铁碳相图-铁与碳可以形成一系列化合物： 铁碳合金含碳量超过6.69% 。脆性很大,.doc

第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：、、等。的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是-相图。相图的两个组元是和。 3.1 -系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变），即： -（体心）-（面心）-（体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度=180～230，屈服强度＝100～170，伸长率30～50％，硬度为50～80。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵ 是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号表示。具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050，抗拉强度=30，伸长率。 3.1.2 基本相 -相图中除了高温时存在的液相，和化合物相外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于-的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号表示。 ⑵铁素体 碳溶于-的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号或表示。中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于-的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号或表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。 3.2 -相图 3.2.1 -相图中各点的温度、含碳量及含义 -相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。 图3.1及表3.1中代表符号属通用，一般不随意改变。 C, ％(重量) → 图3.1 -相图 表3.1相图中各点的温度、含碳量及含义 符号 温度（℃） 含碳量[%（质量）] 含 义 A B C D E F G H J K N P S Q 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 600 （室温） 0 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218 0.77 0.0057 (0.0008) 纯铁的熔点 包晶转变时液态合金的成分 共晶点 Fe3C的熔点 碳在γ-Fe中的最大溶解度 Fe3C的成分 α-Fe→γ-Fe同素异构转变点 碳在δ-Fe中的最大溶解度 包晶点 Fe3C的成分 γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点 碳在α-Fe中的最大溶解度 共析点 600℃（或室温）时碳在α-Fe中的最大溶解度 3.2.2 -相图中重要的点和线 3.2.2.1 三个重要的特性点 ⑴点为包晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时。点成分的与点成分的 发生包晶反应，生成点成分的。包晶反应在恒温下进行，反应过程中、、三相共存，反应式为： 或 。 ⑵点为共晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时。点成分的发生共晶反应，生成点成分的和。共晶反应在恒温下进行，反应过程中、、三相共存，反应式为： 或 。 共晶反应的产物是与的共晶混合物，称莱氏体，用符号表示，所以共晶反应式也可表达为： 。 莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状（727℃时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。 ⑶点为共析点 合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时点成分的发生共析反应，生成点成分的和。共析反应在恒温下进行，反应过程中、、三相共存，反应式为： 或 共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，用符号表示，因而共析反应可简单表示为： 中的渗碳体称为共析渗碳体。在显微镜下的形态呈层片状。在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。 的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间，其机械性能如下： 抗拉强度（） 770 延伸率（） 20～35％ 冲击韧性（） 硬度（） 0 3.2.2.2 相图中的特性线 相图中的为液相线；为固相线。 ⑴水平线为