焊接技師培訓教材(鐵碳合金)

（鐵碳合金）焊接技師培訓教材張明錄

目錄2

一.鐵碳合金的基本相和組織二.鐵碳合金狀態(tài)圖三.鋼在冷卻時的轉變

鐵的同素異構轉變液態(tài)純鐵在1538℃開始結晶，得到

δ-Fe1394

℃

γ-Fe912

℃

α-Fe（體心立方晶格）（面心立方晶格）（體心立方晶格）一.鐵碳合金的基本相和組織1.鐵碳合金的基本相（1）鐵素體（F）鐵素體—碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體。

由于α-Fe為體心立方晶格，碳在α-Fe中的溶解度較小，727℃時為0.0218%，室溫時為0.0008%。由于F的含碳量很低，故鐵素體的性能與純鐵相似，它具有良好的塑性和韌性，低的強度和硬度（2）奧氏體（A）奧氏體—碳溶解在γ-Fe中所形成的間隙固溶體。

γ-Fe為面心立方晶格，晶格間隙較大，故奧氏體（A）的溶碳能力較強，1148℃時，含碳量2.11%，727℃時，含碳量0.77%

奧氏體的強度和硬度不高，具有良好的塑性，當鋼處于奧氏體狀態(tài)時，能較順利的進行加工。（3）滲碳體（Fe3C）滲碳體—是鐵和碳的化合物，其含碳量為6.69%

滲碳體硬度很高，約為800HBs（W），脆性很大，而塑性和韌性幾乎等于零。（4）珠光體（P）——F+Fe3C珠光體—鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。它是奧氏體在冷卻到727℃的恒溫下發(fā)生共析轉變得到的產物，因此，它只存在于727℃以下，其平均含碳量為0.77%

從珠光體的顯微組織中可以看到珠光體中的鐵素體和滲碳體是層層交替排列的。

珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，具有一定的塑性。（5）萊氏體（Ld）萊氏體分為：高溫萊氏體（727℃以上），A+Fe3C

低溫萊氏體（727℃以下），P+Fe3C

高溫萊氏體用Ld表示，低溫萊氏體用L’d表示

高溫萊氏體—含碳量為4.3%的鐵碳合金，在1148℃時從液態(tài)中同時結晶出奧氏體和滲碳體的機械混合物。低溫萊氏體—由于奧氏體在727℃時轉變?yōu)橹楣怏w，所以在727℃以下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成。

萊氏體的性能和滲碳體相似，硬度很高，塑性差。鐵碳合金的基本相和組織中，鐵素體、奧氏體、滲碳體是基本相，分別為單相組織，珠光體和萊氏體則是由基本相組成的多相組織。貝氏體：含量具有一定飽和程度的鐵素體和極分散的滲碳體所組成的混合物。

鐵碳合金狀態(tài)圖是表示在極緩慢冷卻（或極緩慢加熱）的情況下，不同成份的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的一種圖形。二.鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖1.Fe-Fe3C狀態(tài)圖中幾個主要臨界點點的符號溫度含碳量意義ACDEGS153811481227114891272704.36.692.1100.77純鐵的熔點共晶點LA+Fe3C滲碳體熔點碳在γ-Fe中最大溶解度α-Feγ-Fe純鐵的同素異體共析點AF+Fe3C2.Fe-Fe3C狀態(tài)圖中的特性物理意義物理線意義ACDAECFGSESECFPSK鐵碳合金液相線鐵碳合金的固相線冷卻時，從奧氏體中析出鐵素體的開始線。用A3表示碳在奧氏體中溶解度線。用Acm表示LA+Fe3C共晶轉變線AF+Fe3C共析轉變線。用A1表示

（1）鋼（含碳量＜2.11%的鐵碳合金稱為鋼）亞共析鋼：含C＜0.77%，室溫組織主要是F+P

共析鋼：含C=0.77%，室溫組織全部是P

過共析鋼：含C＞0.77%，室溫組織主要是P+Fe3CⅡ3.鐵碳合金的分類

鐵碳合金分為：鋼、白口鐵（2）白口鐵（含碳量在2.11~6.69之間的鐵碳合金）亞共晶白口鐵：C＜4.3%，室溫組織是P+Fe3CⅡ+L/d

共晶白口鐵：C=4.3%，室溫組織是L/d（低溫萊氏體）過共晶白口鐵：C＞4.3%，室溫組織是

Fe3CⅡ+L/d

一般將含碳量＞2.11％（一般為2.5~4%)的鐵碳合金稱為鑄鐵

鋼經過加熱獲得奧氏體組織后，如在不同的條件下冷卻，最后得到使鋼獲得不同的機械性能。三.鋼在冷卻時的轉變1.過冷奧氏體的等溫轉變奧氏體在臨界溫度A1以下是不穩(wěn)定的，必然要發(fā)生轉變，但并不是一冷到A1溫度以下就立即發(fā)生轉變，它在轉變前要需要停留一段時間，這個時間稱為孕育期。在A1溫度下暫時存在的，處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為“過冷奧氏體”。

將高溫奧氏體迅速冷卻到低于A1的某一溫度，并保持恒溫，讓過冷奧氏體在此溫度完成其轉變的過程，稱為過冷奧氏體的等溫轉變。過冷奧氏體在不同溫度進行等溫轉變，將獲得不同的組織和性能。

全面表示過冷奧氏體的轉變溫度與轉變產物之間關系的圖形，稱為奧氏體等溫轉變曲線。

由于其曲線形狀與“C”字母相似，故奧氏體等溫轉變曲線又稱為C曲線。下圖為共析鋼（0.77%含碳量）的C曲線。（1）過冷奧氏體等溫轉變曲線的建立

由圖可知，在C曲線拐彎的“鼻尖”處(約550℃)，孕育期最短，此時過冷奧氏體最不穩(wěn)定，易分解。

圖中a為開始轉變點，b為轉變終了點，aa’是過冷奧氏體轉變開始線，在轉變開始線左邊是過冷奧氏體區(qū)。bb’為過冷奧氏體終了線，在轉變終了線右邊，轉變已經完成，是轉變產物區(qū)。aa’線與bb’為過冷奧氏體與轉變產物共存的過度區(qū)。A1—奧氏體向珠光體轉變的臨界溫度Ms—過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體的開始溫度，約230℃Mf—過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體的終了溫度，約-50℃（2）過冷奧氏體等溫轉變產物的組織和性能組織名稱符號形成溫度范圍顯微組織特征硬度（HRC）珠光體PA1-650℃粗片狀混合物＜25索氏體S650-600細片狀混合物25-35屈氏體T600-550極細片狀混合物35-40上貝氏體B上550-350羽毛狀組織40-45下貝氏體B下350-Ms黑色針狀組織45-55（3）冷卻速度對奧氏體轉變產物的影響（以共析鋼為例）V1-轉變產物為珠光體，相當于隨爐冷卻（10℃/分）V2-轉變產物為索氏體，相當于空冷（10℃/秒）V3-相當于油冷（150℃/秒），轉變產物一部分為屈氏體，另一部分為馬氏體（因為冷卻線未與轉變終了線相交）。V4-相當于水冷（600℃/秒），冷卻過快，過冷奧氏體來不及分解便被冷卻到Ms以下，全部轉變?yōu)轳R氏體V臨-恰好與C曲線的開始轉變溫度相切，是奧氏體不發(fā)生分解而全部冷卻到Ms以下向馬氏體轉變的最小冷卻速度，稱為臨界冷卻速度。只要V＞V臨就得到全部馬氏體組織。

（4）馬氏體轉變當冷卻速度大于V臨時，奧氏體很快過冷到Ms以下，γ-Fe晶格迅速向

α-Fe晶格轉