铁碳合金及Fe-Fe3C相图.ppt

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1、2021/7/301材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图第1篇金属学基本原理第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图教学目标：吃透并熟练记忆铁碳相图；掌握钢铁合金中的基本相及其结构特点；熟悉钢、铸铁的概念；掌握各类铁碳合金的平衡结晶过程，组成相的相对量及组织形貌特点。2021/7/302材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图钢铁材料的生产已有几千年的历史。矿石Fe3O4、Fe2O3Fe(C)合金2009年5.68亿吨。是排在中国后面四位的日本、俄罗斯

2、、美国和印度钢产量之和的2.2倍；2010年我国钢年产量为6.1亿吨，2011年6.83亿吨，2012年7.17亿吨。碳钢(Steels)和铸铁(Castirons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金(alloysoftheiron－carbonsystem)。2021/7/303材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，它概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间

3、的关系。在铁碳合金中，Fe与C可以形成一系列化合物：Fe3C、Fe2C、FeC。所以，整个Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C,Fe3C-Fe2C,Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于Fe和C化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量一般不超过5％）。通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。2021/7/304材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图铁碳相图2021/7/305材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相

4、图§4.1Fe-C合金的组元及基本相§4.1.1合金中的组元一、纯铁（Fe）物理性能：元素周期表中第26号元素，属于过渡族元素，相对原子量为55.85，在一个大气压下，熔点为1538℃，在2738℃时气化，密度为7.87g/cm3。同素异构转变：δ-Feγ-Feα-Fe。磁性转变：纯铁具有磁性转变。高温顺磁性低温铁磁性机械性能：纯铁的强度低，塑性好，很少用于结构材料，主要利用其铁磁性，制造仪器、仪表的铁芯等。1394℃912℃768℃2021/7/306材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及F

5、e-Fe3C相图纯铁的显微组织2021/7/307材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图二、渗碳体（Fe3C）在非平衡凝固过程中，Fe-C合金的碳以化合物Fe3C形式出现的，即具有复杂结构的间隙化合物，通常称为渗碳体，用“Fe3C或Cm”表示。Fe3C熔点为1227℃，是一种亚稳化合物。在一定条件下（高温下长时间保温），渗碳体可以分解形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe+C（石墨）这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。所以，Fe-Fe3C相图称为亚稳定系相图，Fe-C相图称为

6、稳定系相图，若把Fe-Fe3C相图与Fe-C相图画在同一图上，称为Fe-C合金双重相图。通常情况下，由于凝固过程不可能是无限缓慢的平衡过程，铁碳合金是按Fe-Fe3C系进行转变的。2021/7/308材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C和Fe-C双重相图2021/7/309材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图Fe3C机械性能渗碳体相硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接近于零，是钢铁材料中的主要强化相。Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，

7、粒状，网状和板条状，其各种形态对应不同的宏观性能。Fe3C中C和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固溶体。Fe被Cr、Mn等金属原子置换，形成以Fe3C为基的固溶体，称为合金渗碳体。如：(Fe,Cr)3C，(Fe,Mn)3C渗碳体高温无磁性低温具有一定铁磁性。230℃2021/7/3010材料科学与工程学院多媒体课件第4章铁碳合金及Fe-Fe3C相图§4.1.2合金中的相在Fe-Fe3C相图中，Fe-C合金在不同条件(成分/温度)下,有六个基本相：L相、δ相、γ相、α相、Fe3C相和石墨。液

8、相L：Fe与C的液溶体。δ相：又称高温铁素体(hightemperatureferrite)，是C在δ-Fe中的间隙固溶体，呈bcc晶格，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大，为0.09%。α相：也称铁素体(Ferrite)，用符号F或α表示，是碳在α-Fe中的间隙固溶体，呈bcc晶格。铁素体中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008%，600℃时为0.0057%，在727℃时溶碳量最大，为0.0218%。铁素体性能特点是强度低、硬度低、塑性好，称为工业纯铁。