工程材料-过控-2-铁碳合金的结构和相

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1、工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniversityofTechnology第2章铁碳合金的结构和相图*主要内容Fe-Fe3C合金相图分析铁碳合金相图中的基本相Fe-Fe3C合金相图铁碳合金的结晶过程及组织共析钢亚共析钢过共析钢铁碳合金性能与成分、组织的关系合金性能与相图的关系Fe-Fe3C合金相图的应用*铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量为0.0218%~2.11%的称钢。含碳量为2.11%~6.69%的称铸铁。铁碳合金铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%

2、）时，合金太脆，已无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。铁碳合金相图铁碳合金相图中的基本相碳在δ-Fe中的固溶体称δ-铁素体，用δ表示。都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体⒈组元：Fe、Fe3C⒉相⑴铁素体：碳在-Fe中的固溶体称铁素体,用F或表示。铁碳合金相图分析⑵奥氏体:碳在-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较

3、直。强度低、塑性好，钢材热加工都在区进行。碳钢室温组织中无奥氏体。奥氏体铁碳合金相图中的基本相⑶渗碳体：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低(b35MPa),脆性大,塑性几乎为零Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),该反应对铸铁有重要意义。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。铸铁中的石墨钢中的渗碳体铁碳合金相图中的基本相⒈相图中特征点的温度和含碳量⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++铁碳合金相图⒉特征线

4、⑴液相线—ABCD，固相线—AHJECFD⑵三条水平线：HJB：包晶线LB+δH⇄JECF：共晶线LC⇄E+Fe3C共晶产物是与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体,用Le表示。为蜂窝状,以Fe3C为基，性能硬而脆。莱氏体铁碳合金相图PSK：共析线S⇄FP+Fe3C共析转变的产物是与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。PSK线又称A1线。珠光体铁碳合金相图⑶其它相线GS,GP—⇄固溶体转变线,GS又称A3线。HN,JN—δ⇄固溶体

5、转变线，ES—碳在-Fe中的固溶线。又称Acm线。PQ—碳在-Fe中的固溶线。铁碳合金相图⑶三个三相区：即HJB(L++)、ECF(L++Fe3C)、PSK(++Fe3C)三条水平线⒊相区⑴五个单相区：L、、、、Fe3C⑵七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3C铁碳合金相图⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相①亚共析钢(0.0218~0.77%C)②共析钢(0.77%C)③过共析钢(0.77~2.11%C)铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁(<0.0218%C)组织为单相铁

6、素体。亚共析钢共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁工业纯铁典型铁碳合金的结晶过程及组织⑶白口铸铁(2.11~6.69%C)铸造性能好,硬而脆①亚共晶白口铸铁(2.11~4.3%C)②共晶白口铸铁(4.3%C)③过共晶白口铸铁(4.3~6.69%C)典型铁碳合金的结晶过程及组织㈠工业纯铁的结晶过程合金液体在1-2点间转变为，3-4点间→，5-6点间→。到7点，从中析出Fe3C。NSJBHL+++典型铁碳合金的结晶过程及组织随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+Fe3CⅢ。室温下Fe3CⅢ最大量为:从铁素体中析出

7、的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。典型铁碳合金的结晶过程及组织㈡共析钢的结晶过程合金液体在1-2点间转变为。到S点发生共析转变：S⇄P+Fe3C,全部转变为珠光体。典型铁碳合金的结晶过程及组织珠光体在光镜下呈指纹状.变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。S点以下，共析中析出Fe3CⅢ，与共析Fe3C结合不易分辨。室温组织为P.珠光体Q共析钢的结晶过程室温下，珠光体中两相的相对重量百分比是多少？Q43219共析钢的结晶过程㈢亚共析钢的结晶过程0.09~0.53%C亚共析钢冷却时发

8、生包晶反应