金属工艺学 第3章 铁碳合金

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1、金属工艺学主讲人：3.1铁碳合金的基本组织3.2铁碳合金状态图3.3铁碳合金状态图的应用第三章铁碳合金本节重点：铁碳合金状态图在铸造、压力加工、焊接中的应用本节难点：铁碳合金状态图的理解3.1铁碳合金的基本组织3.1.1纯铁的同素异购转变1538cº1394ºc912ºc室温δ-Feγ-Feα-Fe体心立方面心立方体心立方金属的同素异构转变的慨念金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。金属的同素异构转变的意义可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性能的目的。3.1铁碳合金的基本组织3.1.2铁碳合

2、金的基本组织铁素体：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶(F）。塑性（δ=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。奥氏体：碳溶解在γ—Fe中的间隙固溶体（A）。塑性好。渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很高（HBW=800），塑性、韧性几乎为零。珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体（P）。莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性差。1、铁素体（F）铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，它仍保持α-Fe的体心立方晶格结构。由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量

3、只有0.0218%（727℃），所以是几乎不含碳的纯铁。铁素体由于溶量小，力学性能与纯铁相似，即塑性和冲击韧度较好，而强度、硬度较低。显微镜下观察，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒形状。2、奥氏体（A）奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。它保持γ-Fe的面心立方晶格结构。因其晶格间隙较大，所以溶碳能力比铁素体强，在727℃时溶碳量为0.77%，1148℃时溶碳量达到2.11%。奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性，是绝大多数钢高温进行压力加工的理想组织。由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内。显微

4、镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。3、渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的具有复杂斜方结构的间隙化合物，含碳量为6.69%，硬度很高（800HBW），塑性和韧性几乎为零。主要作为铁碳合金中的强化相存在。显微镜下观察，渗碳体呈银白色光泽，并在一定条件下可以分解出石墨。4、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体（机械混合物）。珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即综合性能良好。显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽，因此得名。5、莱氏体（Ld）莱氏体是

5、由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发生共晶转变，生成高温莱氏体（Ld）。合金继续冷却到727℃时，其中的奥氏体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体（L’d）。统称莱氏体。莱氏体中由于大量渗碳体存在，其性能与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。3.2铁碳合金相图渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD线—液相线AECF线—固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm简化后的相图两种反应1148℃1、共晶反应一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。L

6、4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即莱氏体Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)两种反应2、共析反应一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。A0.77%c727℃共析反应的产物即珠光体P＝F0.02%c+Fe3C6.69%cF0.02%c+Fe3C6.69%c铁碳合金相图中主要特性点的含义特性点的符号温度t/℃含碳量wc%含义ACDEGPSQ1538114812271148912727727室温04.36.692.1100.020.770.0008纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在

7、奥氏体中的最大溶解度α-Teγ-Te同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度相图中主要线的含义ACD线—液相线是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线—固相线各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。ECF水平线—共晶线含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。PSK水平线—共析线（A1线）含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。GS线—（A3线）是冷却时奥氏体转变为铁素体

8、的开始线。ES线—称Acm线是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。3.2.2典型合金结