铁碳相图的分析及其应用

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1、题目：铁碳相图的分析及其应用班级：姓名：学号：铁碳相图的分析及其应用摘要：钢和铸铁是工业上应用最多，用途最广泛的金属材料。它们都是铁碳合金，而铁碳相图是刚和铸铁的重要理论基础。用Fe-Fe3C相图对典型的成分的铁碳合金结晶过程进行分析可进一步掌握铁碳合金成分—组织—性能之间的关系，进行合理的选材以及制定热处理、冷加工工艺。关键词：铁碳相图铁碳合金金属材料热处理钢铁是机械行业使用最广泛的合金,纯铁中铁的质量百分比在99.8-99.9，在1538℃结晶为δ-Fe，晶格为体心立方，在1394℃是晶体结构发生转变，变为γ-Fe，晶格为面心立方，在91

2、2℃时再次发生转变，变为α-Fe，晶格为体心立方，这是铁的三种同素异晶状态。这种固态下的同素异晶转变称之为重结晶，它与钢的合金化与热处理有密切关系。 碳可以溶于γ-Fe和α-Fe中，以间歇原子的形势存在。在1394℃时，碳溶于γ-Fe，称为奥氏体，这时碳一般存在于面心立方的8面体空隙中，在912℃时，碳溶于α-Fe，称为铁素体，碳存在于体心立方的8面体空隙中。其实碳也能溶于δ-Fe，最大溶解度为1495℃时的0.09%。 纯铁的塑性和韧性很好，但是强度太低，所以工业上一般都是用的铁碳合金。碳可以溶于铁中，但是溶量有限，于是剩下的碳以两种形式存

3、在，一种形式是与铁的间歇化合物Fe3c，称为渗碳体，一种是石墨。以下是我对铁碳合金相图的一些认识和理解目前，应用的铁碳相图不是0～100％的完整相图。因为含碳量大于6.69％的铁碳合金工业无实用价值。而只是研究0～6.69％C的一部分，即以Fe作为一元体，含C量6.69％的Fe3C作为另一个组元的Fe-Fe3C二元合金相图。如下图所示为铁碳合金相图由图可以看到碳的含量最高可以到6.69%，处于ABCD连线以上的部分为液相区，AHJECF连线以下为固相区，HJB线这一段发生了包晶转变，包晶转变是指在结晶过程中，已成为固相的部分被液相部分包围从而

4、转变成另一种固相部分，液相的B和δ相的H转变为γ相的J,可以看到，这条线非常的短，说明发生转变的区域碳的含量范围很窄为0.09%-0.53%。ECF线发生了共晶转变，共晶转变是指某液相在结晶时同时转变为两种固相，液相C转变为γ相E和Fe3C,γ-Fe和Fe3C的混合物称为莱氏体，说明发生转变的碳的范围比较宽，为2.11%-6.69%。PSK线发成的是共析转变，共析转变是指由一种固相转变为两种固相的变化，γ-Fe转变为α-Fe和Fe3C，α-Fe和Fe3C的混合物称为珠光体，可以看到发生这个转变的碳的含量范围是相当的宽，超过0.0218%的碳含

5、量的合金都要发生这个转变。GS线，这条线说明了碳含量的不同γ中开始析出α的温度是怎样变化的，随着碳的含量从0-0.77%不断升高，转变开始的温度在不断降低。ES线，碳在γ中的溶解度线，当某浓度的碳在低于相应的这个温度时，开始析出Fe3C，随着碳的含量在0.77-2.11不断升高时，开始析出Fe3C的温度在不断升高。PQ线，碳在α中的溶解度线，道理同ES线，当碳的含量在0-0.0218不断升高时，析出Fe3C的温度不断升高。 由相图可以看到，碳含量小于2.11时不发生共析转变，那么碳含量小于2.11的合金称为碳钢，大于的称为铸铁。根据相图，把铁

6、碳合金按照碳含量划分为7种类型：<0.0218工业纯铁，0.77共析钢，0.0218-0.77亚共析钢，0.77-2.11过共析钢，4.30共晶白口铸铁，2.11-4.30亚共晶白口铸铁，4.30-6.69过共晶白口铸铁。 当含碳量为小于0.0218%时为工业纯铁，由相图可以得知，在金属液冷却到室温时，合金为α和三次渗碳体.  当含碳量为0.77%时为共析钢，在金属液冷却到室温时，合金的成分是珠光体，珠光体是α和Fe3C的混合物。当碳含量在0.0218-0.77%之间时，为亚共析钢，在金属液冷却到室温时，合金的组织是珠光体+α，并且亚共析钢中

7、的含碳量越高，室温组织中的珠光体越多。过共析钢的含碳量在0.77-2.11%，在金属液冷却到室温时，合金的组织为珠光体+二次渗碳体，并且含碳量越高，得到的二次渗碳体量越大。含碳量为4.30%时，为共晶白口铸铁，合金的室温组织比较复杂一点，因为在冷却到1148℃时，发生共晶转变得到莱氏体（γ和Fe3C的混合物），在这个温度以下后由于浓度饱和γ中析出二次渗碳体，在冷却到727℃时，γ发生共析转变得到珠光体，实际上得到的就是珠光体+二次渗碳体+莱氏体中剩下的Fe3C，这种室温组织保留了高温共晶转变产物莱氏体的形态特征，但是组成相的γ已经发生了转变，

8、故称为变态莱氏体。 亚共晶白口铸铁的碳含量在2.11-4.30%，在金属液冷却到室温时，合金的室温组织为变态莱氏体+珠光体+二次渗碳体。 过共晶白口铸铁的碳含量在4