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1、铁碳合金的结晶一.铁碳相图 ☆提示：重点内容 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等,有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为Fe-Fe3C相图,此时相图的组元为Fe和Fe3C。 Fe-Fe3C相图53 Fe-Fe3C相图中各点的温度、碳含量及含义符号温度,℃
2、碳含量ω(C)%含义A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成分C11484.30 共晶点Lc → AE+Fe3CD12276.69Fe3C的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69Fe3C的成分G9120 α-Fe→ γ-Fe同素异构转变点(A3)H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点LB+δH → AJK7276.69Fe3C的成分N13940 γ-Fe→ δ-Fe同素异构转变点(A4)P7270.0218碳在α
3、-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点(A1)As→FP+Fe3CQ6000.0057600℃时碳在α-Fe中的溶解度 (室温)(0.0008) 1.铁碳合金的组元 (1)Fe 铁是过渡族元素,熔点或凝固点为1538℃,相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后,继续冷却到1394℃及912℃时,先后发生两次同素异构转变。（见2-1-2）？纯铁是如何结晶的53 工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。主要机械性能如下： 抗拉强度极限σb 180MPa～2
4、30MPa 抗拉屈服极限σ0.2 100MPa～170MPa 延伸率δ 30%～50% 断面收缩率ψ 70%～80% 冲击韧性ak 1.6×106J/m2～2×106J/m2硬度 50HB～80HB(2)Fe3C Fe3C是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物,通常称为渗碳体,用Cm表示。53 渗碳体的机械性能特点是硬而脆,大致性能如下：抗拉强度极限σ
5、b延伸率 δ 断面收缩率ψ 冲击韧性 ak 硬度30MPa000800HB2.铁碳合金中的相 Fe-Fe3C相图中存在五种相。 ①液相L 液相L是铁与碳的液溶体。 ②δ相δ相又称高温铁素体,是碳在δ-Fe中的间隙固溶体,呈体心立方晶格,在1394℃以上存在,在1495℃时溶碳量最大,为0.09%。 ③α相 α相也称铁素体,用符号F或α表示,是碳在α-Fe中的间隙固溶体,呈体心立方晶格。铁素体中碳的固溶度极小,室温时约为0.0008%,600℃时为0.0057%,在7
6、27℃时溶碳量最大,为0.0218%。铁素体的性能特点是强度低、硬度低、塑性好。其机械性能与工业纯铁大致相同。 ④γ相 相常称奥氏体,用符号A或γ表示,是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,呈面心立方晶格。奥氏体中碳的固溶度较大,在1148℃时溶碳量最大达2.11%。奥氏体的强度较低,硬度不高,易于塑性变形。⑤Fe3C相 Fe3C相是一个化合物相,其晶体结构和性能已于前述,渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响。3.相图中重要的点和线 53重要的点:
7、J为包晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时,B点成分的L与H点成分的δ发生包晶反应,生成J点成分的A。 C点为共晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时,C点成分的L发生共晶反应,生成E点成分的A和Fe3C。共晶反应在恒温下进行,反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物,称莱氏体,以符号Le表示。 莱氏体中的渗碳体称共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A(室温时转变成珠光体)分布在渗碳体基体上。 S点为共析点。合金
8、在平衡结晶过程中冷却到727℃时,S点成分的A发生共析反应,生成P点成分的F和Fe3C。共析反应在恒温下进行,反应过程中,A、F、Fe3C三相共存。 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,以符号P表示。 珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。在显微镜下珠光体的形态呈层片状。在放大倍数很高时,可清楚看到相间分布的渗碳体片(窄条)与铁素体片(宽条)。 珠光体的强度较高,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
