铁碳合金(史上最好用地)

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1、实用文档第一节铁碳合金中的相与基本组织一、Fe的同素异晶转变及晶格结构Fe是元素周期表中第26号元素，相对分子质量56、体积质量7.8/cm3、熔点1538℃。Fe具有同素异晶转变现象。所谓同素异晶转变是指金属在结晶成固态之后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生变化的现象，也称同素异构转变。同素异晶转变也是通过成核长大的过程来完成原子重新排列的，也是一种结晶过程，也有结晶潜热产生。但是，它是在固态下进行的晶格类型的转变，有别于液态金属的凝固结晶，也有别于变形金属再固态下的再结晶。因此，同素异晶转变也被称为重

2、结晶，是一种固态相变。由于晶格类型不同，其原子排列的致密度也不同。因此，在同素异晶转变时，会引起宏观体积的变化和内应力的增加。由于同素异晶转变时也有潜热释放，所以，在金属冷却曲线上也会以一个平台形式表现出来。只是比结晶平台小些。图5-1是铁的冷却曲线。大全实用文档从冷却曲线上可见到第一个1538℃的平台是铁的结晶温度。结晶后是体心立方晶格dFe。当温度降到1394℃出现第二个平台。这是Fe在固态下第一次同素异晶转变。转变成为面心立方的gFe。当继续冷却到912℃时出现第三个平台，这是Fe的第二次同素异晶转变。变

3、成体心立方的bFe。当继续冷却到769℃时出现第四个平台。这个平台对应的温度称为居里点。它不是同素异晶转变，因为没有晶格类型的变化。只是Fe原子的外层电子排列的变化引起Fe的磁性状态的改变。使Fe由顺磁性变成铁磁性，使透磁率增加数万倍。晶格类型虽然仍是体心立方，但是晶格常数减小了。由0.293nm变成0.233nm。这种具有铁磁性的体心立方晶格的铁称为aFe。在不是专门研究材料磁性时，同时体心立方结构的bFe和aFe可不加以区分统称为aFe。我们在这里主要是讨论铁碳合金的力学性能，可以不必区分bFe和aFe。认

4、为912℃的同素异晶转变是由gFe转变成aFe。铁的同素异晶转变可简单的记作：dFe←→gFe←→aFe。大全实用文档正因为Fe具有这种同素异晶转变才使得钢也存在多种固体相变。这正是钢可以进行各种热处理的基础。二、铁碳合金中的相铁碳合金的组元Fe与C相互作用可以形成几种很重要的相。碳在Fe-C合金中的存在形式主要有三种：固溶到铁晶格间隙中的固溶碳、与Fe形成间隙化合物的化合碳、游离在Fe-C合金中的游离碳。铁与碳相互作用形成的主要相有以下几种：1.铁素体：铁素体是碳原子固溶到a-Fe中形成的间隙固溶体。代号为F

5、或a。虽然aFe的体心立方晶格总空隙度较大（32％），但是每个具体的空隙直径都不大，仅有0.072nm，远小于碳原子的直径（0.154nm）。所以，碳在a-Fe中的溶解度很小。室温时溶解度Wc≤0.0008％≈0。最大溶解度在727℃，Wc≈0.0218％。碳原子在aFe晶格间隙中的可能位置见图5-2。铁素体是一种强度不高但是塑性很好的相，见表5-1。铁素体是钢铁材料在室温室时的重要相，常作为基体相存在。大全实用文档2.奥氏体：它是碳原子固溶到gFe中所形成的间隙固溶体。代号为A或g。它存于727℃以上。面心立

6、方的gFe虽然总间隙为26％，小于aFe。但是，具体间隙的直径却较大，最大的直径是0.104nm近于碳原子直径。所以碳原子在gFe中的溶解度大于在a-Fe中的溶解度。在727℃时，wc＝0.77％最大溶解度在1148℃时，wc≈2.11％。碳原子在g大全实用文档Fe晶格间隙中的可能位置，见图5-3。奥氏体是一种强度不高塑性很好的高温相。是热变形加工所需要的相。一般情况奥氏体不存在于室温。3.渗碳体它是铁与碳形成的间隙化合物。分子式是Fe3C。其晶体结构见图2-16。有固定的Wc＝6.69％，熔点为1227℃。可

7、视为是一种组元。渗碳体是具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性的相见表5-1。渗碳体也是钢铁材料在室温下的重要相。常作为钢的第二相弥散强化的强化相。4.石墨它是Fe-C合金中游离存在的碳，代号G。它以简单六方晶格结构存在。强度、塑性、硬度都很低。在钢中通常是不允许它存在。否则会降低钢的力学性能。但是在铸铁材料中为了增加铸铁的切削加工性和降低铸铁的脆性并能保证一定的强度和韧性，常采用一些工艺措施使大多数的化合碳转变成游离碳的石墨。使铸铁由白口变成灰口，成为有用的工程材料（详见铸铁一章）。大全实用文档还有，在1394℃

8、以上有一个δ铁素体相。它是碳固溶到δFe中形成的一种间隙固溶体高温相，在1495℃时有最大的溶解度为Wc≈0.09％。但是在我们所讨论的范围内一般用不到这个相。此外，铁碳合金在液态时成为液相，代号是L。上述这些相，在Fe-C合金中的显微组织中均被称为相组成物。在室温下，铁碳合金中最重要的相是铁素体和渗碳体。它们在钢铁材料中既可一独立存在，也可以以机械混合物形式组成一些基本组织。三、铁碳