第七章鐵碳相圖

第七章

鐵碳合金相圖

（Iron-carbonEquilibriumDiagram)§7－１鐵碳相圖一、由Fe－C相圖到Fe－Fe3C相圖FeFe3CFe2CFeCC

LL+AAA+Fe3CⅡF+AA+Fe3CⅡ+LdP+Fe3CⅡ+L'dP+Fe3CⅡPP+FLdL'dL+Fe3CLd+Fe3CL'd+Fe3CL'd＝P+Fe3CⅡ+Fe3C轉(zhuǎn)變二、Fe－Fe3C相圖1．Fe－Fe3C相圖的組元（1）Fe純Fe的特性：熔點(diǎn)（A點(diǎn)）：1538℃①磁性轉(zhuǎn)變：>770℃磁性消失，<770℃強(qiáng)磁性；②同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：α-Fe→γ-Fe（G點(diǎn)）體心立方：α-Fe（<910℃）,δ-Fe（1394～1538℃）面心立方：γ-Fe（912～1394℃）③固溶碳的能力： 純鐵的機(jī)械性能:強(qiáng)度、硬度很低，塑性、韌性好。

不能做結(jié)構(gòu)零件。可以利用它的磁性做儀器、儀表的鐵芯（磁芯）。

（2）Fe3C(Cementite)★Fe與C形成的間隙化合物，用Fe3C表示，呈復(fù)雜斜方結(jié)構(gòu)?！镄阅埽河捕唷?qiáng)度低、硬度高，塑性、韌性幾乎為零。不能單獨(dú)使用。2．Fe－Fe3C相圖中的相（1）液相L（2）鐵素體F（Ferrite)☆Ｃ溶于α-Fe(體心立方)形成的間隙固溶體；用Ｆ表示。 ☆Ｃ溶于-Fe（體心立方）形成的間隙固溶體,稱(chēng)為高溫鐵素體?！钚阅埽号c純鐵相似（3）奧氏體A（Austenite）★

碳溶于γ-Fe（面心立方）形成的間隙固溶體；用Ａ表示。★

性能：強(qiáng)度、硬度低，塑性好。（4）滲碳體Fe3C（Cementite)★在一定條件下，F(xiàn)e3C可分解，即： Fe3C→３Fe＋C(石墨,對(duì)鑄鐵很有意義)★根據(jù)Fe3C的來(lái)源，可分為以下幾類(lèi)：☆

一次滲碳體——從液相中結(jié)晶出的Fe3C，用Fe3CI表示；板條狀☆

二次滲碳體——從Ａ中析出的Fe3C，一般沿Ａ體晶界分布，用Fe3CII表示；網(wǎng)狀☆三次滲碳體——從Ｆ中析出的Fe3C，一般沿Ｆ晶界分布，用Fe3CIII表示；片狀☆通過(guò)共晶反應(yīng)生成的Fe3C，用Fe3C共晶表示；片狀☆通過(guò)共析反應(yīng)生成的Fe3C，用Fe3C共析表示。薄片狀注意：它們只是來(lái)源、分布、形態(tài)不同，并無(wú)本質(zhì)的差別。3．相圖分析：可以看成是由一個(gè)共晶相圖+一個(gè)共析相圖疊加而成。（1）

特征點(diǎn)：J、C、S等。（2）

特征線(xiàn)：特別是3條水平線(xiàn)。（3）相區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：Ｌ、Ａ、Ｆ；兩相區(qū)：由單相區(qū)通過(guò)規(guī)則填入。4．鐵碳合金的分類(lèi)（1）工業(yè)純鐵：Ｐ點(diǎn)以左的合金：Ｃ%<＝0.0218％（2）鋼（C％：0.0218～2.11%）

★亞共析鋼：Ｃ％(0.0218～0.77％)； ★共析鋼：Ｃ％＝0.77％； ★過(guò)共析鋼：Ｃ％(0.77～2.11％)（3）白口鑄鐵（C%：2.11～6.69%）

☆亞共晶白口鑄鐵：Ｃ％=（2.11～4.3）％☆共晶白口鑄鐵：Ｃ％=4.3％☆過(guò)共晶白口鑄鐵：Ｃ％=（4.3～6.69）％§7－2、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析一、工業(yè)純鐵（C％<=0.0218%）以含C％<=0.01%的為例。LAAFFF+Fe3CⅢ二、共析鋼（C％=0.77%）LA0.77A0.77P=(F0.0218＋Fe3C共析)P=(F0.0008＋Fe3CⅢ＋Fe3C共析)室溫組織：P。F與Fe3C的機(jī)械混合物稱(chēng)為珠光體，用P表示。三、亞共析鋼（C％：0.0218%～0.77%）以C％＝0.6%的合金為例：LAF+A0.77F+P=(F0.0218＋Fe3C共析)F+Fe3CⅢ+P=(F0.0008＋Fe3CⅢ＋Fe3C共析)

室溫組織：F＋P（Fe3CⅢ的量很少，可以忽略）四、過(guò)共析鋼(C％：0.77%～2.11%）以C％＝1.2%的合金為例：LAFe3C二次+A0.77Fe3C二次+P(F0.0218＋Fe3C共析)Fe3C二次+P(F0.008＋Fe3CⅢ＋Fe3C共析)室溫組織為：Fe3C二次+P五、共晶白口鑄(C％：4.3%）LcLd=（Ae+Fe3C）Ld=(Fe3C二次+A0.77+Fe3C)L’d=(Fe3C二次+P＋Fe3C共晶)L’d是在Fe3C的基體上分布著P。六、亞共晶白口鑄(C％：2.11～4.3%）以C％＝3%的合金為例：LAe＋LcAe+Ld=（Ae+Fe3C共晶）A+Fe3C二次＋Ld=(Fe3C二次+A0.77+Fe3C共晶)P+Fe3C二次＋L’d=(Fe3C二次+P＋Fe3C共晶)室溫組織為：L’d+Fe3C二次＋P七、過(guò)共晶白口鑄(C％：6.69～4.3%）以C％＝5%的合金為例：LFe3C一次＋LcFe3C一次+Ld=（Ae+Fe3C）Fe3C一次+Ld=(Fe3C二次+A0.77+Fe3C)Fe3C一次＋L’d=(Fe3C二次+P＋Fe3C)

室溫組織為：L’d+Fe3C一次§7－3鐵碳合金的成分與組織和性能的關(guān)系一、Ｃ％對(duì)鐵碳合金組織的影響二、Ｃ％對(duì)鐵碳合金機(jī)械性能的影響如圖7－13⑴Ｃ％↑，HB↑，而σb的變化必較復(fù)雜：在Ｃ％＝（0～0.9）％范圍內(nèi)，Ｃ％↑，σb↑Ｃ％>0.9％Ｃ％↑，σb↓⑵Ｃ％↑，ψ、δ、ak↓（F相減少）三、Ｃ％對(duì)鐵碳合金工藝性能的影響1．對(duì)切削加工性能的影響2．對(duì)可鍛性能的影響3．對(duì)鑄造性能的影響4．對(duì)焊接性能的影響§7－4Fe－Fe3C相圖的應(yīng)用一、在選材方面的應(yīng)用⑴工程結(jié)構(gòu)：橋梁、船體等，要求塑性好，焊接性好，選低碳鋼（Ｃ％<0.25％）⑵機(jī)器零件：齒輪、軸等。綜合機(jī)械性能：中等含Ｃ量的鋼（0.25～0.6％）⑶工具（刃量、模具）：要求硬度、耐磨性好，選高碳鋼；（>0.6％）⑷耐磨、不受沖擊的零件：白口鑄鐵二、在熱處理方面的應(yīng)用：熱處理的基本依據(jù)。三、在鑄造中的應(yīng)用（1）選擇合適的鑄造合金：共晶成分的合金，鑄造性好；（2）選擇合適的澆鑄溫度：液相線(xiàn)以上50～100℃；（3）鑄鋼：鑄造性差，需要昂貴的煉鋼設(shè)備，鑄件的質(zhì)量差，近年來(lái)，有被球墨鑄鐵部分代替鑄鋼的趨勢(shì)。四、在鍛造中的應(yīng)用單相Ａ：強(qiáng)度低，塑性好，便于塑性變形。鍛造溫度：Fe－Fe3C相圖中的單相Ａ區(qū)。始鍛溫度：固相線(xiàn)以下100～200℃，溫度過(guò)高，氧化嚴(yán)重。終鍛溫度：不能太低，塑性差，容易產(chǎn)生裂紋（亞共析鋼：GS以上；過(guò)共析鋼：ES線(xiàn)以下和A1以上，擊碎形成的二次滲碳體）。五、鐵碳相圖的局限性 ★

只能限于鐵碳二元合金，雜質(zhì)含量不能太高； ★

平衡結(jié)晶條件下，生產(chǎn)上很難達(dá)到這種條件，也無(wú)這種必要。思考題１．默畫(huà)Fe－Fe3C相圖，填出各區(qū)組織，并分析Ｃ％分別為0.3％、0.77％、1.2％、3％、5％合金的結(jié)晶過(guò)程。２.什么叫珠光體、萊氏體、A、F？３.鋼鐵材料中，含碳量最低的材料是_____，綜合機(jī)械性能好，成分為珠光體的材料為_(kāi)____，含碳量最高的材料是______。

A.工業(yè)純鐵/共析鋼/鑄鐵

B.鑄鐵/鋼/工業(yè)純鐵

C.亞共析鋼/共析鋼/過(guò)共析鋼

D.鐵素體/珠光體/滲碳體√

4.含碳量為0.77的鐵碳合金（共析鋼）中，鐵素體的相對(duì)含量為:

A.88%B.85%C.93%D.80%5.鐵碳合金組織的組成物中哪些在室溫下不能存在:

A.AB.PC.FD.Fe3CFe3C

6.珠光體奧氏體、鐵素體等組織中的含碳量會(huì)隨著條件的變化而發(fā)生變化，但滲碳體的含碳量為6.69%，不隨條件的變化而變化，其原因是:

A.

滲碳體的溶碳沒(méi)有能力

B.

滲碳體是穩(wěn)定的化合物

C.

滲碳體的晶格類(lèi)型不會(huì)發(fā)生變化

D.

滲碳體是固溶體√√√7.鐵碳相圖上的1148℃線(xiàn)稱(chēng)為_(kāi)_____。

A.共析線(xiàn)B.固溶線(xiàn)C.共晶線(xiàn)D.晶格轉(zhuǎn)變線(xiàn)8.亞共析鋼的室溫平衡組織是由______組成。

A.鐵素體和