铁碳合金的结构及其相图

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1、第四章铁碳合金的结构及其相图教学目的及其要求通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识及铁碳相图的应用。主要内容1．铁碳合金的相组成2．铁碳合金相图及其应用3．碳钢的分类、编号及应用学时安排讲课4学时，实验2学时。教学重点1．铁碳合金相图及应用2．典型合金的结晶过程分析教学难点铁碳合金相图的分析和应用。教学过程第一节纯铁及其同素异构转变第二节铁碳合金中的相和组织组成一、铁碳合金的组元铁：熔点1538℃，塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。同素异构转变：同一种元素在固态

2、下由于温度变化而发生的晶体结构的变化。1394ºCg-Fe面心立方a-Fe体心立方d-Fe体心立方912ºCa-Fe的致密度为68％，g-Fe为74％，所以a-Fe的晶胞体积大于g-Fe。由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。碳：在Fe－Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间隙固溶体形式存在。二、铁碳合金中的基本相相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合

3、物。固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。这也是碳在合金中的两种存在形式。1．铁素体碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用a或者F表示，为体心立方晶格结构。塑性好，强度硬度低。2．奥氏体碳溶于g-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用g或者A表示，为面心立方晶格结构。塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。3．渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69％，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。渗碳体对合金性能的影响：（1）渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。（2）对强度的影响与渗碳体的形态和分布

4、有关：以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度；以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。二、两相机械混合物珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体为铁碳合金中的基本组织，是铁碳合金中的组织组成物。组织组成物：指构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可以是两相或多相混合物。显微组织：指在金相显微镜下所观察到的金属及合金内部的微观形貌，包括相和晶粒的形态、大小、分

5、布等。第三节Fe－Fe3C相图分析一、相图中的点（14个）1．组元的熔点：A(0,1538)铁的熔点；D(6.69,1227)Fe3C的熔点2．同素异构转变点：N（0,1394）d-FeÛg-Fe；G（0,912）g-FeÛa-Fe3．碳在铁中最大溶解度点：P（0.0218，727），碳在a-Fe中的最大溶解度E（2.11，1148），碳在g-Fe中的最大溶解度H(0.09，1495)，碳在d-Fe中的最大溶解度Q（0.0008，RT），室温下碳在a-Fe中的溶解度2．三相共存点：S（共析点，0.77，727），（A＋F＋F

6、e3C）C（共晶点，4.3，1148），（A＋L＋Fe3C）J（包晶点，0.17，1495）（d＋A＋L）3．其它点·B（0.53，1495），发生包晶反应时液相的成分·F（6.69,1148），渗碳体·K(6.69,727)，渗碳体二、相图中的线1．液相线(ＡＢＣＤ)：结晶时液相的成分，在其上体系为液相；2．固相线（ＡＨＪＥＣＦ）：结晶时固相的成分，其下为固相。3．恒温转变的线：HJB包晶线、ECF共晶线、PSK共析线。PSK线，共析线。在此线上的合金都要发生共析反应。冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；加热时，珠光体转变为

7、奥氏体的温度；PSK线又称A1线。4．固溶度线ES线：碳在奥氏体中的溶解度线，随温度温度，溶解度；0.77%～2.11%C。冷却时，从奥氏体中开始析出二次渗碳体的温度；加热时，二次渗碳体完全溶入奥氏体中的温度。ES线又叫作Acm线。PQ线：碳在铁素体中的溶解度；随温度，最大溶解度；0.0008%～0.0218%C；冷却时，从铁素体中开始析出三次渗碳体的温度；加热时，三次渗碳体完全溶入铁素体的温度。5．同素异构转变线：NH和NJ，GS和GP。GS线：冷却时，由奥氏体向铁素体转变的开始温度；加热时，铁素体完全转变为奥氏体的温度，

8、GS线又叫作A3线。三、相图中的相区1．单相区（4个＋1个）：L、δ、A、F、（＋Fe3C）2．两相区（7个）：L+δ、L+Fe3C、L+A、δ+A、A+F、A+Fe3C、F+Fe3C。过合金的成分点作垂直于横坐标的直线称为成分线强调！根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区的