铁碳合金(5).ppt

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1、第四章铁碳合金iron-carbonalloy一般来说，纯金属大都具有优良的塑性、导电、导热等性能，但它们取制困难，价格较贵，种类有限，特别是力学性能（强度、硬度较低，耐磨性都比较低），难以满足多种高性能的要求，因此，工程上大量使用的金属材料都是根据性能需要而配制的各种不同成分的合金，如碳钢、合金钢、铸铁、铝合金及铜合金等。纯铁的同素异晶(allomorph)转变反应式:1394°C912°Cbccfccbccδ-Feγ-Feα-Fe§4-1铁碳合金的相结构与性能一、Fe-Fe3C相图的组元1.Fe组元——强度低、硬度低、韧性、塑性好.纯铁的冷却曲线1

2、394℃153810006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Feδ-Fe(bcc)--1394℃--γ-Fe(fcc)--912℃--α-Fe(bcc)固态金属随温度变化而发生晶格改变的现象，称为同素异构转变。纯铁即具有同素异构转变的特征，如图所示，可见，纯铁在1538℃结晶后，具有体心立方晶格，称为δ铁；当冷却到1394℃时发生同素异构转变，由体心立方晶格的δ铁转变为面心立方晶格的γ铁；继续冷却至912℃时，再次发生同素异构转变，又由有面心立方晶格的γ铁转变成了具有体心立方

3、晶格的α铁。再继续冷却时晶格类型不再发生变化。同素异构转变是纯铁的一个重要特性，以铁为基的铁碳合金之所以能通过热处理显著改变其性能，就是由于铁具有同素异构转变的特性。这就是钢铁材料为什么性能呈多种多样、用途十分广泛的重要因素。2.Fe3C——铁与碳形成的金属化合物。性能：熔点高，硬而脆，Hv为950-1050，而塑韧性几乎为0。二、Fe-Fe3C相图中的相1.δ相（高温铁素体）——δ–Fe固溶体(只存在于1394-1538℃的温度范围内)δ、α、γ相的力学性能特点——强度低、硬度低、韧性、塑性好。2.γ相（A，奥氏体）——γ-Fe固溶体(只存在于727

4、℃以上的温度范围内)碳溶于γ铁中的间隙固溶体称为奥氏体，用符号Ａ或γ表示。它仍保持γ铁的面心立方晶格。由于面心立方晶格原子间的空隙比体心立方晶格大，因此碳在γ铁中的溶碳能力比在α铁中要大些。在727℃时的溶碳量为C%＝0.77%，随着温度的升高溶量增加，到1148℃是时达到最大C%＝2.11%。奥氏体的力学性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥氏体的强度、硬度为（σb=400—800Mpa、170—220HBS)但具有良好的塑性和韧性(δ=40%-50%)，无磁性。因为奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。3.α相（F，铁素体）（≈工业纯铁）——C溶

5、于α-Fe中的间隙固溶体（bcc），用符号Ｆ或α表示。它仍保持α铁的体心立方晶格，由于体心立方晶格原子间的空隙很小，因而溶碳能力极差，在727℃时的最大溶碳量为C%＝0.0218%，在600℃是溶碳量约为C%＝0.0057%，室温下几乎为零C%=0.0008%。因此，其室温性能几乎和纯铁相同：⑴　强度、硬度低σb=180-280MPa,σ0.2=100—17050-80HBS，⑵韧性、塑性好δ=30%-50%,Ψ=30-50%所以以铁素体为基体的铁碳合金适于塑性成形加工。4.Fe3C（渗碳体）——复杂晶体结构。（强化相）渗碳体具有复杂晶格的间隙化合物，

6、分子式为Fe3C，其C%＝6.69%，是钢和铸铁中常用的固相。熔点约为1227℃，渗碳体硬度很高（950－1050Hv），而塑性与韧性几乎为零，脆性很大。渗碳体不能单独使用，在钢中总是和铁素体混在一起，是碳钢中主要强化相。渗碳体在钢和铸铁中存在形式有片状、球状、网状、板状，它的数量、形状、大小和分布状况对钢的性能影响很大。渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳。渗碳体组织金相图5.珠光体(P)——铁素体与Fe3C的机械混合物。（平均含碳量~0.77%）机械性能取决于Fe3C的数量、形状和分布。组织热处理状态HBSσb（Mpa）

7、δ%粗片状珠光体退火200-280660-8506-11细片状珠光体正火250-320830-8805-7球状珠光体球化退火160-190600-65020-25回火索氏体淬火+高温回火250-310800-8608-10（各种珠光体性能见下表）珠光体组织金相图§4-2铁碳合金相图一、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+F

8、e3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C