[材料科学]fe-c合金相图和碳钢

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1、铁-碳合金相图与碳钢1黑色金属——以铁及铁碳为主的合金（钢铁与铸铁）有色金属——其它金属及其合金（Cu、Al、Ti等及其合金）金属材料黑色金属有色金属2§1.铁碳合金的基本组织与性能钢铁—Fe-C合金。根据Fe-C合金中含碳量不同，组织、性能和应用场合也不同。一、Fe-C合金的基本组织1.铁素体(F)2.奥氏体(A)3.渗碳体（Fe3C）4.珠光体（P）5.莱氏体(Ld)31.铁素体(F)定义：C在α-Fe中的间隙固溶体。特点：晶体结构——bcc4铁的溶碳能力决定于晶格中原子间的间隙大小。只有当

2、晶格中间隙半径与碳原子半径相接近时，碳原子才能溶入到晶格间隙中去。在727℃最大溶碳量为0.0218%。铁素体具有良好塑、韧性，较低的强度、硬度。铁素体其室温性能接近于纯铁。铁素体是钢中基体相。52.奥氏体(A)定义：C在γ-Fe中的间隙固溶体。特点：晶体结构——fcc6γ-Fe的溶碳能力比α-Fe要大。在1148℃最大溶碳量为2.11%；随着温度的下降，溶碳能力逐渐下降，在727℃最大溶碳量为0.77%。奥氏体具有一定的强度和硬度，塑性也很高，在生产中，钢材大多数要加热至高温奥氏体状态进行压力

3、加工。（锻造、轧钢）73.渗碳体（Fe3C或Cm）定义：Fe与C形成的金属化合物。特点：晶体结构与碳和铁都不一样，是一种复杂的斜方晶格类型。渗碳体中碳的质量分数是6.69％。8渗碳体：具有高熔点（1227℃），高硬度（950～1050HV），但脆性大。塑性和韧性极低，不能单独使用。渗碳体：在钢铁中的形态：呈片状、球状或网状。渗碳体：在铸铁中的形态：石墨状（片状、球状、团絮状和蠕虫状）渗碳体是钢中——主要强化相。94.珠光体（P）定义：铁素体与渗碳体形成的混合物。特点：珠光体是铁素体与渗碳体交替排

4、列形成的机械混合物。珠光体碳的质量分数平均为0.77％。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度和塑性，硬度适中，是一种综合力学性能较好的组织。10115.莱氏体(Ld)定义：奥氏体与渗碳体形成的混合物。特点：含碳量为4.3%的液态铁-碳合金在1148℃时形成的共晶产物:奥氏体+渗碳体——高温莱氏体(Ld)；在727℃时形成的混合物:珠光体+渗碳体——低温莱氏体(L’d)。12莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。莱氏体的显微组织可以看成是在渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体(或

5、珠光体）。低温莱氏体的显微组织13指出：铁碳合金形成的组织中，基本相:铁素体+渗碳体。基本组织:铁素体、珠光体、奥氏体、莱氏体和渗碳体。14§2.铁碳合金相图（状态图）铁碳合金相图（状态图）是表示在极其缓慢冷却(或缓慢加热)条件下，不同成分的合金，在不同的温度下所具有的组织状态的一种图形。作用：研究铁-碳合金成分-温度-组织结构之间关系的图形。1516一、铁碳合金相图的组成171.铁碳合金相图简图（简化的Fe-Fe3C相图）182.铁碳合金相的组成Fe和C可以形成一系列的化合物。如：Fe3C、F

6、e2C、FeC。生产中实际使用的Fe-C合金，含C%量一般不超过5%。含C%量过高，材料尽管硬度很高，但脆性极大，难以加工，没有使用价值。基本相：F和Fe3C19二、Fe-Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织1）主要特性点（七个）A、C、D、E、G、S、P2）主要特性线（六条）ACD、AECF、GS、ES、ECF、PSK203）区域内组织单相组织：（L、A、F、P、Ld、L’d、Fe3C）双相组织：（L+A、L+Fe3CⅠ、A+F、A+Fe3CⅡ、F+P、P+Fe3CⅡ、Fe3CⅠ+L

7、d、Fe3CⅠ+L’d）叁相组织：（A+Ld+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+L’d）211.主要特性点的含义22重点掌握：1.共晶点：C点―1148℃―4.3%C共晶转变：LCAE+Fe3C组织：高温萊氏体——Ld组织：变态萊氏体——Ld′2.共析点：S点―727℃―0.77%C共析转变：ASFP＋Fe3C组织：珠光体——P232.主要特性线的含义24重点掌握：1.GS线—（A3线）A冷却时析出F的开始线。2.ES线—（Acm线）碳在A中的溶解度曲线；A冷却时析出Fe3CⅡ的开始线。3.ECF线—

8、（共晶转变线）发生共晶转变开始线。4.PSK线—（A1线）发生共析转变开始线。253.区域内组织演变26三、铁碳合金的分类铁碳合金按其含碳量和室温平衡组织的不同，一般分为：工业纯铁、钢、白口铸铁(生铁)。27铁碳合金的成分和组织关系28四、铁碳合金的成分、组织与性能的关系随着含碳量的不同，组织变化顺序：FF+PPP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+L’dL’dL’d+Fe3CⅠ指出：含碳量越高，F数量越少，Fe3C数量越多。含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性韧性越低。29(F)(P)(P+Fe3C