机械工程材料 教学课件 作者 罗中平 主编5 铁-碳合金相图.ppt

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1、第三节铁-碳合金相图钢铁材料是现代制造业中使用最广泛的金属材料。纯铁的塑性很好，但强度、硬度较低，所以，很少用它制造机械零件。当往铁中加入少量碳后，则组织和性能就发生了显著的变化。在铁碳合金中，铁和碳互相结合的方式是:在液态时，铁和碳以无限互溶；在固态时，铁和碳互相结合的方式有两种，一种是碳溶于铁中形成固溶体，一种是碳与铁形成金属化合物。此外，还可以由固溶体和金属化合物组成机械混合物。铁碳相图对正确选择和使用材料、制订合理的材料成型工艺等都具有重要的指导意义。铁碳合金状态图在生产实践中的应用是很广泛的，它

2、不仅可作为选材的依据，还是制定铸造、压力加工和热处理等加工工艺的重要依据。1/35纯铁的冷却曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Fe2/35一、铁碳合金的基本相Fe和Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。由于铁与碳之间的相互作用不同，使铁碳合金固态下的相结构也有固溶体和金属化合物两类。属于固溶体相有铁素体与奥氏体，属于金属化合物相的有渗碳体。1．铁素体-碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，以符

3、号F表示。纯铁在912t以下为具有体心立方晶格的α-Fe。由于α-Fe是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在727℃时溶碳量最大可达0．0218％。随着温度的下降，铁素体的溶碳量逐渐减小，在室温时溶碳量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同，即铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。其数值见表2-3。铁素体在770℃C以下具有铁磁性，而在770℃C以上则失去铁磁性。表2-3铁素体的性能3/352．奥氏体-碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，以符号A表示。γ-Fe是面心立方晶格结构，由于

4、它的晶格间的最大空隙要比α-Fe大，所以溶碳能力比较大。γ-Fe在1148℃时溶碳量最大可达2．11％，随着温度的下降，溶碳量逐渐减少，在727℃时溶碳量最低为0．77％。奥氏体的性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥氏体的抗拉强度：σb=400Mpa,硬度为170—220HBS，伸长率δ为40％～50％，易于锻压成形。由于碳的大量溶入，使奥氏体具有一定的强度和硬度，但因它是单一固溶体，所以塑性很好。钢在锻造或轧制时加热到高温，其目的就是使其组织转变成奥氏体，以降低钢的强度和硬度，提高塑性，而易于加工成形。

5、奥氏体为非铁磁性相组织。4/35奥氏体组织金相图5/353渗碳体-是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物分子式为Fe3C(图2-16),没有同素异晶转变;渗碳体的碳质量分数为6．69％；溶点为1227℃左右。Fe3C有磁性转变，它在230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性。Fe3C的硬度很高(~800HBW)，而塑性和冲击韧度几乎等于零，脆性极大。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。Fe3

6、c是一种亚稳定相，在一定条件下会发生分解。6/35渗碳体组织金相图7/354.珠光体P--铁素体和渗碳体组成的两相机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，具有良好的力学性能(σb≈750MPa，硬度为180HBS，δ≈20％)。8/355.莱氏体Ld--奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物。它存在于高温区(727—1148℃)，在727℃以下时变成渗碳体和珠光体的混合物，称为低温莱氏体，用符号L‘d表示。由于莱氏体中含有大量的渗碳体，所以塑性、韧性很差，是硬而脆的组织。9/35二、铁一碳合金相图铁和碳是

7、钢铁中两个最基本的元素，故称为铁碳合金。在铁碳合金中，铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物，而稳定的化合物可以作为一个独立的组元。因此一般所说的铁碳合金相图，实际上是指铁一渗碳体(Fe—Fe3C)相图，如图2-20所示为简化图。(掌握背熟)纯铁的晶体结构：1538OC以上（L），1538OC—1394OC（体心立方δFe）,1394OC-912OC(面心立方γFe),912OC以下体心立方α-Fe。10/35特性点温度℃含碳量%含义ACDEFGKPSQ153811471227114711

8、4791272772772760004.306.672.066.6706.670.020.770.006纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在γ-Fe中的最大溶解度点渗碳体的成分α-Fe与γ-Fe的同素异晶转变点渗碳体的成分碳在α-Fe中的最大溶解度点共析点600℃时碳在α -Fe中的最大溶解度1、相图分析（1）铁碳合金状态图中的各特性点列表11/35（2）相图中的特征线图3-13Fe-Fe3C相图主要由包晶、共晶和共析三个恒温转变