铁碳合金相图详解

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1、第三章铁碳合金相图非合金钢[（GB／T13304-91），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

2、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

3、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

4、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。49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ABCDEFGHJKNPSQ153814951148122711481148912149514957271394727727600（室温）00.534.306.692.116.6900.090.176.6900.02180.770.0057(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

5、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

6、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。49⑶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

7、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（）30～40硬度（）1803.2.2.2相图中的特性线相图中的为液相线；为固相线。⑴水平线为包晶反应线。碳含量0.09～0.53％的铁碳含金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。⑵水平线为共晶反应线。碳含量在2.11～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反应。⑶水平线为共析反应线。碳含量0.0218～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均

8、发生共析反应。线在热处理中亦称线。⑷线是合金冷却时自中开始析出的临界温度线，通常称线。⑸线是碳在中的固溶线，通常称线。由于在1148℃时中溶碳量最大可达2.11％，而在727℃时仅为0.77％