汽车工程材料 教学课件 作者 王大鹏 等 3.2铁碳合金.ppt

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1、§4.3铁碳相图概述钢铁是现代工业中应用最广泛的材料，其基本组成元素是铁和碳，故称为铁碳合金。普通碳钢和铸铁就属于铁碳合金的范畴，而合金钢则是有意加入一些合金元素的铁碳合金。为了研究铁碳合金的组织和性能以及它们与成分、温度的关系，就必须学习铁碳合金相图。纯铁的同素异构转变α-Feγ-Feδ-FeBCC（912℃）FCC1394℃）BCC金属的同素异晶转变为其热处理提供基础，钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在固态下发生同素异晶转变。铁碳合金中的基本相铁碳合金中的Fe和C可形成铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体三个基本相。这些基本相以机械混合物的形式结合还可形成珠光体（P）和莱氏体

2、（Ld)。铁碳合金中这些基本组织性能各异，其数量、形态、分布直接决定了铁碳合金的性能。铁碳合金中的基本相1、铁素体（ferrite）铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”（或α）表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727℃时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。铁碳合金中的基本相铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好，而强度、硬度低。δ=30%~50%，AKU=128~160Jσb=180~280MPa，50~80HBS。铁碳合金中的基本相铁素体的显微组织与纯铁

3、相同，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒。铁碳合金中的基本相2、奥氏体（Austenite）奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”（或γ）表示，面心立方晶格；虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有2.11%(1148℃时)，727℃时为0.77%。铁碳合金中的基本相在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为727~1394℃，故奥氏体的硬度较低、塑性较高，通常在对钢铁材料进行热变形加工，如锻造、热轧等时，都应将其加热成奥氏体状态，所谓“趁热打铁”正是这个意思。σb=400MPa，170~220H

4、BS，δ=40%~50%。铁碳合金中的基本相奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直。铁碳合金中的基本相3、渗碳体（Cementite）渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式“Fe3C”表示。它的碳质量分数Wc=6.69％，熔点为1227℃，质硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。铁碳合金中的基本相渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响。铁碳合金中的基本相总结：在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。但

5、奥氏体一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。由于铁素体中的含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。这一点是十分重要的。铁碳合金相图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，通常称其为Fe-Fe3C相图，此时相图的组元为Fe和Fe3C。由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分轴从0~6.69%。所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图。简化的Fe-Fe3C相图铁碳相图分析Fe—Fe3C相图看起平比较复杂，但它仍然是由一些基本相图组成的，

6、我们可以将Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析。在一定温度下，从液相中同时结晶出两种不同固相的转变，称作共晶转变。具有共晶转变的二元合金有Pb－Sn，Al－Si等。二元合金系中，两组元在液态下完全互溶，在固态下只能形成有限固溶体和化合物，有共晶转变的状态图，称为共晶状态图。共晶相图:共晶线ECF，共晶点CL4.3(A2.11+Fe3C)高温莱氏体,Le或Ld共析转变单相固溶体冷却到某一温度发生析出两个成分、结构与母相都不同的新的固相的转变，这种转变称为共析转变。在727℃时，发生共析转变A0.77%—→p(F0.0218%+Fe3C共析)1、上半部分-------共晶转变在

7、1148℃，4.3%C的液相发生共晶转变:Lc(AE+Fe3C)，转变的产物称为莱氏体，用符号Ld表示。存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，用符号Ld表示，组织由奥氏体和渗碳体组成L4.3—→Ld(A2.11%+Fe3C共晶)；存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号Ldˊ表示，组织由渗碳体和珠光体组成。低温莱氏体是由珠光体、Fe3CⅡ和共晶Fe3C组成的机械混合物（P+Fe3CII+共晶Fe3C）。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察，