材料科学基础---铁碳相图

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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：FeC、FeC、FeC等。FeC的含碳量为6.69％，铁323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Fe-FeC相图。相图的两个组元是Fe和FeC。333.1Fe-Fe3C系合金

2、的组元与基本相3.l.l组元⑴纯铁Fe是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为327.8710kg/m。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：-Fe（体心）-Fe（面心）-Fe（体心）工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度=180～230MPa，屈服强度＝100～170b0.2MPa，伸长率30～50％，硬度为50～80HBS。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。⑵FeCFeC是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通

3、常称渗碳体，可用33符号Cm表示。FeC具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV，抗拉强度=30MPa，3b伸长率0。3.1.2基本相Fe-FeC相图中除了高温时存在的液相L，和化合物相FeC外，还有碳溶于铁形成的33几种间隙固溶体相：⑴高温铁素体碳溶于-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号表示。⑵铁素体碳溶于-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号或F表示。F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

4、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-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号或A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。3.2Fe-Fe3C相图3.2.1Fe-FeC相图中各点的温度、含碳量及含义3Fe-FeC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。337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3.1Fe-FeC相图3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A15380纯铁

5、的熔点B14950.53包晶转变时液态合金的成分C11484.30共晶点D12276.69Fe3C的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69Fe3C的成分G9120α-Fe→γ-Fe同素异构转变点H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点K7276.69Fe3C的成分N13940γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q6000.0057600℃（或室温）时碳在α-Fe中的最大溶解度（室温）(0.0008)3.2.2Fe-FeC

6、相图中重要的点和线33.2.2.1三个重要的特性点⑴J点为包晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时。B点成分的L与H点成分的发生包晶反应，生成J点成分的A。包晶反应在恒温下进行，反应过程中L、、A三相共存，反应式为：LA或LA。BHJ0.530.090.17⑵C点为共晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时。C点成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和FeC。共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A、FeC三相33共存，反应式为：LAFeC或LAFeC。CE34.32.113共晶反应的产物是A与FeC的共晶混合物，称莱

7、氏体，用符号Le表示，所以共晶反应3式也可表达为：LLe。4.34.3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A（727℃时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。38⑶S点为共析点合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时S点成分的A发生共析反应，生成P点成分的F和FeC。共析反应在恒温下进行，反应过程中A、F、FeC三相共存，33反应式为：AFFeC或AFFeCSP30.770.02183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P表示，因而共析反应可简单表示为：AP0.770.77P中的渗碳体

8、称为共析渗碳体。在显微镜下P的形态呈层片状。在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。P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