二元相图分析（一）.pptVIP

一. 铁碳合金相图 ( Iron – Carbon Phase Diagram ) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金（alloys of the iron－carbon system）。 Fe3C Fe2C FeC 温度 Fe C (6.69%C) 铁碳相图概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的关系。在铁碳合金中，Fe与C可以形成一系列化合物：Fe3C、Fe2C、FeC。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。化合物是硬脆相，工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 (一) Fe—Fe3C相图中的组元 铁碳合金中组元铁(Fe)和碳(C)，而Fe—Fe3C合金相图的组元：纯铁和渗碳体（Fe3C） 1. 纯铁（Fe） 纯铁固态下具有同素异构转变（allotropic transformation）：912℃和1394℃ 纯铁具有磁性转变（768℃磁性转变、magnetic transformation）。 纯铁的强度低，塑性好(软)，很少用于结构材料。主要利用铁磁性（ferromagnetism）。 纯铁的显微组织 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化 2. 渗碳体(Fe3C) 渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以化合物(Fe3C)形式出现的。它具有复杂的晶格，其晶体结构如图。Fe3C是由C原子构成的一个斜方晶格， 原子周围有六个Fe原子，构成一个八面体，而每个Fe原子属于两个八面体共有，Fe:C=3:1。 渗碳体的晶格 Fe3C熔点为1227℃，Fe3c是一种亚稳化合物，在一定条件下，渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。Fe—Fe3C相图为介稳定系相图，Fe－C相图为稳定系相图，二者的Fe－C合金双重相图。 Fe3C在230℃以下具有铁磁性，A0表示。 Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条状。渗碳体硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接近于0。它是钢铁材料中的主要强化相。Fe3C中碳和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固溶体。Fe被Cr、Mn等原子金属置换，形成以Fe3C为基的固溶体，称为合金渗碳体。 (二) Fe—C合金中的基本相 在Fe—Fe3C相图中，Fe—C合金在不同条件(成分，温度)下，可有六个基本相： L相、δ相、γ相、α相、Fe3C相、石墨（C） 1. 液相(L) : Fe与C在高温下形成的液体溶液。(ABCD线以上) 2. 高温铁素体(δ相): C在δ－Fe的间隙固溶体。在1459℃时最大溶解量可达0.09%，为bcc结构，也称高温铁素体（high temperature ferrite）。 3. 奥氏体（austenite） 奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体。γ具有fcc结构。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心，单相γ区存在于NJBESGN区域内(727~1459℃)。奥氏体的硬度(HB170~ 220)较低，塑性(延伸率δ为40%~50%)高。奥氏体的显微组织见下图。γ是顺磁性(paramagnetism)，具有fcc结构。晶粒呈平直多边形。 4.渗碳体（cementite） 5.铁素体（ferrite） 铁素体(α或F)是C溶于α-Fe形成的间隙固溶体称为铁素体。C原子溶于八面体间隙。单相α相在GPQ以左部分。铁素体的含碳量非常低，在727℃时C在α-Fe中最大溶解量为0.0218%，室温下含碳仅为0.005%，所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50~80)低，塑性(延伸率δ为30%-50%)高。铁素体的晶粒常呈多边形。是铁磁性，具有bcc结构。 6. 石墨(C)：在一些条件下，碳可以以游离态石墨(graphite) 稳定相存在。所以石墨是铸铁的一个基本相。 (三) Fe—Fe3C相图分析 Fe—Fe3C相图的分析围绕三条水平线可把Fe—Fe3C相图分解为三个部分考虑：左上角的包晶部分，右边的共晶部分，左下角的共析部分。 分析点、线、区特别是重要的点