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鐵碳合金相圖一鐵碳合金相圖(一)鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)。它是研究鐵碳合金的成分、溫度和組織結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的圖形。鐵碳合金相圖是人類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐并進(jìn)行大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。一、鐵碳合金相圖的建立1.純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變:同一種元素在不同條件下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度等外界條件變化時(shí),晶格類型會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。(以純鐵的冷卻曲線,講解該過(guò)程。)2.鐵碳合金狀態(tài)圖的建立(1)配制不同成分的鐵碳合金,用熱分析法測(cè)定各合金的冷卻曲線。(2)從各冷卻曲線上找出臨界點(diǎn),并將各臨界點(diǎn)分別畫(huà)到成分-溫度坐標(biāo)中。(3)將意義相同的臨界點(diǎn)連接起來(lái)。二、鐵碳合金狀態(tài)圖分析圖1簡(jiǎn)化的Fe-Fe3C狀態(tài)圖ω,即純鐵;右端點(diǎn)圖中縱坐標(biāo)為溫度,橫坐標(biāo)為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。左端原點(diǎn)0=cω,即Fe3C。橫坐標(biāo)上任何一點(diǎn),均代表一種成分的鐵碳合金。=69%.6c1、鐵碳全合金的基本組織a)液相。鐵碳合金在溶化溫度以上形成的均勻液體稱液相,用符號(hào)L表示。b)鐵素體。碳在α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。用符號(hào)F表示。碳在α-Fe中的溶解度很低,因此,鐵素體的機(jī)械性能與純鐵相近,其強(qiáng)度、硬度較低,但具有良好的塑性、韌性。c)奧氏體。碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體,用符號(hào)A表示。(塑性較高、硬度較小,適合鍛造)d)滲碳體:滲碳體是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物,它的分子式為Fe3C,滲碳體既是組元,又是基本相。其硬度很高,塑性韌性幾乎為零。e)珠光體:用符號(hào)P表示,它是鐵素體與滲碳體薄層片相間的機(jī)械機(jī)械混合物。介于F與Fe3C之間。f)萊氏體:用符號(hào)Ld表示,奧氏體和滲碳體所組成的共晶體。硬度很高,塑性,韌性很差2、主要特性點(diǎn)表1Fe-Fe3C狀態(tài)圖中的主要特性點(diǎn)⑴C點(diǎn)為共晶點(diǎn),溫度為1148oC含碳量為4.3%液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物,稱為萊氏體(Ld),反應(yīng)式為:⑵S點(diǎn)為共析點(diǎn),溫度727oC含碳量為0.77%奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成鐵素體和滲碳體片層相間的機(jī)械混合物(共析體),稱為珠光體(P),反應(yīng)式為:3、特性線⑴ACD線:液相線,用L表示,在此線以上的區(qū)域?yàn)橐合?,?dāng)合金液冷卻到此線時(shí)開(kāi)始結(jié)晶。cω<4.3%的合金冷卻到AC線溫度時(shí)開(kāi)始結(jié)晶出奧氏體,cω>4.3%的合金冷卻到CD線溫度時(shí)開(kāi)始結(jié)晶出一次滲碳體Fe3CⅠ。⑵AECF線:固相線,合金熔液冷卻到此線時(shí)結(jié)晶完畢,此線以下為固相區(qū)。AE線是合金完成結(jié)晶,全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度線。ECF線叫共晶線,是一條水平恒溫線。液態(tài)合金冷卻到共晶線溫度(1148oC)時(shí),將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變而生成一定量的萊氏體(Ld),只有C點(diǎn)全部結(jié)晶為萊氏體。⑶ES線:是碳在奧氏體中的溶解度曲線,通常稱為Acm線。在1148℃時(shí)奧氏體中的溶碳能力最大為2.11%,隨著溫度降低溶解度沿此線降低,而在727℃時(shí)僅為0.77%C,所以含碳量大于0.77%的鐵碳合金,自1148℃冷至727℃的過(guò)程中,由于奧氏體含碳量的減少,將從奧氏體中析出二次滲碳體(Fe3CII),以區(qū)別于自液體中結(jié)晶出的一次滲碳體(Fe3CI)。⑷GS線:稱為A3線,奧氏體冷卻到此線時(shí),開(kāi)始析出鐵素體,這是同素異晶轉(zhuǎn)變的結(jié)果,使奧氏體含碳量沿此線向0.77%遞增。⑸PSK線:共析線,通常稱為A1線。當(dāng)S點(diǎn)成分的奧氏體冷卻到PSK線時(shí),發(fā)生共析反應(yīng),同時(shí)析出鐵素體和滲碳體,合稱珠光體P。⑹PQ線:碳在鐵素體中的溶解度曲線。鐵素體冷卻到此線,將以Fe3C形式析出過(guò)飽和的碳,形成的滲碳體,稱為三次滲碳體Fe3CIII,三次滲碳體數(shù)量極少,對(duì)鋼鐵性能影響一般可忽略不計(jì)。以上各特性曲線的含義均是指合金緩慢冷卻過(guò)程中的相變。若是加熱過(guò)程,則相反。4、相區(qū)⑴單相區(qū):F、A、L和Fe3C四個(gè)相區(qū)。⑵兩相區(qū):L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、A+F、F+Fe3C⑶三相區(qū):共晶線ECF是L、A、Fe3C三相共存區(qū);共析線PSK是A、F、Fe3C三相共存區(qū)。5、鐵碳合金的分類ω=2.11%)是鋼與生鐵的分界線,E點(diǎn)左邊的鐵碳合金稱為鋼(含碳E點(diǎn)成分(c量小于0.0218%的稱為純鐵)。E點(diǎn)右邊的稱為生鐵。根據(jù)含碳量和室溫組織的不同,鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三大類:⑴工業(yè)純鐵ω≤0.0218%)的鐵碳合金,其室溫組織為鐵素體,F(xiàn)e3CIII數(shù)量成分為P點(diǎn)左面(c極少,經(jīng)常忽略。⑵鋼ω≤2.11%)的鐵碳合金,按室溫組織不同,成分為P點(diǎn)和E點(diǎn)之間(0.0218%<c以0.77%為界又可分為三類:ω<0.77%,室溫組織為珠光體+鐵素體;①亞共析鋼:含碳量0.0218%<cω=0.77%,室溫組織為珠光體;②共析鋼:含碳量cω≤2.11%,室溫組織為珠光體+二次滲碳體。③過(guò)共析鋼:含碳量0.77%<c⑶白口鑄鐵ω≤6.69%)的鐵碳合金,按室溫組織的不同,成分為E點(diǎn)和F點(diǎn)之間(2.11%<c以4.3%為界又分為三類:ω<4.3
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