铁碳合金图文讲解

1、超详细的铁碳合金图文讲解，搞机械的应该了解！ 铁碳合金，是以铁和碳为组元的二元合金。铁基材料中应用最多的一类碳钢和铸铁，就是一种工业铁碳合金材料。搞机械的，最应该掌握的材料就是铁碳合金材料。铁碳相图一、Fe-Fe3C相图的组元1Fe组元 -Fe(bcc) -1394-Fe(fcc)-912- a -Fe(bcc) (同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好2Fe3C （ Cem， Cm）熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。二、Fe-Fe3C相图中的相1液相L2相 高温铁素体 （C固溶到 -Fe中相）3相 铁素体F （C固溶到 -Fe中相）强度、硬度低、塑性好 （室温：C%=0.0008%,

2、727度：C%=0.0218%）4相、A奥氏体 （C固溶到-Fe中相）强度低，易塑性变形5Fe3C三、相图分析1三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB：1495摄氏度，C%=0.09-0.53%LB+H-AJ 即 L0.53+ 0.09- A0.17（2）共晶转变线ECF,1148摄氏度，C%=2.11-6.69%L4.3- A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体 Le，Ld（3）共析转变线PSK，727摄氏度，C%=0.0218-6.69%As-FP+Fe3C（共析渗碳体）A0.77- F0.0218+Fe3CP（珠光体）珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C

3、和F之间Le- P+Fe3CII+Fe3C共晶-低温莱氏体 Le2液固相线液相线ACD固相线AECF3溶解度线ES线 碳在A中的固溶线，1148摄氏度，2.11% 727摄氏度,0.77%,Fe3CIIPQ线 碳在F中的固溶线，727摄氏度,0.0218%0.0008%室温，Fe3CIII4GS线5. 特征点6.特征线表四、基于Fe-Fe3C相图的Fe-C合金分类1工业纯铁，C%<=0.0218%2钢0.0218%<C%<= 2.11%亚共析钢 0.0218%<C%<0.77%共析钢 0.77%过共析钢 0.77%<C%<= 2.11%3白口铸铁2.1

4、1%<C%<6.69%亚共晶白口铸铁 2.11%<C%<4.3%共晶白口铸铁 4.3%过共晶白口铸铁 4.3 %<C%<6.69%在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。1.铁素体铁素体是碳在-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”(或)表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。=30%50%，AKU=128160J，b=180280MPa，5080HBS.铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶

5、液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。2.奥氏体奥氏体是碳在-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”(或)表示，面心立方晶格；虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有2.11%(1148时)，727时为0.77%。在一般情况下，奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为7271394，故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时，都应将其加热成奥氏体状态，所谓“趁热打铁”正是这个意思。b=400MPa，170220HBS，

6、=40%50%.另外，奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性，可用于要求不受磁场的零件或部件。奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有孪晶存在。3.渗碳体渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式“Fe3C”表示。它的碳质量分数Wc=6.69%，熔点为1227,质硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响.总结：在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。但奥氏体一般仅存在于高温

7、下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。由于铁素体中的含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。这一点是十分重要的.铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C，Fe2C，FeC等，有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图，此时相图的组元为Fe和Fe3C。由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分轴从06.69%。所谓的铁碳合金相图实际上就是FeFe3C相图。铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：（1）工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。（2）碳钢（0.0218%-2

8、.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%-0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%-2.11%C）。（3）白口铸铁（2.11%-6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%-4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3%6.69%C）Fe-C合金平衡结晶过程1工业纯铁（C%0.0218%）2共析钢 cC%=0.77%3亚共析钢 0.0218%<C%<0.77%4过共析钢5共晶白口铁（C%=4.3%）6亚共晶白口铸铁，2.11%<C%<4.3%7过

9、共晶白口铸铁小结：标注组织的铁碳相图复线铁碳合金相图一、碳在Fe-C合金中的存在方式1固溶固溶体 C r-Fe（FCC）A ,C -Fe（bcc）F2化合物 Fe3C3石墨 Fe3C3Fe+G二、复线铁碳相图复线铁碳相图，是在实线的Fe-Fe3C相图上再叠加上虚线的Fe-G相图，不同点在于：（1）Fe-G 共晶、共析温度高些，11540C, 7380C（2）Fe-G 共晶、共析成分左移 4.26%, 0.68%（3）溶解度曲线也向左移E', 2.08%（4）液相线C'D'稍高于Fe-Fe3C相图共晶：Lcl->G+AE (11540C)共析：As1->G+F

10、 (7380C)三、铸铁的石墨化过程铸铁组织中析出石墨的过程-石墨化1两种形式a. 按Fe-G相图从液相中或A中直接析去G。b. 接Fe-Fe3C相图，先结晶出Fe3C，随后在一定条件下，Fe3CFe+G2液态直接析出石墨的过程a. 第I阶段过共晶成分LL+GI(>11540C)AE+G（共晶）+GI (11540C)共晶成分LAE+G（共晶） (11540C)亚共晶成分LAE+G（共晶）+AE初生 (11540C)b. 第II阶段析出二次石墨AA+GII (11540C7380C)c. 第三阶段共析石墨As'Fp+G（共析）（7380C)四、铸铁的组织和分类1按石墨化各阶段进行

11、的程度不同，得到不同组织的铸铁石墨化程度名称 第一阶段（液相析出） 第二阶段（A中析出）第三阶段（共析析出） 显微组织 灰口铸铁 充分（AE'+G)充分（AE'+G)充分（AE'+G) 充分（As'+G)充分（As'+G)充分（As'+G) 充分'(F+G)部分'(F+P+G)不进行' F+GF+P+GP+G 麻口铸铁 部分（AE'+G+Le) 部分（As'+G+Le) 不进行 P+Le'+G白口铸铁 不进行 不进行 不进行 P+Le'+Fe3C2接石墨形态分类a. 灰口铸铁 片状石墨b.

12、可锻铸铁 团絮状c. 球墨铸铁 球状d. 蠕墨铸铁 蠕虫状铁碳相图的应用与局限一、应用1选材2热加工工艺制定的基础二、局限性反映的是平衡相，而不是组织2反映二元合金中相的平衡状态3没有反映时间的作用平衡条件下钢在加热时的组织转化一、共析钢的奥氏体化（晶格改组和Fe，C原子的扩散过程，遵循形核、长大规律）1共析钢奥氏体化温度Ac1温度： F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69)->A (Fcc, 0.77)2共析钢奥氏体化过程Ac1温度： F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69)->A (Fcc, 0.77)2共析钢奥氏体化过程a. 形核 （优先在相界（F，Fe3C）

13、b. 长大c. 渗碳体完全溶解d. 碳的均匀化二、亚（过）析钢的奥氏体化三、影响奥氏体化的因素1加热温度2加热速度3含碳量C%界面多核心多转变快4合金元素a. Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，奥氏体形成速度b. C0、Ni非碳化物形成元素，奥氏形成速度c. Al、Si、Mn影响不太5原始组织片状，片间距小相界面多碳弥散度大碳原子扩散距离短奥氏体形核长大快 >粒状四、奥氏体晶粒大小及控制1晶粒度: 表征晶体内晶粒大小的量度，通常用长度，面积，体积或晶粒度级别表示。2起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度本质晶粒度：钢奥氏体晶粒长大的倾向。奥氏体晶粒随温度的升高而且迅速长大本质粗

14、晶钢奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大本质细晶钢3奥氏体晶粒度的控制a. 加热工艺加热温度，保温时间b. 钢的成分合金化A中C%晶粒长大MxC%是粒长大1)碳化物形成元素 细化晶粒2）Al本质细晶钢3）Mn 、P促进长大钢在冷却过程中的组织转变一、过冷奥氏体的等温转变1共析钢过冷A等温转变曲线。冷却到一定温度，保温，测量A过冷转变开始和终了时间A1以上：A稳定A1以下：A不稳定，过冷C曲线有一最小孕育期：1：T，AP的驱动力F提高2：TD2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征（1）高温转变区A1鼻子温度（5500C）A过冷P（S，T）索氏体，屈氏体。P的形成取决于生核，长大速率。

15、T，生核，长大。T6000C，D，长大慢层间距薄，短扩散型相变，综合性能好，HB较低，韧性好。THB，强度（2）中温区转变，贝氏体转变 550230 （MS）A过冷B，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机械混合物。550350上贝氏体半扩散型，Fe不扩散羽毛状碳化物在F间，韧性差350MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好（3）低温区转变马氏体转变，MSMf之间一个温度范围内连续冷却完成的，离于非扩散型转变。a. A过冷M+A'残余b. 转变产物：马氏体M，碳在-Fe中的过饱和固溶体。C%<0.23%，板条状MC%>1.0%，针状，马

16、氏体c. 实质：T低C无法扩散非扩散性晶格切变过饱和C的铁素体。d. M转变的特征，无扩散性 瞬时性 存在Ms,Mf 不完全性 体积膨胀3共析钢等温转变组织性能的关系（1）珠光体型转变温度降低，片间距小，细晶强化强度、硬度、塑性、韧性提高（2）贝氏体B上：强度、韧性差B下：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能（3）马氏体硬度高C%HRC针状马氏体，硬而脆，塑、韧性差板条状，强度高，塑性，韧性好4亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线影响C曲线的因素C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的状态。C曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性能具有重要

17、意义，而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。（一）A成分1含碳量A中C%C曲线右移.对亚共析钢，钢中C%，A中C%C曲线右移对过共析钢，一般在AC1以上A化，钢中C%，未溶Fe3C有利于形核C曲线左移共析钢，C曲线最靠右边，稳定性最高。2合金元素，（C0%左移）除C0以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性右移非碳化物形成元素，Si,Ni, Cu, 不改变C曲线形状强碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V, Nb, Ti, 改变C曲线形状除C0,Al 外，均使Ms,Mf 下降，残余A（二）A化条件的影响1加热温度和时间A化温度，时间（成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）A稳定性，C曲线右移过冷奥氏体的连续冷却转变1过冷奥氏体的连续冷却转变图PS：AP开始线Pf：AP终止线K：珠光体型