第四章 铁碳合金ppt课件.ppt

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1、第四章铁碳合金碳钢和铸铁都是铁碳合金，是目前最主要应用的金属材料。铁碳相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳相图，对于钢铁材料的研究和使用、各种热加工工艺的制定以及产品的质量分析等都有十分重要的意义。铁与碳可以形成Fe3C，Fe2C，FeC等多种稳定化合物，因此，铁碳相图可以分成四个独立的区域。含碳量大于6.69％的铁碳合金在工业上没有应用价值，所以在研究铁碳合金时，仅研究Fe-Fe3C部分。铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体（Fe3C）和石墨。在通常情况下，碳以渗碳体形式存在，即铁碳合金按Fe-Fe3C系转变。纯

2、铁铁在1538℃结晶为bcc的δ-Fe；当温度继续冷却到1394℃时，δ–Fe转变为fcc的γ-Fe；冷却到912℃时，fcc的γ-Fe又转变为bcc的α-Fe；912℃以下，铁的结构不再发生变化。通常，把δ-Fe←→γ-Fe的转变称为A4转变，转变的平衡临界点称为A4点。把γ-Fe←→α-Fe的转变称为A3转变，转变的平衡临界点称为A3点。固态下的同素异晶转变与液态结晶一样，也是形核与长大的过程，为与液态结晶相区别，将此过程称为重结晶。铁的多性型转变是钢的合金化和热处理的基础。α-Fe在770℃还将发生磁性转变，由高温的

3、顺磁性转变为低温的铁磁性状态。常称为A2转变，此温度称为居里点。磁性转变时晶格类型不变，故磁性转变不属于相变。4.1铁碳合金的组元和基本相碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，bcc晶格，常用α或F表示。碳溶于α-Fe中的八面体间隙，最大固溶度在727℃为0.0218%或0.101%at；室温的溶解度一般低于0.001%。碳在bcc晶格δ-Fe中的间隙固溶体叫δ铁素体，又称高温铁素体，常用或δ表示。δ铁素体在1495℃时的最大溶碳量为0.09%。fcc晶格比bcc晶格具有较大的致密度，为什么A比F具有较大的溶碳能力呢？晶体结构的间

4、隙尺寸有关：γ-Fe的a=0.3656nm(950℃)，八面体间隙半径为0.0535nm，和碳原子0.077nm较接近，所以碳在A中的溶解度较大。α-Fe的a=0.2866nm(20℃)，碳原子通常溶于八面体间隙中，而其间隙半径只有0.0186nm，远小于碳的原子半径，所以碳在铁素体中的溶解度很小。碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为fcc晶格，用γ或A表示。奥氏体的最大溶碳量在1148℃，为2.11%。铁素体奥氏体渗碳体(Fe3C)渗碳体具有很高的硬度，约800HB，但塑性很差，延伸率接近于零。根据理论计算，渗碳体的熔点为1

5、227℃。230℃以上铁磁性消失，此温度为滲碳体的磁性转变温度，称为A0转变。铁与碳形成的间隙化合物，具有正交结构，可用符号Cm表示。渗碳体属于正交晶系，a=0.4515nm，b=0.5077nm，c=0.6726nm，其中含有12个铁原子和4个碳原子。渗碳体的碳含量为6.69%或25%at。渗碳体是一个亚稳相，如在高温长时间加热，就要分解为铁(实际上是以铁为基的固溶体)和石墨。在钢中，当碳从铁基固溶体（奥氏体或铁素体）中排出时，常以渗碳体的形式析出而不是石墨。是由于形成渗碳体时需要碳原子的扩散距离比形成石墨时所需的扩散距

6、离短得多。渗碳体一旦形成，在较低温度下，它的分解速率是很慢的，因此，在大多数情况下，我们只考虑铁碳亚稳定系相图，即Fe-Fe3C相图。但应注意，渗碳体分解的快慢与钢中是否含有其它元素有密切的关系。4.2Fe-Fe3C相图分析00.534.306.692.1100.090.176.69000.02180.770.0057ABCDEGHJKMNPSQ15381495114812271148912149514957277701394727727600符号温度℃碳量％1、相图中的点、线、区FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAγ

7、+Fe3Cα+γL+γγ+L+αγLL+Fe3Cα+Fe3CC%温度2、包晶转变（水平线HJB）在1495℃的恒温下，成分为0.53%C的液相和成分为0.09%C的δ相发生包晶反应，形成成分为0.17%C的γ相，其反应式为：包晶反应时，γ相沿δ相与液相的界面生核，并向δ相和液相两个方向长大。包晶反应终了时，δ相与液相同时耗尽，变为单相γ。0.09~0.17%之间的合金，由于δ相的量较多，包晶反应结束后，液相耗尽，δ相有剩余。δ相在随后的冷却过程中，通过同素异晶转变而变成γ相。0.17~0.53%之间的合金，由于反应前

8、δ相较少，液相较多，所以反应后，L相有剩余，L相在随后冷却过程中结晶成γ相。＜0.09%的合金，按匀晶转变为δ相之后，继续冷却时发生固溶体的同素异晶转变为单相γ。含碳量在0.53~2.11%之间的合金，按匀晶转变凝固后，组织也是单相γ。3、共晶转变（水平线ECF）共晶转变是在1148℃的恒温下，由4.3