鐵碳相圖經典版本

1、鐵 碳 相 圖一.鐵碳相圖分析二.鐵碳合金的平衡結晶過程和組織三.成分 組織與性能的對應關系。 一.鐵碳相圖分析 溫度溫度 碳含量碳含量 (C)% 含含 義義 A 1538 0 純鐵的熔點純鐵的熔點 B 1495 0.53 包晶轉變時液態(tài)合金的成分包晶轉變時液態(tài)合金的成分 C 1148 4.30 共晶點共晶點 Lc AE+Fe3C D 1227 6.69 Fe3C的熔點的熔點 E 1148 2.11 碳在碳在 -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 F 1148 6.69 Fe3C的成分的成分 G 912 0 -Fe -Fe同素異構轉變點同素異構轉變點(A3) H 1495 0.09 碳在碳在 -

2、Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 J 1495 0.17 包晶點包晶點LB+ H AJ K 727 6.69 Fe3C的成分的成分 N 1394 0 -Fe -Fe同素異構轉變點同素異構轉變點(A4) P 727 0.0218 碳在碳在 -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 S 727 0.77 共析點共析點(A1) AS FP+Fe3C Q 600 20 0.0057 0.0008 600 20 時碳在時碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度 (一).鐵碳合金的組元1. Fe 過渡族元素,熔點為1538, 相對密度是7.87g/cm3.純鐵從液態(tài)結晶為固態(tài)后, 繼續(xù)冷卻到1394及912時, 先后發(fā)

3、生兩次同素異構轉變. 工業(yè)純鐵的機械性能 b 180 230 MPa 0.2 100 170 MPa 30%50% 70%80% ak 1.6106 2106J/m2 硬度 50 80 HB 2. Fe3C Fe3C是Fe與C的一種具有復雜結構的間隙化合物, 通常稱為滲碳體, 用Cm表示。 滲碳體的機械性能 抗拉抗拉強度強度b 延伸延伸率率 斷面斷面收縮收縮率率 沖擊沖擊韌度韌度ak 硬度硬度 30 MPa 0 0 0 800 HB Fe3C 滲碳體根據(jù)生成條件不同有條狀、網狀、片狀、粒狀等形態(tài), 對鐵碳合金的機械性能有很大影響. (二).鐵碳相圖中的單相區(qū)1. 液相(L)區(qū) 液相L是鐵與碳的

4、液溶體.2. 相區(qū) 相為高溫鐵素體,是碳在 -Fe中的間隙固溶體,呈體心立方晶格,在1394以上存在,在1495時溶碳量最大,為0.09%. 3.相區(qū) 相也稱鐵素體, 用符號 F或 表示, 是碳在 -Fe 中的間隙固溶體, 呈體心立方晶格.鐵素體中碳的固溶度極小,室溫時約為0.0008%, 在727 時溶碳量最大, 為0.0218%. 4. 相區(qū) 相常稱奧氏體,用符號 A或 表示,是碳在 -Fe 中的間隙固溶體,呈面心立方晶格.奧氏體中碳的固溶度較大,在1148 時溶碳量最大達2.11%. 5. Fe3C相區(qū) Fe3C相是一個化合物相.(三).Fe-Fe3C相圖中的三相區(qū) 1.水平線HJB(包

5、晶反應線), J為包晶點. 0.09%w(C)0.53%的鐵碳合金在平衡結晶過程中均發(fā)生包晶反應: L0.53+ 0.09= 0.17 (1495 ). 2.水平線ECF(共晶反應線), C點為共晶點. 2.11% w(C) 6.69%之間的鐵碳合金, 在平衡結晶過程中均發(fā)生共晶反應:L4.3= Le( 2.11+Fe3C ) (1148 ).共晶反應的產物是奧氏體與滲碳體的共晶混和物, 稱萊氏體, 以符號 Le表示. 3.水平線PSK(共析反應線), S點為共析點.0.0218% w(C) 6.69%的鐵碳合金, 在平衡結晶過程中均發(fā)生共析反應:0.77=P(+Fe3C) (727 ). 共

6、析反應的產物是鐵素體與滲碳體的共析混合物, 稱珠光體, 以符號P表示. (四).特性曲線GS線 又稱A3線,是在冷卻過程中,由A析出F的開始線. ES線 是碳在A中的固溶線, 通常叫做Acm線。由于在1148 時A中溶碳量最大可達2.11%, 而在727 時僅為0.77%, 因此碳質量分數(shù)大于0.77%的鐵碳合金自1148冷至727 的過程中, 將從A中析出Fe3CII。Acm線亦為從A中開始析出Fe3CII的臨界溫度線。 PQ線 是碳在F中固溶線。在727 時F中溶碳量最大可達0.0218%, 室溫時僅為0.0008%, 因此碳質量分數(shù)大于0.0008%的鐵碳合金自727 冷至室溫的過程中,

7、 將從F中析出Fe3CIII。PQ線亦為從F中開始析出Fe3CIII的臨界溫度線。Fe3CIII數(shù)量極少, 往往予以忽略。 (1) 工業(yè)純鐵 w(C)0.0218% (2) 鋼 0.0218% w(C)2.11% 亞共析鋼 0.0218%w(C)0.77% 共析鋼 w(C) = 0.77% 過共析鋼 0.77%w(C)2.11% (3) 白口鑄鐵 2.11%w(C)6.69% 亞共晶白口鑄鐵 2.11% w(C)4.3% 共晶白口鑄鐵 w(C) = 4.3% 過共晶白口鑄鐵 4.3% w(C)6.69% (五).Fe-Fe3C相圖中鐵碳合金的分類二.鐵碳合金的平衡結晶過程和組織1.工業(yè)純鐵的結

8、晶過程珠光體珠光體是是F與與Cm的共析混的共析混合物合物.Cm以細以細片狀分散分布片狀分散分布在在F基體上基體上,起起強化作用強化作用. b :770MPa : 20-35%硬度硬度: 180HBak: 3105- 4105J/m22.共析鋼的結晶過程3.亞共析鋼的結晶過程4.過共析鋼的結晶過程 (a) 0.01%C鐵素體500倍(b) 0.45%C鐵素體+珠光體 500倍(c) 0.77%C珠光體 500倍(d) 1.2%C 珠光體+二次滲碳體 500倍(f) 4.3%C 低溫萊氏體130(e) 3%C珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體130(g) 5%C初晶滲碳體+低溫萊氏體130 標注組織的

9、Fe-Fe3C相圖 A3AcmA1三三.成分成分 組織與性能的對應關系組織與性能的對應關系1.強度 隨碳含量的增加,亞共析鋼中P增多而F減少,P的強度較F高.同時P的組織越細密,其強度值越高. 所以亞共析鋼的強度隨碳含量的增大而增大. 當碳含量超過共析點之后,強度很低的Fe3CII沿晶界出現(xiàn),合金強度的增高變慢,到約0.9%C時, Fe3CII沿晶界形成完整的網,強度開始迅速降低, 到2.11%C合金中將出現(xiàn)Le時,強度已降至很低的值. 再增加碳含量時,合金基體都為脆性很高的Fe3C,強度變化不大且值很低,趨于Fe3C的強度(約30 MPa).0.92.硬度 隨含碳量增加,合金硬度呈直線關系增

10、大3.塑性 鐵碳合金中Fe3C是極脆的相, 沒有塑性.合金的塑性變形全部由F提供.所以隨碳含量的增大, F量不斷減少時, 合金的塑性連續(xù)下降.到合金成為白口鑄鐵時, 塑性就降到近于零值了. 亞共析鋼的硬度、強度和延伸率的估算： 硬度80w(F)+180w(P) (HB) 硬度80w(F)+800w(Fe3C) (HB) 拉伸強度(b)230w(F)+770(P) (MPa) 伸長率( )50w(F)+20w(P) (%) 作業(yè)一.術語解釋10：鐵素體、珠光體、奧氏體、萊氏體、滲碳體、初晶滲碳體、共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體、三次滲碳體二.填空 是非判斷 選擇題：P9-2(14)(15)(

11、16)(17).P10-3(16)(17). P12-4(10)(11)(12)(13).三.綜合分析題8：25.P14-5(7)26.P14-5(8)27.P14-5(9)28.P14-5(10)29.什么是Fe3C、Fe3C、Fe3C？它們是在什么條件下形成的？形態(tài)和分布特點是怎樣？30.亞共析鋼成分和共晶成分的白口鑄鐵哪一個鑄造性能好？為什么？31.試寫出45鋼和T10在平衡結晶條件下室溫的相組成和組織組成及其質量分數(shù)，并畫出它們在室溫下的組織組成示意圖。32.將A、B兩塊碳素鋼試樣加熱至850 保溫后緩冷，金相組織分別為：A試樣的先共析鐵素體面積為41.6%，珠光體面積為58.4%；B試樣的二次滲碳體面積為7.3%，珠光體面積為92.7%；設鐵素體和滲碳體的密度相同,鐵素體的含碳量為零，求A、B兩種碳素鋼的含碳量。附加讀物附加讀物:Fe-3%C室溫組織組成物相對量的計算室溫組織組成物相對量的計算:組織組成物：組織組成物：P、Fe3C、Le組織組成物相對量：組織組成物相對量：Le%=L%=E2/EC=(3-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%A%=(P+Fe3C)%=2C/