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第九章 铁碳合金和铁碳相图 组 元： 纯铁、渗碳体 基 本 相： 高温铁素体（δ）、 铁素体（α）、 奥氏体（γ） 基本组织： 珠光体（P）、 莱氏体（Le/Le’） 第一节 铁碳合金的组元与基本相 纯铁 珠光体（ P ）： 铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间。 莱氏体（ Ld ）： 奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 性能---硬度高，塑性差。 Fe - Fe3C 相图 Fe - Fe3C 相图 两种反应： 相图中主要线的含义 ABCD线—液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。 JECF线—固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。 ECF水平线—共晶线 含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148 ℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。 PSK水平线—共析线（A1线） 含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727 ℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。 GS线—（A3线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。 ES线—称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。 典型铁碳合金的结晶过程及组织 过共析钢结晶过程分析 碳含量对铁碳合金室温组织的影响 硬　　　度 强　　　度 Ｃ％↑, 亚共析钢中P增多而F减少。P的强度高。组织越细密, 则强度值越高。F的强度较低。所以亚共析钢的强度随Ｃ％↑而增大。 共析成分之上, 由于强度很低的Fe3CII沿晶界出现, 合金强度的增高变慢, 到约0.9%C时, Fe3CII沿晶界形成完整的网, 强度迅速降低, 随着碳质量分数的进一步增加, 强度不断下降, 到2.11%C后, 合金中出现Le时, 强度已降到很低的值。 再增加碳含量时, 由于合金基体都为脆性很高的Fe3C, 强度变化不大且值很低, 趋于Fe3C的强度(约20 MPa～30 MPa)。 塑　　　性 铁碳合金中Fe3C是极脆的相, 没有塑性。合金的塑性变形全部由F提供。所以随碳含量的增大, F量不断减少时, 合金的塑性连续下降。到合金成为白口铸铁时, 塑性就降到近于零值了。 亚共析钢的平衡结晶过程 L相冷却 L相→ δ相 L相+ δ相→ γ相，并且L相有剩余 剩余L相→ γ相 γ单相的冷却 γ相→ α相，但γ相有剩余 共析反应：剩余γ相→P（α+Fe3C），存在先析α相 亚共析钢的结晶过程分析 注意事项 先析铁素体（α相）在随后的冷却过程中会析出Fe3CⅢ，但量很少可忽略 亚共析钢室温平衡组织：先析铁素体+珠光体P 利用杠杆定律计算先析铁素体与珠光体的质量分数，计算铁素体（先析铁素体+P光体中的铁素体）与渗碳体的质量分数 亚共析钢的平衡结晶过程 计算727 ℃下, 组织组成物的质量分数 a组织组成物的 质量分数 P组织组成物的 质量分数 P a P A(0.0218) B(0.77) 0.6 C 亚共析钢的平衡结晶过程 过共析钢的平衡结晶过程 单相液体的冷却 L相→ γ相 γ单相固溶体（奥氏体）的冷却 γ相中析出二次渗碳体（Fe3CⅡ） 共析转变： γ相→（ α+Fe3C），存在Fe3CⅡ 注意事项 从奥氏体中析出的Fe3C称为二次渗碳体 Fe3CⅡ沿奥氏体晶界呈网状析出，使材料的整体脆性加大 过共析钢室温平衡组织：珠光体P+ Fe3CⅡ 利用杠杆定律计算珠光体与二次渗碳体的质量分数 过共析钢的平衡结晶过程 共晶白口铁的平衡结晶过程 单相液体的冷却 共晶反应：L→Ld（γ+Fe3C） 共晶中的γ相不断析出Fe3CⅡ，不可见 共析反应： Ld（γ+Fe3C） → Ld’（P+Fe3C） 注意事项 冷却过程中莱氏体中的奥氏体相析出， Fe3CⅡ，但其依附于莱氏体中的Fe3C长大，不可见 共晶白口铁室温组织：变态莱氏体Le ’（珠光体呈粒状分布在Fe3C基体上） 共晶白口铁的基体相是Fe3C脆性相，材料整体脆性较大，硬度较高 亚共晶白口铁的平衡结晶过程 单相液体的冷却 共晶反应：剩余L→Ld（γ+Fe3C） 先共晶γ相不断析出Fe3CⅡ，共晶γ相析出Fe3CⅡ不可见 共析反应： Ld（γ+Fe3C） → Ld’（P+Fe3C） 先共晶γ相 → P 匀晶反应： L→ γ相 室温组织： Ld’（P+Fe3C） + P+ Fe3CⅡ 亚共晶白口铁的室