福州大学材料科学基础课件第五章 铁碳相图.ppt

第二章 铁碳相图及铁碳合金的结晶 §2.1 铁碳合金中碳的存在形式 一、 纯铁的多形性 从高温到低温，纯铁由液相依次发生了三种多形性变化： 液相（L） δ-Fe γ-Fe α-Fe 其中： δ-Fe为体心立方晶体结构。 γ-Fe为面心立方晶体结构。 α-Fe为体心立方晶体结构 二、碳在铁中的固溶体 1)铁素体 :碳在α-Fe中的间隙固溶体，用α或F表示； 最大溶解度（727℃）为0.0218%C（重量） 碳存在位置：α-Fe的八面体间隙 2)奥氏体：碳在r-Fe中的间隙固溶体，用γ或A表示； 最大溶解度（1148℃）为2.11%C（重量） 碳存在位置：r-Fe的八面体间隙 三、铁碳化合物 铁碳化合物—— 渗碳体: Fe3C 晶体结构：Fe3C属于正交晶系，晶胞中有12个Fe原子，4个C原子 化学式 Fe3C， 含C 6.69%(wt%) 特点：硬而脆，塑性几乎为零，室温有磁性，居里点为230℃，熔点（计算值）1227℃ 3.石墨 四、石墨 石墨晶体结构：简单六方点阵， 成层状结构，每一层上（0001）原子间以很强的共价键结合。 特点：硬度很低，HB3～5，塑性几乎为零 §2-2 铁碳合金相图 1. Fe-Fe3C相图 三个转变 1、包晶转变： LB+δH=γJ 2、共晶转变： 1148℃时，LC＝ γE＋Fe3C。 共晶体γE＋Fe3C称为莱氏体，用字母Ld表示。莱氏体继续冷却至727℃时，莱氏体中的奥氏体要发生相变，相变后的莱氏体用 表示。 3、共析反应： 727℃时，γS＝αP＋Fe3C。 共析体αP＋Fe3C称为珠光体，用P表示。 三条具有重要热处理意义的线 PSK线（A1线） 2. 铁碳合金的平衡结晶和组织转变 1）铁碳合金的分类 工业纯铁：碳含量小于0.0218％的铁碳合金。 钢：碳含量在0.0218～2.11％之间的铁碳合金称为钢，其特点是结晶过程不发生共晶反应。 钢又分为： 共析钢：碳含量为0.77％ 亚共析钢：碳含量在0.0218～0.77％ 过共析钢：碳含量在0.77～2.11％ 铸铁：碳含量在2.11～6.69％之间的铁碳合金称为铸铁，又称白口铁。 亚共晶白口铁：2.11～4.30%C 共晶白口铁：4.30%C 过共晶白口铁：4.30～6.69%C 1、工业纯铁（C 0.0218%）： 室温组织：α＋Fe3CⅢ ， α 晶粒为多边形， Fe3CⅢ分布在晶界上。 2、共析钢：C＝0.77% 室温组织：P 3、亚共析钢（C 0.0218～0.77%）： 如C： 0.4% 室温组织：F＋P 4、过共折钢：（C 0.77～2.11%C）： 如1.2%C 室温组织:P+Fe3CⅡ 5、共晶白口铁（4.3%） 室温组织：变态莱氏体 6、亚共晶白口铁（2.11～4.3%C） 如3.0%C 室温组织：珠光体+二次渗碳体+变态莱氏体 7、过共晶白口铁（4.3～6.69%C） 如5.0%C 室温组织：一次渗碳体+变态莱氏体 三、铁——石墨相图 §2-3 碳钢 一、碳含量对钢（平衡态）的组织与性能的影响 1、碳钢组织组成物 1）F：强度、硬度低、塑性、韧性高 2）F3C：脆而硬，塑性几乎为零 3）P：由F和Fe3C混合而成，性能取决于P的两相混合比和片间距 2、含碳量对组织和力学性能的影响 1）亚共析钢：C↑→F↓，P↑→强度、硬度↑，塑性、韧性↓ 2）过共析钢：C↑→Fe3CⅡ↑ 由沿晶界断续分布→连续分布→硬度、强度↑，塑性、韧性↓。 当C1.0%时，由于Fe3CⅡ数量增加，且呈连续网状沿晶界分布分布，由于脆性引起强度降低，但硬度继续提高。 二、杂质元素对钢的组织和性能的影响 1、硅和锰： 来源：脱氧剂或炼钢生铁 有益元素，固溶强化 2、硫： 来源：炼钢生铁和铁矿石 危害：1）在热加工时引起热脆性 2）影响钢材焊接性能 3）使铸钢件在铸造主力作用下发生热裂 3、磷 来源：炼钢生铁中残存下来 降低钢的塑性和韧性；明显降低低温韧性 。 4、氮 来源：炉料（潮湿、生锈）和炉气 淬火时效 ；应变时效 ；兰脆 5、氢 来源：炉料（潮湿、生锈）和炉气 白点 ；氢脆 6、氧 来源：炼钢是氧化过程，虽然经脱氧，但仍会残留一部分 降低塑性、韧性。 * 1538℃ 1394℃