钢与铸铁是当今工业中应用最广泛.doc

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1、铁碳合金相图的应用摘要：铁碳合金相图反映了铁碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系。利用铁碳相图可以制定各种热加工及热处理工艺的加热温度，还可以通过它分析钢铁材料的性能，它是研究钢铁的重要理论基础。关键词：铁碳合金相图；成分；组织；性能；淬透性引言钢与铸铁是当今工业中应用最广泛的合金，由于其他合金元素的加入钢和铸铁的成分不一样，品种很多。尽管如此，其基本组成还是铁和碳两种元素，因此研究钢和铸铁时，首先要了解简单的铁碳二元合金的组织与性能。铁与碳可以形成,,等多种稳定化合物，因此，铁碳相图可以分成四个独

2、立的区域。因为含碳量大于5％的铁碳合金在工业上没有什么应用价值，所以在研究铁碳合金是，仅研究部分。下面我们探讨的铁碳相图也就是的相图。铁碳合金中的碳可以有两种方式存在即渗碳体（Fe3C）或石墨。一般情况下，铁碳合金是按Fe-Fe3C系进行转变，但Fe3C实际上是一个亚稳定相，在一定条件下可以分解为铁的固溶体和石墨。因此，铁碳相图常表现为和Fe-石墨双重相图。1.铁碳合金中的组元及相（1）纯铁纯铁熔点1538℃，温度变化时会发生同素异构转变。在912℃以下为体心立方，称α铁（α-Fe）；912℃-139

3、4℃之间为面心立方，称为γ铁（γ-Fe）,在1394℃-1538℃（熔点）之间为体心立方，被称为δ铁（δ-Fe）。（2）铁的固溶体碳溶解于α铁或δ铁中形成的固溶体为铁素体，用α或δ表示（有的书上面用F表示）。碳在铁素体中的最大溶解度为0.0218％。碳溶解于γ铁中形成的固溶体为奥氏体，用γ表示（有的书上用A表示）。碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％。（3）（渗碳体）具有复杂的斜方结构，无同素异构转变。它的硬度很高，塑性几乎为零，是脆硬相。在刚和铸铁中可呈片状、球状、网状、板状。它是碳钢中主要的强化相

4、。它的量、形状、分布对钢的性能影响很大。渗碳体在一定条件下，可能分解而形成石墨状态在自由碳:（石墨），这种现象在铸铁及石墨钢中有重要意义。1.估算碳钢和铸铁铸造熔化加热温度。在铸造工艺中，首先要把合金加热融化，即要加热达到相图上的液态区间（“L”区），因此可以根据相图上的液相线（“ACD”线）确定碳钢和铸铁的浇注温度,为制定铸造工艺提供基础数据[2]。由铁碳相图可知，共晶成分的合金（4.3%C）结晶温度最低，其凝固温度间隔最小(为零)[3]，故流动性好，体积收缩小，易获得组织致密的铸件；此外，越接近共

5、晶成分的合金，其液相线与固相线（“ACD”与“AECF”线）间距离越小，即结晶温度范围越小，从而合金的流动性好，有利于浇注，也就是越接近共晶成分的合金其铸造性越好，所以在铸造生产中，接近于共晶成分的铸铁得到较广泛的应用。钢的铸造性不如铸铁，其流动性较差，收缩性较大，容易产生分散缩孔和偏析，且铸件内应力大，容易产生变形和开裂[1]。但从相图可以看出，含碳量在0.15%～0.60%范围内的合金,液、固相线间的距离较小，结晶温度范围较窄，铸造性能相对较好，因而铸钢件的含碳量一般在0.15%～0.60%之间；

6、同时由相图还可看出，钢的铸造熔化加热温度比铸铁要高。2.估算碳钢锻造加热温度。锻造是利用材料的塑性变形来成型的一种工艺，锻造加热的目的也正是为了提高材料的塑性变形。由铁碳相图可知，含碳量小于2.11%的铁碳合金在较高温度下可得到单相奥氏体，即AESG区间，利用奥氏体的塑性好、变形抗力小，碳钢锻造时易于成形。利用铁碳合金相图可以确定碳钢锻造时的加热温度，一般始锻温度控制在固相线(AE线)以下100～200℃，以利于充分地塑性变形；温度过高,不仅使材料严重氧化,甚至会发生晶界熔化。终锻温度，对亚共析钢，一

7、般应稍高于GS线，即控制在奥氏体区内：终锻温度过高，奥氏体在变形终了后的冷却中晶粒还会长大；而终锻温度过低，则由于铁素体呈带状组织，使钢的机械性能产生方向性，从而降低钢的韧性[1]。对于过共析钢，选择在ES线与PSK线之间的温度范围，目的是利用变形时的机械作用击碎网状的Fe3CⅡ，一般为800～850℃。3.估算热处理加热温度。热处理工艺与铁碳合金相图有着更为直接的关系。根据对工件材料性能要求的不同,各种不同热处理方法的加热温度都是参考铁碳合金相图制定的[4]。在钢的热处理工艺中要应用到相图的左下角部

8、分,如图2所示。在相图上，碳钢在平衡条件下加热和冷却的相变线有：PSK线——共析转变线（A1线）；GS线——同素异构转变线（A3线）；ES线——固溶线（Acm线），它们是平衡条件下钢发生组织转变的三条温度线，称为临界点。利用A1、A3、Acm线可以确定共析钢、亚共析钢、过共析钢的完全奥氏体化温度，为制定热处理工艺提供理论数据。由于实际生产中，加热和冷却都有一定的速度，因而钢的结晶或熔化均滞后于A1、A3和Acm，通常把实际加热时的临界点记为Ac1、Ac3