工程材料 第四章 铁碳合金a

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1、第四章铁碳合金iron-carbonalloys1第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图(Phasediagramofiron-carbonalloys)一、铁碳合金系组元的特性二、铁碳双重相图三、Fe-Fe3C相图的特征2一、铁碳合金系组元的特性1.纯铁第一节铁碳合金系相图同素异构转变；居里温度；力学性能特点。3第一节铁碳合金系相图纯铁的原子间距、原子体积与温度的关系4第一节铁碳合金系相图体心立方的α铁在20℃时点阵常数为0.28663nm。由此可求得其最近原子间距为0.24821nm，原子半径0.12410nm。四面体间隙半径为0.03596nm，八面体间隙半径为0.018

2、62nm。面心立方的γ铁在950℃时点阵常数为0.36563nm。可以求得其最近原子间距为0.25850nm,原子半径0.12925nm。四面体间隙半径为0.02908nm，八面体间隙半径为0.05350nm。5一、铁碳合金系组元的特性2.碳第一节铁碳合金系相图碳的原子序数为6，原子量为12.01，原子半径为0.077nm，20℃时的密度为2.25×103kg/m3。游离态的C有金刚石和石墨。同素异构石墨具有简单六方晶格，同一层面上碳原子以共价键结合。6C在铁碳合金中存在有三种形式：C溶入Fe的不同晶格中形成固溶体α，γ，δ；C与Fe形成金属化合物，即渗碳体（Fe3C）；C

3、以游离石墨存在于合金中；石墨耐高温，可导电，有一定润滑性，石墨的强度、硬度很低，只有3～5HB，而塑性几乎接近于零。铁碳合金中的石墨用符号G或C表示。第一节铁碳合金系相图7二、铁碳双重相图第一节铁碳合金系相图Fe-Fe3C相图Fe-G相图8三、Fe-Fe3C相图的特征第一节铁碳合金系相图1.图中的基本相(1)铁素体(2)奥氏体(3)渗碳体(4)d固溶体2.图中的特性点3.图中的特性线4.图中的相区91.图中的基本相(1)铁素体(2)奥氏体(3)渗碳体(4)固溶体(5)L(6)G101.图中的基本相α相C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素

4、体，记为F(Ferrite)。γ相C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为A(Austenite)。δ相C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称高温铁素体。Fe3C相铁和碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm(Cementite)。石墨在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G(Graphite)。L相碳在高温下熔入液体，相图中标记L(Liquid)。11渗碳体熔点为1227C

5、.渗碳体硬度高,为HB800，脆性大，塑性极低.Fe3C→3Fe+C(石墨)122.图中的特性点132.图中的特性点特性点符号温度/℃Wc/%含义A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成分C11484.30共晶点Lc←→Ar+Fe3CD12276.69Fe3C的熔点E11482.11A中的最大溶碳量F11486.69Fe3C的成分G9120Α-Fe←→γ-Fe的同素异构转变点(A3)H14950.09δ固溶体中的最大溶碳量J14950.17包晶点LE+δH←→AK7276.69Fe3C的熔点N13940γ-Fe←→δ-Fe的同素异构转变点(A4)P72

6、70.0218F中的最大溶碳量S7270.77共析点(A1)AS←→FP+Fe3CQ室温0.0008室温时F中的溶碳量Fe-Fe3C相图中各点的温度,含碳量及含义143.图中的特性线(1)液相线ABCD(2)固相线AHJECF(3)包晶反应线HJB,发生包晶反应，LB+δN→γJ，形成奥氏体组织(A)。(4)共晶反应线ECF，发生共晶反应，LC→γE+Fe3C，形成莱氏体(Ledeburite/Ld)组织。(5)共析反应线PSK，发生共析反应，γS→αP+Fe3C，形成珠光体(Pearlite/P)组织。(6)析出线自单相中析出第二相，如CD线：L→Fe3CⅠ；ES线：γ→

7、Fe3CⅡ；PQ线：α→Fe3CⅢ。因各单相中析出的Fe3C形态不同,故作为组织是有区别的，以下角标Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ来区分组织。(7)其他相界线如HN线，GP线等。15164.图中的相区五个单相区：液相区L高温固溶体奥氏体(A)铁素体(F)渗碳体Fe3C七个双相区：L＋L＋L＋Fe3C＋＋Fe3C＋＋Fe3C三个三相区：HJB线L＋＋ECK线L＋＋Fe3CPSK线＋＋Fe3C17五个单相区：液相区L高温固溶体奥氏体(A)铁素体(F)渗碳体Fe3C七个双相区：L＋L＋L