鐵碳相圖分析

1、二、鐵碳合金相圖的分析Fe-FesC相圖如圖3-25所示?？梢钥闯觯現(xiàn)e-FeC相圖由三個(gè)基 本相圖（包晶相圖、共晶相圖和共析相圖）組成。相圖中有五個(gè)基本 相：液相L,高溫鐵素體相，鐵素體相，奧氏體相 和滲碳體相 FesCo這五個(gè)基本相構(gòu)成五個(gè)單相區(qū)（其中 Fe3c為一條垂線），并由 此形成七個(gè)兩相區(qū)：L+S、L+、L+ FesC、5 +、+ Fe3c、+ 和圖3-25以相組成物標(biāo)注的鐵碳合金相圖在Fe-FesC相圖中，ABCD為液相線，AHJECF為固相線。相圖中各特征點(diǎn)的溫度、成分及其含義如表 3-2所示。表3-2鐵碳相圖中各特征點(diǎn)的說(shuō)明點(diǎn)的符 號(hào)溫度 ZC含碳量 Z%說(shuō)明A15380繼銖

2、您點(diǎn)一.B14950.53包量反應(yīng)時(shí)收相的 以“C11484.3共晶點(diǎn)Lc ? e + Fe3CD12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳亦、-Fe中的最大 溶髓度F11486.69滲碳體G9120-Fe ? -Fe 同素 異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)H14950.09堡在mFe中的最 失浴解度J14950.17包晶點(diǎn)Lb+ h ? JK ；72/卜 6.69 ；滲碳體N13940-Fe? je同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218-Fe中的最天浴解度S7270.77共機(jī)點(diǎn) S ? p+Fe3c Q至溫0.0008至溫1?帙在 -Fe申的溶解度Fe- FaC相圖中有三條水平線（三相區(qū)）：HJB水平線（ 14

3、95 C）為包晶線，與該線成分（0.09%0.53%C） 對(duì)應(yīng)的合金在該線溫度下將發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變 : 1-0.53 + 0.09 0.17 （式中 各相的下角標(biāo)為相應(yīng)的含碳量），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為奧氏體。ECF水平線（1148C）為共晶線，與該線成分（2.11%6.69%C） 對(duì)應(yīng)的合金在該線溫度下將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變： L4.3 2.11 + Fe3C。轉(zhuǎn)變 產(chǎn)物為奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱為萊氏體，用符號(hào)“ Le”表 示。萊氏體的組織特點(diǎn)為蜂窩狀，以 Fe3c為基，性能硬而脆。PSK水平線（727 C）為共析線，與該線成分（0.0218%6.69%C） 對(duì)應(yīng)的合金在該線溫度下將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：0.770

4、.0218 + FqC。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱為珠光體，用符號(hào)“ P” 表示。珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相之間。 共析線又稱為A1線。止匕外，F(xiàn)e-FqC相圖中還有六條固態(tài)轉(zhuǎn)變線：GS、GP為？固溶體轉(zhuǎn)變線，HN、JN為S? 固溶體轉(zhuǎn)變線，例如，GS線是冷卻時(shí)鐵素體從奧氏體中析出開(kāi)始、加熱時(shí)鐵素 體向奧氏體轉(zhuǎn)變終了的溫度線。GS線又稱為A3線，JN線又稱為A4 線。ES線為碳在-Fe中的固溶線。在1148 C,碳的溶解度最大，為 2.11%,隨溫度降低，溶解度下降，至U 727 C時(shí)溶解度只有0.77%。 所以含碳量超過(guò)0.77%的鐵碳合金自1148 c

5、冷至727 C時(shí)，會(huì)從奧 氏體中析出滲碳體，稱為二次滲碳體，標(biāo)記為 Fe3CH o二次滲碳體通 常沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。ES線又稱為Acm線。PQ線為碳在-Fe中的固溶線。在727 C,碳的溶解度最大，為 0.0218%,隨溫度降低，溶解度下降，到室溫時(shí)溶解度僅為0.0008%。所以鐵碳合金自727 C向室溫冷卻的過(guò)程中，將從鐵素體中析出滲碳 體，稱為三次滲碳體，標(biāo)記為Fe3Cm o因其析出量極少，在含碳量較 高的合金中不予以考慮，但是對(duì)于工業(yè)純鐵和低碳鋼，因其以不連續(xù) 網(wǎng)狀或片狀分布于鐵素體晶界，會(huì)降低塑性，所以又t于Fe3Ciii的數(shù)量 和分布還是要加以控制。綜上所述可見(jiàn)，鐵碳合金中的滲

6、碳體根據(jù)形成條件不同可分為一次滲碳體FeCi (由液相直接析出的滲碳體)、二次滲碳體Fe3C、三 次滲碳體FCw、共晶滲碳體和共析滲碳體五種。它們分屬于不同的 組織組成物，區(qū)別僅在于形態(tài)和分布不同，但都同屬于一個(gè)相。由于 它們的形態(tài)和分布不同，所以對(duì)鐵碳合金性能的影響也不相同。另外，F(xiàn)e- FqC相圖中還有兩條物理性能轉(zhuǎn)變線：MO線(770 C ) 是鐵素體磁性轉(zhuǎn)變溫度。在 770 C以上，鐵素體為順磁性物質(zhì)，在 770 C以下，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性物質(zhì)。此線又稱為A2線；UV線(230 C)是滲碳體磁性轉(zhuǎn)變溫度，又稱為 A。線。Ac1鋼加熱時(shí)，開(kāi)始形成奧氏體的溫度。Ac3亞共析鋼加熱時(shí)，所有鐵

7、素體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。Ac4低碳亞共析鋼加熱時(shí)，奧氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)?相的溫度。Accm 過(guò)共析鋼加熱時(shí)，所有滲碳體和碳化物完全溶入奧氏體的溫度。Arl 鋼高溫奧氏體化后冷卻時(shí)，奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度。Ar3亞共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時(shí)，鐵素體開(kāi)始析出的溫度。Ar4鋼在高溫形成的6相在冷卻時(shí)，開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。Arcm 過(guò)共析鋼高溫完全奧氏體化后冷卻時(shí)， 滲碳體或碳化物開(kāi)始析出的 溫度。A1也寫(xiě)做Ae1,是在平衡狀態(tài)下，奧氏體、鐵素體、滲碳體或碳化物共 存的溫度，也就是一般所說(shuō)的下臨界點(diǎn)。A3 也寫(xiě)做Ae3,是亞共析鋼在平衡狀態(tài)下，奧氏體和鐵素體共存的最 高溫度，也就是說(shuō)亞共析

8、鋼的上臨界點(diǎn)。A4 也寫(xiě)做Ae4 ,是在平衡狀態(tài)下，6相和奧氏體共存的最低溫度。Acm 也寫(xiě)做Aecm ,是過(guò)共析鋼在平衡狀態(tài)下，奧氏體和滲碳體或碳化 物共存的最高溫度，也就是過(guò)共析鋼的上臨界點(diǎn)。Mb 馬氏體爆發(fā)形成溫度，以 Mb表示(Mbc MS)。當(dāng)奧氏體過(guò)冷至 MS點(diǎn)以下時(shí)，瞬間爆發(fā)式形成大量馬氏體，并伴有響聲，同時(shí)釋放相變潛熱， 使溫度回升。Md馬氏體機(jī)械強(qiáng)化穩(wěn)定化臨界溫度。MF 馬氏體相變強(qiáng)化臨界溫度。Mf有的文獻(xiàn)以Mf表示奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的終了溫度。MG 奧氏體發(fā)生熱穩(wěn)定化的一個(gè)臨界溫度。MS 鋼奧氏體化后冷卻時(shí)，其中奧氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度，符號(hào) 中的“瞪始”字漢語(yǔ)拼音第一

9、個(gè)字母，也就是俄文書(shū)籍中的MH和英文書(shū)籍中的 MS。MZ 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的終了溫度，符號(hào)中的“巡終”字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母，也就是俄文書(shū)籍中的 MK和英文書(shū)籍中的Mf0注：AC1、AC3、AC4和ACCm隨加熱速度而定，加熱越快，其越高； Ar1、 Ar3、Ar4和Arcm則隨冷卻速度的加快而降低，當(dāng)冷卻速度超過(guò)一定值(臨界 冷卻速度)時(shí)，它們將完全消失。一般情況下，Ac1 A1 Ar1 , Ac3A3Ar3, Ac4 A4 Ar4 , Accm Acm Arcm碳在鑄鐵中可能以滲碳體(Fe3C)或石墨(G)形式存在，根據(jù)碳的 存在形式，鑄鐵可分為：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵。白口鑄鐵:

10、白口鑄鐵中，碳除少量溶入鐵素體外，絕大部分以 滲碳體的形式存在。因斷口呈銀白色，故稱白口鑄鐵。白口鑄鐵硬度 高，脆性大，難以切削加工，故很少直接用來(lái)制造機(jī)械零件，主要用 作煉鋼原料、可鍛鑄鐵的毛坯，以及不需切削加工、要求硬度高和耐 磨性好的零件，如軋輻、犁鋅及球磨機(jī)的磨球等?；铱阼T鐵:灰口鑄鐵中，碳主要以石墨的形式存在，斷口呈灰 色。這類(lèi)鑄鐵是工業(yè)上最常用的鑄鐵。根據(jù)其石墨的存在形式不同， 灰口鑄鐵可分為如下四類(lèi)性能不同的鑄鐵件：(1)灰鑄鐵碳主要以片狀石墨形式存在的鑄鐵。(2)球墨鑄鐵碳主要以球狀石墨形式存在的鑄鐵。(3)可鍛鑄鐵碳主要以團(tuán)絮狀石墨形式存在的鑄鐵。(4)蠕墨鑄鐵碳主要以蠕蟲(chóng)狀

11、石墨形式存在的鑄鐵。麻口鑄鐵:麻口鑄鐵中，碳一部分以石墨存在，另一部分以滲 碳體存在，斷口呈黑白相間，這類(lèi)鑄鐵的脆性較大，故很少使用止匕外，為了進(jìn)一步提高鑄鐵的性能或得到某種特殊性能，在鑄鐵 中加入一種或多種合金元素（Cr、Cu W Al、B等）可得到合金鑄 鐵，如耐磨鑄鐵、耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵等鑄鐵中碳以石墨形態(tài)析出的過(guò)程叫做鑄鐵的石墨化。按Fe-Fe3c雙重相圖，鑄鐵在結(jié)晶過(guò)程中，隨著溫度的下降，各溫度 階段都有石墨析出，石墨化過(guò)程是一個(gè)原子擴(kuò)散的過(guò)程，溫度越低， 原子擴(kuò)散越困難，越不易石墨化。結(jié)晶時(shí)，若各階段石墨化能充分或 大部分進(jìn)行，則能獲得常用的灰口鑄鐵，反之將會(huì)得到白口鑄鐵影響石墨化

12、的因素化學(xué)成分的影響：元素對(duì)石墨化影響C是形成石墨的基礎(chǔ)，增大鑄鐵中 C的濃度，有利于形成石墨Si是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，Si含量越高，石墨化進(jìn)行得越充分是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，S還會(huì)降低鑄鐵的力學(xué)性能和流動(dòng)性。S因此，鑄鐵中含S越少越好本身阻止石墨化，但Mn與S化合形成MnS減弱了 S對(duì)石墨化的不 Mn利影響，故鑄鐵中允許有適量的 Mn冷卻速度的影響：緩 慢冷卻時(shí)碳原子擴(kuò)散充分，易形成穩(wěn)定的石 墨，即有利于石墨化。鑄造生產(chǎn)中凡影響冷卻速度的因素均對(duì)石墨化有影響。如鑄件壁越厚，鑄型材料的導(dǎo)熱性越差，越有利于石墨化。三、常用灰口鑄鐵件的性能特點(diǎn)力學(xué)性能:常用灰口鑄鐵中具有石墨存在，而石墨的力學(xué)性

13、能幾乎為零，可以把鑄鐵看成是布滿裂紋或空洞的鋼。 石墨不僅破壞了 基體的連續(xù)性，減少了金屬基體承受載荷的有效截面積， 使實(shí)際應(yīng)力 大大增加；另一方面，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使尖角處的應(yīng) 力遠(yuǎn)大于平均應(yīng)力。所以，灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼。石墨片的數(shù)量越多、尺寸越大、分布越不均勻，對(duì)力學(xué)性能的影響就 越大。但石墨的存在對(duì)灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度影響不大，因?yàn)榭箟簭?qiáng)度主要取決于灰鑄鐵的基體組織，因此灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度與鋼相近。墨雖然降低了灰鑄鐵的力學(xué)性能，但卻給灰鑄鐵帶來(lái)一系列其它 的優(yōu)良性能。(1)良好的鑄造性能 灰鑄鐵件鑄造成形時(shí)，不僅其流動(dòng)性好， 而且還因?yàn)樵谀踢^(guò)程中析出比容較大的石

14、墨， 減小凝固收縮，容易 獲得優(yōu)良的鑄件，表現(xiàn)出良好的鑄造性能。(2)良好的減振性 石墨對(duì)鑄鐵件承受振動(dòng)能起緩沖作用， 減弱晶粒 間振動(dòng)能的傳遞，并將振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽曰诣T鐵具有良好的減 振性。(3)良好的耐磨性能 石墨本身也是一種良好的潤(rùn)滑劑， 脫落在摩擦 面上的石墨可起潤(rùn)滑作用，因而灰鑄鐵具有良好的耐磨性能。(4)良好的切削加工性能 在進(jìn)行切削加工時(shí)，石墨起著減摩、斷屑 的作用；由于石墨脫落形成顯微凹穴，起儲(chǔ)油作用，可維持油膜的連續(xù)性，故灰鑄鐵切削加工性能良好，刀具磨損小。（5）低的缺口敏感性 片狀石墨相當(dāng)于許多微小缺口， 從而減小了鑄件對(duì)缺口的敏感性，因此表面加工質(zhì)量不高或組織缺陷對(duì)

15、鑄鐵疲勞強(qiáng) 度的不利影響要比對(duì)鋼的影響小得多適用場(chǎng)合:由于灰鑄鐵具有以上一系列性能特點(diǎn)，因此被廣泛地用來(lái)制作各種受壓應(yīng)力作用和要求消震的機(jī)床床身與機(jī)架、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的殼體與箱體、承受摩擦的缸體與導(dǎo)軌等。熱處理是鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保持一定的時(shí)間，然后以某種冷卻方式 冷卻下來(lái)的一種加工工藝。其工藝過(guò)程是：加熱 -保溫-冷卻。熱處理的目的是：改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善工件的工藝性能、使用性能， 挖掘鋼材的潛力，延長(zhǎng)零件的使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量。節(jié)約材料和能源。1、碳鋼的普通熱處理工藝方法1）鋼的退火鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度 Ac1或Ac3線以上，保溫一段時(shí)間，然后 緩慢地隨爐冷卻。

16、此時(shí)，奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解，從而得到比較接近平衡狀態(tài) 的組織。一般中碳鋼（如40、45鋼）經(jīng)退火后消除了殘余應(yīng)力，組織穩(wěn)定，硬 度較低（HB180220）有利于下一步進(jìn)行切削加工。2）鋼的正火鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫度 Ac3或Accm線以上，保溫一段時(shí)間，然 后進(jìn)行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體量相對(duì)較多， 且片層較細(xì)密，故性能有所改善，細(xì)化了晶粒，改善了組織，消除了殘余應(yīng)力。 對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō)，正火后提高硬度可改善切削加工性， 提高零件表面光潔度；對(duì)于 高碳鋼，則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準(zhǔn)備。3）鋼的淬火鋼的淬火通常是把鋼加熱到臨界溫

17、度 Ac1或Ac3線以上，保溫一段時(shí)間，然后 放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻（丫冷丫臨），以獲得具有高硬度、高耐磨 性的馬氏體組織。4）鋼的回火鋼的回火通常是把淬火鋼重新加熱至 Ac1線以下的一定溫度，經(jīng)過(guò)適當(dāng)時(shí)間的 保溫后，冷卻到室溫的一種熱處理工藝。由于鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織硬而 脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進(jìn)行磨削加工則往往會(huì)出現(xiàn)龜裂， 一些精密的零件在使用過(guò)程中將會(huì)引起尺寸變化從而失去精度，甚至開(kāi)裂。因此,淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得各種不同的性能。2、碳鋼普通熱處理工藝1）加熱溫度碳鋼普通熱處理的加熱溫度，原則上按加熱到臨界溫度 Ac1或Ac3線以上30 50 c選定。但生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工件實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。熱處