汽车工程材料教学课件作者王大鹏等3.2铁碳合金课件.ppt

概述 钢铁是现代工业中应用最广泛的材料，其基本组成元素是铁和碳，故称为铁碳合金。普通碳钢和铸铁就属于铁碳合金的范畴，而合金钢则是有意加入一些合金元素的铁碳合金。 为了研究铁碳合金的组织和性能以及它们与成分、温度的关系，就必须学习铁碳合金相图。 纯铁的同素异构转变 α-Fe γ-Fe δ-Fe BCC （912℃） FCC 1394℃） BCC 金属的同素异晶转变为其热处理提供基础，钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在固态下发生同素异晶转变。 铁碳合金中的基本相 铁碳合金中的 Fe 和 C 可形成铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体三个基本相。这些基本相以机械混合物的形式结合还可形成珠光体（P）和莱氏体（Ld)。铁碳合金中这些基本组织性能各异，其数量、形态、分布直接决定了铁碳合金的性能。 铁碳合金中的基本相 1、铁素体（ferrite） 铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”（或α）表示，体心立方晶格； 虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727℃时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。 铁碳合金中的基本相 铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好，而强度、硬度低。 δ=30%~50%，AKU=128~160J σb=180~280MPa，50~80HBS。 铁碳合金中的基本相 铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒。 铁碳合金中的基本相 2、奥氏体（Austenite ） 奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”（或γ）表示，面心立方晶格； 虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有2.11%(1148℃时)，727℃时为0.77%。 铁碳合金中的基本相 在一般情况下， 奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为727~1394℃，故奥氏体的硬度较低、塑性较高，通常在对钢铁材料进行热变形加工，如锻造、热轧等时，都应将其加热成奥氏体状态，所谓“趁热打铁”正是这个意思。σb=400MPa，170~220HBS，δ=40%~50%。 铁碳合金中的基本相 奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直。 铁碳合金中的基本相 3、渗碳体（Cementite） 渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式“Fe3C ”表示。它的碳质量分数Wc=6.69％，熔点为1227℃， 质硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。 铁碳合金中的基本相 渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响。 铁碳合金中的基本相 总结： 在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。但奥氏体一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。由于铁素体中的含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。这一点是十分重要的。 铁碳合金相图 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等，有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图， 此时相图的组元为Fe和Fe3C。 ?由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分轴从0~6.69%。所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图。 铁碳相图分析 Fe—Fe3C相图看起平比较复杂，但它仍然是由一些基本相图组成的，我们可以将Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析。 在一定温度下，从液相中同时结晶出两种不同固相的转变，称作共晶转变。具有共晶转变的二元合金有Pb－Sn，Al－Si等。二元合金系中，两组元在液态下完全互溶，在固态下只能形成有限固溶体和化合物，有共晶转变的状态图，称为共晶状态图。 共析转变 单相固溶体冷却到某一温度发生析出两个成分、结构与母相都不同的新的固相的转变，这种转变称为共析转变。 1、上半部分-------共晶转变 在1148℃，4.3%C的液相发生共晶转变: Lc (AE+Fe3C)， 转变的产物称为莱氏体，用符号Ld表示。 存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，用符号Ld表示，组织由奥氏体和渗碳体组成 L4.3—→Ld(A2.11%+Fe3C共晶) ； 存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号Ldˊ表示，组织由渗碳体和珠