第3章铁碳合金相图yb-2010精读.ppt

第3章? 铁碳合金相图及碳素钢 钢铁材料是铁碳合金系中具有实用价值的部分，是目前人类社会中应用最为广泛的工程材料。反映铁碳合金的化学成分、相、组织与温度关系的相图已经诞生一百多年。百余年来随着技术的进步世界各国的金属学工作者对这张相图进行了越来越精确的测定。形成了目前通用的图样。它是一个比较复杂的相图，是由多种基本类型相图组成。 12 3.1 铁碳合金中的相 铁碳合金的组元Fe与C相互作用可以形成几种很重要的相。碳在Fe-C合金中的存在形式主要有三种：固溶到铁晶格间隙中的固溶碳、与Fe形成间隙化合物的化合碳、游离在Fe-C合金中的游离碳。铁与碳相互作用形成的主要相有以下几种：①铁素体②奥氏体③渗碳体 铁素体 铁素体是碳原子固溶到?-Fe中形成的间隙固溶体。代号为F或?。虽然?-Fe的体心立方晶格总空隙度较大（32％），但是每个具体的空隙直径都不大，仅有0.072nm，远小于碳原子的直径（0.154nm）。所以，碳在?-Fe中的溶解度很小。室温时溶解度ωc≤0.0008％≈0。最大溶解度在727℃，ωc≈0.0218％。铁素体是一种强度不高但是塑性很好的相，见铁素体是钢铁材料在室温室时的重要相，常作为基体相存在。 δ=30%～50% ψ=70%～80% ak=160～200J/cm 2 晶格结构：BCC 性能： σb=180～230MPa HBS=50～80 770℃以下具有磁性 铁素体 奥氏体 它是碳原子固溶到?Fe中所形成的间隙固溶体。代号为A或? 。它存于727℃以上。面心立方的?Fe虽然总间隙为 26％，小于?Fe。但是，具体间隙的直径却较大，最大的直径是0.104nm近于碳原子直径。所以碳原子在?Fe中的溶解度大于在?-Fe中的溶解度。在727℃时，ωc＝0.77％最大溶解度在1148℃时，ωc≈2.11％。奥氏体是一种强度不高塑性很好的高温相。是热变形加工所需要的相。一般情况奥氏体不存在于室温。 晶格结构：FCC 性能： σb≈400MPa HBS=170～220 高塑性，δ=40%～50% 非铁磁性 渗碳体 它是铁与碳形成的间隙化合物(金属化合物)。分子式是Fe3C。有固定的ωc＝6.69％，熔点为1227℃。可视为是一种组元。渗碳体是具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性的。渗碳体也是钢铁材料在室温下的重要相。 晶格结构：复杂正交 性能：σb≈30MPa HBS=800 δ≈0 ψ≈0 硬而脆（耐磨性好） Fe3C 3Fe+C（石墨） 高温 珠光体 ( P ) 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 莱氏体 ( Ld ) 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。 3.2 铁碳合金相图分析 铁碳合金相图对于了解钢铁材料平衡状态下的组织和性能有重要意义。对于制定钢铁材料的铸、锻、焊及热处理等工艺有直接的指导意义。 铁和碳两个组元不仅能形成各种固溶体相而且可以产生一系列的化合物。如，Fe3C、Fe2C、FeC等。但是对于ωc＞6.69％的铁碳合金，因其力学性能很差，在机械工程中没有使用价值。因此，Fe-C合金相图实际上只有Fe-Fe3C相图是我们讨论的对象，见图。Fe-Fe3C相图对于了解碳素钢和白口铸铁及工业纯铁的显微组织与温度关系是很直观的。 Fe - Fe3C 相图 A C D E F G S P Q 1148℃ 727℃ L A L+A 4.3%C 2.11%C 0.0218%C 6.69%C Fe Fe3C T° Ld Ld+Fe3CⅠ A+Ld+Fe3CⅡ F A+F P 0.77%C Ld’ K ( P+Fe3C ) P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’+Fe3CⅠ P+F P+Fe3CⅡ ( F+ Fe3C ) A+ Fe3CⅡ L+ Fe3CⅠ ( A+Fe3C ) （1）相图中的主要点:相图中各个点的碳的质量分数、温度值及各个点的含义，见表。 3.2.1 相图中各特性点、线和区域 （2）相图中的主要相变线： ABCD线为液相线。 温度高于此线铁碳合金均是液相。其中，AB线是L→δ开始线，BC是L→A开始线，CD是L→Fe3C开始线。从液相直接结晶出来的Fe3C称为一次渗碳体，标记为Fe3CⅠ。 2. AHJECF线为固相线。 温度降到次线之下铁碳合金全部都结晶成固相。 3. HJB线为包晶线。 当温度达到这条线（1495℃）时wc=0.09％～0.53％的铁碳合金均有包晶转变。即H成分的δ固溶体（δH）和B成分的液相（LB）在1495℃时共同结晶成J成分的奥氏体（AJ）。表达式为δH+LB→AJ。 4. ECF