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1、工程材料及应用多媒体教案ENGINEERINGMATERIALS五邑大学机电工程学院第四章第一节铁碳合金系相图一、铁碳合金系组元的特性组元：纯铁碳1、纯铁纯铁的同素异构转变第四章铁碳合金1.铁碳合金系组元的特性(1)Fe铁是过渡族元素,熔点为1538℃。密度是7.87g/cm3。纯铁的机械性能：强度低、硬度低、塑性好。抗拉强度σb180MPa～230MPa屈服强度σ0.2100MPa～170MPa延伸率δ30%～50%断面收缩率ψ70%～80%冲击韧度ak1.6×106J/m2～2×106J/m2硬度50HB～80HB纯铁从液态结晶为固态后,继
2、续冷却到1394℃及912℃时,先后发生两次同素异构转变。2.1.2同素异构转变●许多金属在固态下只有一种晶体结构。如铝、铜、银等金属在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格。钨、钼、钒等金属为体心立方晶格。●有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格形式。如铁、钴、钛等，在冷却或加热过程中，晶格形式会发生变化。金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。纯铁的同素异构转变:●液态纯铁在1538℃结晶为体心立方晶格的δ-Fe。●冷却到1394℃时发生同素异构转变,成为面心立方晶格的γ-Fe。●冷却到912℃时又发
3、生一次同素异构转变,成为体心立方晶格的α-Fe。同素异晶体：以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体。δ-Fe、γ-Fe、α-Fe都是纯铁的同素异晶体。金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。金属的同素异构转变即是二次结晶或重结晶。同素异构转变特点●同素异构转变时也有过冷现象，放出潜热，有固定的转变温度。新同素异构晶体也有形核和长大两个过程。●导致金属体积发生变化，产生较大内应力。例如γ-Fe转变为α-Fe时，铁的体积会膨胀约1％。可引起钢淬火时产生应力，严重时会导致工件变形和开裂。●适当提高冷却速度，可以细化同素异构转变
4、后的晶粒，提高金属的机械性能。2、碳石墨：六棱柱体0.142纳米0.34纳米耐高温导电润滑强度、硬度、塑性、韧性极低金刚石:正四面体共价键碳在铁碳合金中的存在形式固溶体渗碳体(Fe3C)石墨二、铁碳相图☆老师提示：重点内容铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也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。有实用意义的是Fe-Fe3C部分，称为Fe-Fe3C相图。此时相图的组元为Fe和Fe3C。Fe-Fe3C相图的特征ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3
5、CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)1.铁碳合金中的相(1)液相L液相L是铁与碳的液溶体。(2)δ相δ相又称高温铁素体,是碳在δ-Fe中的间隙固溶体,呈体心立方晶格,在1394℃以上存在。F或α表示,是碳在α-Fe中的间隙固溶体,体心立方晶格，碳的固溶度极小,室温时约为0.0008%。在727℃时溶
6、碳量最大（0.0218%）。铁素体性能是强度低、硬度低、塑性好。机械性能与纯铁大致相同。(3)α相α相也称铁素体,用γ相常称奥氏体,用符号A或γ表示,是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,面心立方晶格，碳的固溶度较大,在1148℃时溶碳量最大达2.11%。奥氏体的强度较低,硬度不高,易于塑性变形。(4)γ相(5)Fe3C相Fe3C相是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物,性能特点是硬而脆。渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响。2.Fe-Fe3C相图 的特性点特性点温度、碳质量分数相图中重要的点●C点（共
7、晶点）共晶反应在恒温下进行,反应过程中L、A、Fe3C三相共存，三相成分一定。共晶反应产物是奥氏体与渗碳体的机械混和物,称莱氏体（Le）。其中的渗碳体称共晶渗碳体。显微镜下莱氏体形态：块状或粒状A(727℃时转变成珠光体)分布在渗碳体基体上。●S点（共析点）共析反应在恒温下进行,反应过程中,A、F、Fe3C三相共存，三相成分一定。共析反应的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物,称珠光体,以符号P表示。珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。珠光体形态：显微镜下珠光体的形态呈层片状。相间分布渗碳体片与铁素体片。珠光体性能：强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和
8、铁素体之间。珠光体机械性能抗拉强度极限/σb冲击韧性ak延伸率δ硬度770MPa3×105J/m2～4×105J/m220%～35%180HB●E点1
