铁碳合金相图详解

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1、第三章铁碳合金相图非合金钢[(GB/T13304-91),将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料,都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系,有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。铁与碳可以形成一系列化合物:、、等。的含碳量为6.69%,铁碳合金含碳量超过6.69%,脆性很大,没有实用价值,所以本章讨论的铁碳相图,实际是-相图。相图的两个组元是和。3.1-系合金的组元与基本相3.l.l组元⑴纯铁是过渡族元素,1个大气压下的熔点

2、为1538℃,20℃时的密度为。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构(同素异构转变),即:-(体心)-(面心)-(体心)工业纯铁的力学性能大致如下:抗拉强度=180~230,屈服强度=100~170,伸长率30~50%,硬度为50~80。可见,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,主要作为电工材料用于各种铁芯。⑵是铁和碳形成的间隙化合物,晶体结构十分复杂,通常称渗碳体,可用符号表示。具有很高的硬度但很脆,硬度约为950~1050,抗拉强度=30,伸长率。3.1.2基本相-相图中除了高温时存在的液相,和化合物相外,还

3、有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相:⑴高温铁素体碳溶于-的间隙固溶体,体心立方晶格,用符号表示。⑵铁素体碳溶于-的间隙固溶体,体心立方晶格,用符号或表示。中碳的固溶度极小,室温时约为0.0008%,600℃时约为0.0057%,在727℃时溶碳量最大,约为0.0218%,但也不大,在后续的计算中,如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。⑶奥氏体碳溶于-的间隙固溶体,面心立方晶格,用符号或表示。奥氏体中碳的固溶度较大,在1148℃时最大达2.11%。奥氏体强度较低,硬度不高,易于塑性变形。3.2-相图3.2.1-相图中各点的温度、含

4、碳量及含义-相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。49图3.1及表3.1中代表符号属通用,一般不随意改变。C,%(重量)→图3.1-相图表3.1相图中各点的温度、含碳量及含义符号温度(℃)含碳量[%(质量)]含义ABCDEFGHJKNPSQ153814951148122711481148912149514957271394727727600(室温)00.534.306.692.116.6900.090.176.6900.02180.770.0057(0.0008)纯铁的熔点包晶转变时液态合金的成分共晶点Fe3C的熔点碳

5、在γ-Fe中的最大溶解度Fe3C的成分α-Fe→γ-Fe同素异构转变点碳在δ-Fe中的最大溶解度包晶点Fe3C的成分γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点碳在α-Fe中的最大溶解度共析点600℃(或室温)时碳在α-Fe中的最大溶解度3.2.2-相图中重要的点和线3.2.2.1三个重要的特性点⑴点为包晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时。点成分的与点成分的发生包晶反应,生成点成分的。包晶反应在恒温下进行,反应过程中、、三相共存,反应式为:或。⑵点为共晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时。点成分的发生共晶反应,生成点成分的和。共晶反应在

6、恒温下进行,反应过程中、、三相共存,反应式为:或。共晶反应的产物是与的共晶混合物,称莱氏体,用符号表示,所以共晶反应式也可表达为:。莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状(727℃时转变为珠光体)分布在渗碳体基体上。49⑶点为共析点合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时点成分的发生共析反应,生成点成分的和。共析反应在恒温下进行,反应过程中、、三相共存,反应式为:或共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物,称珠光体,用符号表示,因而共析反应可简单表示为:中的渗碳体称为共析渗碳体。在显微镜下的形态呈层片状。在放

7、大倍数很高时,可清楚看到相间分布的渗碳体片(窄条)与铁素体片(宽条)。的强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间,其机械性能如下:抗拉强度()770延伸率()20~35%冲击韧性()30~40硬度()1803.2.2.2相图中的特性线相图中的为液相线;为固相线。⑴水平线为包晶反应线。碳含量0.09~0.53%的铁碳含金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。⑵水平线为共晶反应线。碳含量在2.11~6.69%之间的铁碳合金,在平衡结晶过程中均发生共晶反应。⑶水平线为共析反应线。碳含量0.0218~6.69%之间的铁碳合金,在平衡结晶过程中均

8、发生共析反应。线在热处理中亦称线。⑷线是合金冷却时自中开始析出的临界温度线,通常称线。⑸线是碳在中的固溶线,通常称线。由于在1148℃时中溶碳量最大可达2.11%,而在727℃时仅为0.77%

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