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1、铁碳合金相图及应用[重点掌握]1、铁碳合金的基本组织和性能特点；2、根据铁碳相图，分析典型成份的结晶过程；3、成份、组织与性能之间的关系。铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用、热加工及热处理工艺的制定都具有重要的指导意义。铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等,有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，Fe-Fe3C相图中的组元只有Fe和Fe3C。第一节铁碳合金基本相一、铁素体1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度
2、：C%=0.0218%）二、奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形三、渗碳体Fe3C相，由Fe与C组成一种复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高，性能：硬而脆，塑性、韧性几乎为零。按不同生成条件形状有：条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响。第二节Fe-Fe3C相图分析一、相图中的点、线、面：三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53%L+δ→A（2）共晶转变线ECF,C点为共晶点。在1148℃,C点成分的L发生共晶反应：L→A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳
3、体）。共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物,称莱氏体,以符号Le表示。（3）共析转变线PSK，S点为共析点。在727℃,S点成分的A发生共析反应：A→F+Fe3C（0.0218%C）（6.69%C共析渗碳体）共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物,称珠光体,以符号P表示。珠光体的强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间,其机械性能如下：抗拉强度极限σb≈770MPa冲击韧性ak≈3×105J/m2～4×105J/m2延伸率δ≈20%～35%硬度：180HB2．液固相线液相线ABCD固相线AECF二、Fe-C合金平衡结晶过程7种典型Fe-C合金的平衡结晶过程：（看
4、动画：Fe-C合金平衡结晶过程3种）1.工业纯铁2.共析钢3.亚共析钢4.过共析钢5.共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁7.过共晶白口铸铁1．工业纯铁（C%≤0.0218%）铁熔点或凝固点为1538℃,相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后,继续冷却到1394℃及912℃时,先后发生两次同素异构转变。1．工业纯铁（C%≤0.0218%）L→L+A→A→A+F→F→F+Fe3CIII相组成物：F+Fe3C(C%>0.0008%)或F（C%<0.0008%）相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：F和Fe3CIII工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。主要机械性能如
5、下：抗拉强度极限σb180MPa～230MPa抗拉屈服极限σ0.2100MPa～170MPa延伸率δ30%～50%断面收缩率ψ70%～80%冲击韧性ak1.6×106J/m2～2×106J/m2硬度50HB～80HB2．共析钢C%=0.77%2．共析钢C%=0.77%相组成物：F和Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：P3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%L→L+A→A→A+F→A+P+F→P+F3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%相组成物：F，Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：F、PP%=F%=3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%
6、4．过共析钢L→L+A→A→A+Fe3CII→A+P+Fe3CII→P+Fe3CII4．过共析钢相组成物：F%=Fe3C%=组织相对量：Fe3CII%=P%=4．过共析钢5．共晶白口铁（C%=4.3%）L→L+Le→Le(A+Fe3C共晶)→Le(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→Le’(P+Fe3CII+Fe3C)6．亚共晶白口铸铁，2.11%＜C%＜4.3%相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：P，Le’，Fe3CII7．过共晶白口铸铁相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：Le’%=Lc%=Fe3C%=小结：标注组织的铁碳相图第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系含碳
7、量——铁碳合金在室温下的组织都由F和Fe3C两相组成,两相的质量分数由杠杆定律确定。随C%↑→F%↓，Fe3C%↑含碳量——性能HB：取决于相及相对量强度：C%↑→σ↑，而C%≻0.9%↑→σ↓塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系第四节、Fe-Fe3C相图的应用Fe-Fe3C相图在生产中具有巨大的实际意义,主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面。建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料,选用碳含量较低的钢材。相图的应用机械零件需要
