电厂金属材料(第三版).ppt

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1、第二章铁碳相图及其合金9/18/20211第一节铁碳合金的相结构纯铁从液态结晶后得到体心立方晶格的δ-Fe,随后又有两次同素异构转变，即面心立方格的γ-Fe和体心立方格的α-Fe。碳溶入α-Fe和γ-Fe铁中所形成的固溶体为铁素体和奥氏体。当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物相Fe3C，称做渗碳体。碳原子溶入α-fe中所形成的固溶体称做高温铁素体。它在1400℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。固态铁碳合金的基本组成相是铁素体，奥氏体和渗碳体。9/18/20212一、铁素体碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，

2、称做铁素体。由于体心立方格的α-Fe的晶体格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶解度很小。在727℃时最大固溶度为0.02%,而在室温时固溶度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁相近，其数值如下：抗拉强度Rm250Mpa，屈服强度RE140Mpa断后延伸率A11.340%-50%冲击韧性αK200J/cm2布氏硬度HBS80由此可见，铁素体有优良的塑性和韧性，但强度，硬度较低，在铁碳合金中是软韧相。铁素体是912℃以下的平衡相，也称做常温相，在铁碳相图中用符号F表示。9/18/20213二、奥氏体碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体，称做奥氏体。

3、具有面心立方格的γ-Fe的间隙半径为0.052nm，比α-Fe的间隙稍大，在1148℃时碳原子在其中的最大固溶度为2.11%。随着温度的降低，碳在γ-Fe中的固溶度下降，在727℃时是0.77%。奥氏体是727℃以上的平衡相，也称高温相。在高温下，面心立方格晶体的奥氏体具有极好是塑性，所以碳钢具有良好的轧、锻等热加工工艺性能。在铁碳相图中，奥氏体通常用符号A表示。9/18/20214三、渗碳体渗碳体是铁与碳原子结合形成的具有金属性质的复杂间隙化合物。它的晶体结构复杂，属于复杂八面体结构，分子式为Fe3C，含碳量6.69%。渗碳体的硬度很高，HV800，但极脆，塑性和韧性几乎是零，强度

4、Rm=30Mpa左右。在铁碳合金中，它是硬脆相，是碳钢的主要强化相。渗碳体在碳钢中的含量和形态对钢的性能有很大影响。它在铁碳合金中可以呈片状、粒状、网状和板状形态存在。在高温时，钢和铸铁中的渗碳体在一定时间会发生下面的分解反应，析出石墨态的碳。Fe3C→3Fe+C（石墨）9/18/20215一、相图图形介绍在铁碳合金系中，含碳量高于6.69%的铁碳合金性能极脆，没有使用价值。因此只研究Fe—Fe3C，即含碳量小于6.69%这一部分，通常称为Fe—Fe3C相图，也称铁碳合金相图。在Fe—Fe3C相图中，较稳定的化合物Fe3C与Fe是组成二元合金的两个组元。相图有三个部分组成，左上角为包

5、晶相图。包晶相图与共晶相图都是具有三相平衡反应的基本相图，但它是在1400℃以上发生的反应，在研究和应用中对铁碳合金的组织和性能都没有什么影响，故不予研究。Fe—Fe3C相图可简化为图2-2的形式。第二节铁碳合金相图9/18/20216L4.3A2.11+Fe3C恒温1148℃恒温727℃相图的右上部为共晶相图，在1148℃时，含碳量4.3%的合金发生共晶反应：A0.77F0.02+Fe3C反应生成铁素体与渗碳体组成的机械混合物共析体，称作珠光体，以符号P表示。以上反应生成奥氏体与渗碳体组成的机械混合物共晶体，称为莱氏体，以符号Ld表示。相图的下部为共析相图。共析相图与共晶相图相似，

6、所不同的是共晶相图是从液相中同时析出两个固相，产物称作共晶体；而共析相图则是从一个固相中同时析出两个新的固相，产物称作共析体。在铁碳合金中，含碳0.77%的奥氏体在727℃时发生共析反应：9/18/20217珠光体也是铁碳合金中室温时的一个平衡组织，其力学性能数据如下：布氏硬度HBS180断后延伸率A11.320%~25%冲击韧性aK30~40J/cm²强度极限Rm750Mpa二、相图中点、线和相区的意义铁碳合金相图中主要点的温度、含碳量及涵意见表2-1所示。特性点温度（℃）含碳量（％）特性点含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点D~12276.69渗碳体的熔点E11482

7、.11碳在奥氏体中的最大溶解度G9120α-Feγ-Fe的同素异构转变点S7270.77共析点9/18/202189/18/20219铁碳合金下图中各主要线的意义是：AECF为固相线。若温度低于AECF线时，铁碳合金凝固为固体。ECF为共晶线。若含碳量在ECF线投影范围（2.11%～6.69%）内，铁碳合金在1148℃时必然发生共晶反映，形成莱氏体。ES为碳在奥氏体中溶解度变化线，简称Acm。从这根线可以看出，碳在秋耕氏体中的最大溶解度是在1148℃时，可