金属学-铁碳合金和铁碳相

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1、第九章铁碳合金和铁碳相图§9.1铁碳合金中的组元和基本相§9.2Fe-Fe3C相图分析§9.3典型合金的平衡结晶§9.4含碳量对铁碳合金组织和性能的影响胡平15802968790huping1985@126.com鉴于含碳量为6.69%的Fe3C硬而脆，超过6.69％的铁碳合金没有实用价值。所以我们研究的铁碳相图，实际上是Fe和Fe3C二个基本组元组成的Fe－Fe3C相图或Fe和自由碳组成的Fe－G相图。整个Fe－C相图包括Fe－Fe3C、Fe3C－Fe2C、Fe2C－FeC、FeC－C等部分组成。组元：纯铁、渗碳体基本相：高温铁素体（δ）、铁素体（α）、奥氏体（γ）基

2、本组织：珠光体（P）、莱氏体（Le/Le’）§9.1铁碳合金中的组元和基本相钢和铸铁可以看成是铁碳二元合金，碳含量（重量）小于2.11%的合金称为钢，大于2.11%的合金称为铸铁。1394°C912°C体心立方面心立方体心立方δ-Feγ-Feα-Fe一、纯铁的同素异构转变第一节铁碳合金的组元与基本相铁在室温为体心立方结构，称为α铁，具有铁磁性。在770℃（居里点）以上α铁磁性消失，（磁性转变不属于相变）温度到达912℃以上时具有面心立方点阵结构，称为γ铁；温度到达1394℃以上时再次具有体心立方点阵结构，称为δ铁；温度到达1538℃以上时成为液态。1394°C912°C

3、体心立方面心立方体心立方δ-Feγ-Feα-Fe1394°C912°C体心立方面心立方体心立方δ-Feγ-Feα-Fe15381394912δ-Feγ-Feα-Fe液相体心立方体心立方面心立方温度℃时间/s室温返回§9.1铁碳合金中的组元和基本相770非磁性磁性纯铁纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料。由于有高的磁导率，可作为电工材料用于各种铁芯。同素异构转变：金属在温度（压力）改变时发生晶体结构变化的现象。§9.1铁碳合金中的组元和基本相二、铁碳合金的基本相及其性能铁素体（F）：碳溶与α-Fe中形成的间隙固溶体。性能---强度和硬度低，塑性和韧性好奥氏体（A）

4、：碳与γ-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727℃时存在。性能---塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、轧制时常要加热到A，可提高塑性，易于加工。渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物。在Fe-Fe3C相图中，既是组元又是基本相。性能---硬度高，脆性大。珠光体（P）：铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。性能---力学性能介于两者之间。莱氏体（Ld）：奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。性能---硬度高，塑性差。莱氏体Le或Ld：高温莱氏体,Le或Ld（A+Cm）低温莱氏体,Le’或Ld’（P+Cm）FeT°Fe3C第三节Fe-Fe3

5、C相图分析Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%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)Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+A4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3CT°LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FP0.77%CLd’K(P+

6、Fe3C)P+Ld’+Fe3CⅡLd’+Fe3CⅠP+FP+Fe3CⅡ(F+Fe3C)A+Fe3CⅡL+Fe3CⅠ(A+Fe3C)两种反应：1148℃1、共晶反应一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即莱氏体Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)2、共析反应一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。A0.77%c727℃F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c相图中的三个重要

7、点相图中的五个单相(区)相图中的三条水平线相图中的四条垂直线9.2Fe-Fe3C相图J为包晶点:1495℃时,B点成分的L与H点成分的δ发生包晶反应,生成J点成分的γ。C点为共晶点1148℃时,C点成分的L发生共晶反应,生成E点成分的γ和Fe3C（莱氏体）。S点为共析点727℃时,S点成分的γ发生共析反应,生成P点成分的α和Fe3C（P）。返回9.2Fe-Fe3C相图返回9.2Fe-Fe3C相图包晶反应：L+δ＝γ共晶反应：L＝Ld(FeC3+γ)共析反应：γ＝P(FeC3+α)返回9.2Fe-Fe3C相图9.2Fe-Fe3C相图过共析钢