铁碳合金相图[36P][1.81MB].pdf

纯铁的同素异晶转变 在固态下，金属的晶格类型随温度（或压力）变化的特性 —— 同素异晶转变 δ— Fe → γ — Fe → α — Fe 体心立方晶格 面心立方晶格 体心立方晶格 铁的同素异构转变是钢铁材料能够进行热处理的依据 一、铁碳合金的基本相和组织 1、液相 2、铁素体（ F）： 碳与 α-Fe形成的间隙固溶体 性能 :强度和硬度低，塑性和韧性好 3、奥氏体（ A）： 碳与 γ-Fe形成的间隙固溶体高温组织，在大于 727℃时存在 性能 :塑性好，强度和硬度高于 F在锻造、 轧制时常要加热到 A，可提高塑性，易于加工 4、渗碳体（ Fe3C ）： 铁与碳形成的金属化合物 性能：硬度高，脆性大 机械混合物 1、珠光体（ P ）： F与 Fe3C组成的机械混合物 性能 ---力学性能介于两者之间 2、莱氏体（ Ld ）： A与 Fe3C组成的机械混合物 性能 ---硬度高，塑性差 二、 铁碳相图分析 关于铁碳合金状态图 1、 概念 ：表示铁碳合金在不同成分和温度下 的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。

又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图是通过实验的方法建立起来的 2、 作用 ：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力加工和热处理等工艺的重要工具 相图中的相区 ( A ) ( A ) (F) A+Fe3C F+Fe3C L+A L+Fe3CI 1.铁素体（ F） 碳溶于 α— Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F（或 α）表示 溶碳量 0.0008% 727℃ 溶碳量 0.0218% 性能：与纯铁相似，强度、硬度低，而塑性和韧性好 组织：呈明亮的多边形晶粒，晶界曲折 2.奥氏体（ A） 碳溶于 γ— Fe中形成的间隙固溶体，用符号 A（或 γ）表示 727℃ 溶碳量 0.77% 1148℃ 溶碳量 2.11% 性能：有一定的强度和硬度，塑性和韧性好，适于进行锻压加工 组织：与铁素体相似，晶粒呈多边形，但晶界较铁素体平直 3.渗碳体（ Fe3 C ） 铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格的间隙化合物，用化学分子式 Fe3 C 表示 Wc=6.69% 熔点为 1227℃ 性能：硬度很高，脆性很大，塑性极差。

组织：常以片状、球（粒）状和网状等不同形态存在 • Fe 3 C是一个亚稳定的化合物，在一定温度下可分解为铁和石墨，即 : • Fe 3 C → 3Fe ＋ C(石墨 ) 4.珠光体 —— 铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号 P表示 Wc=0.77% 性能：介于铁素体与珠光体之间，即综合性能良好 5.莱氏体 —— Wc=4.3%的合金，缓慢冷却到 1148℃时从液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶组织，用符号 Ld表示 性能：与渗碳体相似，即硬度高，塑性差 三、铁碳相图分析 1、相图的坐标 纵坐标：代表温度 横坐标：代表含碳量 2、几个概念 纯铁 钢 铸铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 3、特性点 A点：纯铁的熔点 1538℃ C点：共晶点 1148℃ D点：渗碳体的熔点 1227℃ S点：共析点 727℃ G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃ E点： C在 γ-Fe中最大溶解度 1148℃ P点： C在 α-Fe中最大溶解度 727 ℃ Q点：室温时 C在 α-Fe中最大溶解度 4、特性线 ACD： 液相线 ，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全部转化为液相。

AECF： 固相线 ，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化 GS： A开始析出 F的转变线，加热时 F全部溶入 A，又称 A3线 ES： C在 A中的溶解度曲线， 又称 Acm线 ECF：共晶线，含 C量 2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出 A与 Fe3C混合物 ---莱氏体 Ld PSK：共析线，含 C量在 0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体 P ， 又称 A1线 1.铁碳合金的分类 按含碳量和室温下显微组织不同，铁碳合金分为三类： （ 1）工业纯铁 Wc < 0.0218% 显微组织为铁素体 （ 2）钢 0.0218% < Wc < 2.11% 按室温显微组织又分为： ①亚共析钢 0.0218% < Wc < 0.77% 组织为珠光体 + 铁素体 ②共析钢 Wc = 0.77% 组织为珠光体 ③过共析钢 0.77% < Wc < 2.11% 组织为珠光体 + 渗碳 四、典型铁碳合金的冷却过程 （ 3）白口铸铁 2.11% < Wc < 6.69% 按室温显微组织又分为： ①亚共晶白口铸铁 2.11% < Wc < 4.3% 组织为珠光体 + 渗碳体 + 变态莱氏体 ②共晶白口铸铁 Wc = 4.3% 组织为 变态莱氏体 ③ 过共晶白口铸铁 4.3% < Wc < 6.69% 组织为变态莱氏体 + 一次莱氏体 2.典型铁碳合金结晶过程分析 （ 1）共析钢 （ 2）亚共析钢 （ 3）过共析钢 （ 4）共晶白口铁 1、纯铁 2、共析钢 3、亚共析钢 亚共析钢组织： F+P 过共析钢结晶过程示意图 4、过共析钢 材 料 共晶白口铸铁（ X250 ） 状 态 铸造 浸蚀剂 ４％酒精溶液 组 织 变态莱氏体 说 明 变态莱氏体中白色基体为渗碳体（共晶莱氏体和二 次渗碳体），黑色圆柱及条状为珠光体 过共晶 白口 铁结 晶过 程示 意图 A+Fe3C 铁碳合金的含碳量与相及组织的关系 120 插图： 按组织组成物填写的 Fe— Fe3C相图 L L A A A A F A Fe3CⅡ Fe3CⅡ F P P P 钢的平衡结晶过程和组织形成图 亚共析钢 共析钢 过共析钢 （ 5）含碳量与组织、机械性能的关系 100 150 200 b MPa   k  k  b 3.铁碳合金状态图的应用 需塑性、韧性高 —— 选用含碳量较低的材料 （ 1）在材料选用方面的应用 需强度、塑性、韧性高 —— 选用含碳量适中的材料 需硬度高耐磨性好 —— 选用含碳量高的材料 灰口铸铁由于流动性好常用于铸件 选择浇注温度，常为液相线上 50~1000C （ 2）在铸造方面的应用 广泛应用共晶成分的铸铁 铸钢常用含碳量为 0.3~0.6%成分 选择始锻温度在 AE线以下 150~2500C （ 3）在锻压方面的应用 选择终锻温度 亚共析钢在 8000C左右 过共析钢略高于 PS线 （ 4）在热处理方面的应用 选择退火、正火、淬火温度 。