职业院校工程材料（主编陈积伟）教案：第4章 铁碳合金.doc

第四章 铁 碳 合 金 【重点内容】1. 铁碳合金的基本组织； 铁碳合金相图中各点、、区的含义，了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程 铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系； 钢中常见杂质对钢的性能的影响 碳钢的分类，编号和用途铁碳合金铁碳合金铁碳合金……整个铁碳相图可以看成是由等各部分相图所组成。由于含碳量超过5%的铁碳合金机械性能和工艺性能差，没有实用价值，因此在铁碳相图中只研究相图部分，下面要分析的铁碳相图实际上就是相图，实际上普遍应用的也是相图。 图4-1 Fe-Fe3C相图 【铁碳合金相图中组元的性质和相的类型】 ㈠ 组元的性质 铁碳合金相图相图，其基本组元是，又是铁碳相图中的一个基本相，放在后面讲，这里只讲。 是ⅧB族26号元素，具有一系列优良的物理及化学性质，大家都比较熟悉，这里就不涉及，只讲铁在晶体结构上的一个性质——多晶型性，即在不同的条件下，铁具有不同的晶体结构，在条件改变时铁会发生同素异构转变。 在温室~912℃ 体心立方（b、c、c） 称 912℃~1394℃ 面心立方（f、c、c） 称 1394℃~熔点 体心立方（b、c、c） 称 （不同于，晶格尺寸较大） ㈡ 铁与碳相互作用构成的基本相 在铁碳合金中，由于含碳量和温度的不同，铁原子和碳原子相互作用可以形成铁素体、奥氏体和渗碳体等基本相。 1．铁素体 铁素体是碳在中形成的固溶体。（Ferrite）常用“F”表示，是间隙固溶体，为溶剂，保持体心立方晶格，由于的晶格间隙比碳原子的半径小得多，(的最大间隙球半径0.37，C原子溶入的间隙尺寸仅为0.19，而C原子半径为0.77)，所以，碳原子很难溶入晶格间隙，一般存在于晶格缺陷处，碳在中的溶解度度很小，最大溶解度在727℃时为0.02%，室温时仅溶C 0.0008%。 2．奥氏体 奥氏体是碳在中形成的固溶体，（Austenite），常用“A”表示，奥氏体也是间隙固溶体，因其晶格间隙尺寸较大，（最大间隙球半径为0.52）。故碳在中的溶解度较大。727℃ 溶碳0.77% 温度↑ 溶碳量↑。1148℃ 达到最大溶碳量2.11%。 3．渗碳体 渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物，分子式，是铁碳相图中的另一个组元，其含碳量为6.69%，熔点为1227℃，没有同素异构转变。 是亚稳定化合物，在一定条件下，可以分解为和石墨态的自由碳： 在降低冷却速度或添加石墨化元素Si等，均可使分解为和石墨状态的自由碳。 【铁碳相图分析】 图 4-2 Fe -Fe3C 合金相图 相图中的特性点和特性线： 1．特性点： A：铁的熔点1538℃ 0%C B：包晶反应时液态合金的浓度，1495℃ 0.53%C C：共晶点1148℃ 4.30%C，在这一点上发生共晶转变，反应式：，当冷到1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体 D：渗碳体熔点（计算值）1227℃ 6.69%C E：碳在中的最大溶解度点1148℃ 2.11%C F：渗碳体1148℃ 6.69%C G：同素异构转变点（A3）912℃ 0%C H：碳在中的最大溶解度为1495℃ 0.09%C J：包晶转变点1495℃ 0.17%C 在这一点上发生包晶转变，反应式：当冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相δ反应生成具有J点成分的固相A。 K：渗碳体 727℃ 6.69%C N：同素异构转变点（A4）1394℃ 0%C P：碳在中的最大溶解度点 0.0218%C 727℃ S：共析点727℃ 0.77%C 在这一点上发生共析转变，反应式：，当冷却到727℃时从具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物——珠光体P（） Q：碳在中的溶解度点 室温0.0008%C 2．特性线： ABCD线：液相线 ，ABCD线以上全部是液体 AHJECF：固相线 ，固相线以下全部是固体 整个相图主要是由包晶、共晶和共析三个恒温转变等组成。 （1）HJB线：包晶转变线，在这条线上发生包晶转变转变，产物奥氏体（A），含碳在0.09～0.53%的铁碳合金冷却到1495℃时都有包晶转变发生。 （2）ECF线：共晶转变线，在这条线上发生共晶转变，转变产物（混合物），含碳在2.11～6.69%的铁碳合金冷却到1148℃时，产物（P）珠光体，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。 此