第5章 铁碳合金

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1、第五章铁碳合金第一节铁碳合金的相结构与性能铁碳合金的基本组织:铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体1．铁素体定义：碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体(ferrite)，用符号F表示。结构：铁素体具有体心立方晶格。成分：在727℃时碳的溶解度最大为0.0218%，室温时几乎为零。性能：铁素体的塑性、韧性很好（δ=30～50%、aKU=160～200J／cm2），但强度、硬度较低(σb=180～280MPa、σs=100～170MPa、硬度为50～80HBS)。铁素体的显微组织如右图。铁素体

2、2．奥氏体定义：碳溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体(austenite)，用符号A表示。结构：奥氏体具有面心立方晶格。成分：γ-Fe的溶碳能力比α-Fe大，727℃时溶解度为0.77%，随着温度的升高，溶碳量增多，1148℃时其溶解度最大为2.11%。性能：奥氏体常存在于727℃以上，是铁碳合金中重要的高温相，强度和硬度不高，但塑性和韧性很好(σb≈400MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。奥氏体的显微组织如右图所示。奥氏体3．渗碳体定义与结构：渗碳体(ce

3、mentite)是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂晶体结构的金属化合物，常用化学分子式Fe3C表示。成分与性能；渗碳体中碳的质量分数为6.69%，熔点为1227℃，硬度很高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、aKU≈0)，脆性大。渗碳体是钢中的主要强化相，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。4．珠光体珠光体(pearlite)是由铁素体和渗碳体组成的多相组织，用符号P表示。珠光体中碳的质量分数平均为0.77%，由于珠光体组织是由软的铁素体和硬的渗碳体组成，因此，它的性能介于铁素

4、体和渗碳体之间，即具有较高的强度(σb=770MPa)和塑性(δ=20～25%)，硬度适中（180HBS）。5．莱氏体碳的质量分数为4.3%的液态铁碳合金冷却到1148℃时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的多相组织称为莱氏体(ledeburite)，用符号Ld表示。在727℃以下莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称为变态莱氏体，用符号Ld′表示。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。第二节Fe-Fe3C相图定义：Fe-Fe3C相图是指在极其缓慢的加热或冷却的条件下，不同成分的铁碳合金，在不同温度下所具

5、有的状态或组织的图形。意义：它是研究铁碳合金成分、组织和性能之间关系的理论基础，也是选材、制定热加工及热处理工艺的重要依据。Fe-Fe3C相图如下图。一、相图分析Fe-Fe3C相图纵坐标表示温度，横坐标表示成分碳的质量分数由0～6.69%，左端为纯铁的成分，右端为Fe3C的成分。1．相图中的主要特性点Fe-Fe3C相图中主要特性点的温度、成分及其含义如表所示。⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++2、相图中的主要特性线ACD线为液相线，在ACD线以上合金为液态，用符号

6、L表示。液态合金冷却到此线时开始结晶，在AC线以下结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出渗碳体，称为一次渗碳体，用符号Fe3CI表示。AECF线为固相线，在此线以下合金为固态。液相线与固相线之间为合金的结晶区域，这个区域内液体和固体共存。L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3CECF线为共晶线，温度为1148℃。液态合金冷却到该线温度时发生共晶转变：L4.3---------A2.11+Fe3C6.69PSK线为共析线，又称A1线，温度为727℃。铁碳合金冷却到该温度时发生共析转变

7、：A0.77---------F0.0218+Fe3C6.69ES线是碳在γ-Fe中的溶解度曲线，又称Acm线。GS线，又称A3线。是冷却时由奥氏体中析出铁素体的开始线。L+δL+L+Fe3Cδ++Fe3C+F+Fe3C3.相区二、铁碳合金的分类根据碳的质量分数和室温组织的不同，可将铁碳合金分为以下三类：（1）工业纯铁wc≤0.0218%。（2）钢0.0218%＜wc≤2.11%。根据室温组织的不同，钢又可分为三种：共析钢（wc=0.77%）；亚共析钢（wc=0.0218%～0.77

8、%）；过共析钢（wc=077%～2.11%）。（3）白口铁2.11%＜wc＜6.69%。根据室温组织的不同，白口铁又可分为三种：共晶白口铁（wc=4.3%）；亚共晶白口铁（wc=2.11%～4.3%）；过共晶白口铁（wc=4.3%～6.69%）。三、典型铁碳合金的结晶过程及组织1.共析钢的结晶过程及组织结晶过程珠光体中铁素体与渗碳体的成分和相对重量珠光体的显微组织：2.亚共析钢的结晶过程及组织结晶过程室温组织中铁素体和珠光体的成分和相对量：亚共析钢的室温显微组织：3.过共析钢的结晶