材料成型技术1.3

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1.3铁碳合金铁碳合金：以铁为基体，有不同碳含量的合金，称为铁碳合金。铁碳合金是工业上应用最广泛的合金。 1.3.1铁碳合金的基本组织（1）.铁碳合金中，固态时可形成固溶体、化合物、机械混合物（2）.铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。（3）.纯铁：熔点1538℃，有同素异构转变；碳：在铁碳合金中的存在形式有固溶体、金属化合物、石墨。 1.铁素体铁素体：即α-Fe铁中溶入碳元素构成的固溶体，用符号F或α表示。它仍保持溶剂α-Fe的的体心立方晶格结构。由于α-Fe内原子间的空隙比较小，故溶碳能力极小，在727℃时溶碳能力达到最大，其碳的质量分数为0.02%。随着温度下降，溶碳量逐步减少，在室温时只能溶解微量。力学性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。 2.奥氏体奥氏体：即(γ-Fe)中溶入碳元素构成的固溶体，用符号A或γ表示。它仍保持γ-Fe的晶体结构。由于γ-Fe内原子间的空隙比α-Fe大，故溶碳能力也较大，在1148℃时的碳的质量分数可达2.11%。力学性能：具有一定的强度，塑性很好。易锻压成形。 3.渗碳体渗碳体:化学式为Fe3C的金属化合物。渗碳体中碳的质量分数为6.69%,晶格结构复杂。渗碳体属于正交晶系，点阵常数为:a=0.4524nm，b=0.5089nm，c=0.6743nm。渗碳体晶胞内含有12个铁原子和4个碳原子，符合Fe∶C=3∶1的关系。力学性能：硬度很高(HV=950~1050)，而塑性极差，不能单独应用，在铁碳合金中起强化作用。图1-12渗碳体晶格 4.珠光体(金相组织)珠光体:铁素体薄层(片)与渗碳薄层(片)交替重叠组成的共析组织,用符号P表示,其碳的质量分数为0.77％。珠光体通常是由奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体形成的。力学性能：介于铁素体和渗碳体之间,强度较高,塑性较差。 5.莱氏体(金相组织)莱氏体:即铸铁或高碳高合金钢中由奥氏体(或其转变产物)与渗碳体组成的共晶组织，属于机械混合物，其碳的质量分数为4.3%。莱氏体通常在高温下由奥氏体和渗碳体组成，727℃以下由珠光体和渗碳体组成,分别用符号Ld和L’d表示。力学性能：与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差。 1.3.2铁碳相图铁碳相图：是用纵坐标表示温度,横坐标表示碳的量分数的铁碳合金不同相的平衡图,如图1-13所示。用途：铁碳相图是用实验方法作出的,是研究钢和铸铁的成分、温度与组织之间关系的重要工具，是选材和制定钢铁材料铸造、锻造和热处等热加工工艺的基本依据。 图1-13铁碳相图1.铁碳相图及其各成分组织示意图 符号温度℃含碳量%(重量)特性A15380纯铁的熔点C11484.3共晶反应点D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69渗碳体G9120α-Fe与γ-Fe同素异晶转变点K7276.69渗碳体N13940γ-Fe与δ-Fe同素异晶转变点P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析反应点Q6000.008600℃时碳在α-Fe中的最大溶度表1－1相图中主要特性点的含义 2.铁碳合金的分类及室温组织（１）工业纯铁即w(C)≤0.0218%的铁碳合金。室温组织：为铁素体和极少量的三次渗碳体。 (2)钢钢：即0.0218%0.77%,室温组织为珠光体和二次渗碳体。 (3)白口铸铁即2.11%4.3%，室温组织为莱氏体（Ｌ’d）和一次渗碳体。 3.典型铁碳合金的结晶过程(1)共析钢结晶过程动画演示L→L+A→A→P（F+Fe3C） (2)亚共析钢结晶过程动画演示L→L+A→A→A+F→P+F (3)过共析钢结晶过程动画演示L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ (4)共晶白口铸铁结晶过程动画演示L→Ld（A+Fe3C）→Ld（A+Fe3C+Fe3CⅡ）→L’d（P+Fe3C+Fe3CⅡ） (5)亚共晶白口铸铁结晶过程动画演示L→L+A→Ld+A→Ld+A+Fe3CⅡ→L’d+P+Fe3CⅡ (6)过共晶白口铸铁结晶过程动画演示L→L+Fe3CⅠ→Ld+Fe3CⅠ→L’d+Fe3CⅠ 1.3.3碳对铁碳合金组织和性能的影响（1）当w(c)<0.9%时，随着含碳量的增加，钢的强度的硬度不断提高，而塑性不断下降，这是由于钢中珠光体的含量不断增多，铁素体的含量不断减少所致。（2）当w(c)>0.9%时，随着碳含量的不断增加，钢的硬度仍不断升高，但强度和塑性不断下降，这是由于网状渗碳体明显形成并不断增多所致。（3）在白口铸铁部分，随着含碳量增加，硬度不断增加，强度不断下降，而塑性则几乎为零。这是由于莱氏体或一次渗碳体等脆硬组织不断增多所致。 思考题1.比较铁碳合金各种基本组织的晶体结构和力学性能。2.碳钢与铸铁在成分与组织上有哪些区别？3.试分析W(C)分别为0.2%、0.77%、1.3%的铁碳合金自高温缓慢冷却至室温的组织转变过程。返回目录