148