铁碳合金状态图

1、图 3-1 渗碳体的晶体结构第三章铁碳合金状态图钢和铸铁是机械工业上广泛应用的金属材料，它主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。铁碳合金状态图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间变化关系的图解。第一节 铁碳合金的基本组织铁碳合金在液态时，铁和碳可以无限互溶，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成间隙固溶体。当含量超过铁的溶解度时，多余的碳与铁形成化合物(fe3c)。此外，还可以形成由固溶体与化合物组成机械混合物。铁碳合金的基本组织有以下五种。一、铁素体 (f)铁素体是指碳溶于a-fe 中而形成的间隙固溶体。碳在 a-fe 中溶解度极小， 在 727时最大溶解度为00218，而在室温时只有00

2、08。因此，铁素体强度、硬度较低( b=l80 280mpa 。 5080hbs)， 塑性，韧性较好 ( =30 500% 、 ku=160200jcm2)。铁索体组织适于压力加工。二、奥氏体 (a) 奥氏体是指碳溶于-fe 碳在 fe 中而形成的间隙固溶体。溶解度较大，在1148时最大溶碳量为2.11 ，在 727时最大溶碳量为077。因此，固溶强化效应较高，其强度、硬度较高( b=400 mpa，160200hbs) 而塑性、韧性也较好 ( =40 50) 。奥氏体组织也适用于压力加工。三、渗碳体 (fe3c) 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，化学式近似于fe3c(碳化三铁 )

3、。fe3c 的含碳量为6.69%，如图 31 所示。它无同素异构转变，熔点约为1227。其硬度极高 (800hbw) ，塑性和韧性极低(0、ku0) ，即硬而脆。渗碳体不能单独使用，只能作为强化相存在于铁碳合金中。它的数量、形态( 片状、粒状、网状等) 、大小和分布对合金的性能产生不同的影响。四、珠光体 (p) 珠光体是指奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形状为铁索体薄层和碳化物( 包括渗碳体 ) 薄层交替重叠的层状复相物。珠光体组织是由铁索体( 软) 和渗碳体 ( 硬) 复相组成的混合物，平均含碳量为077。其强度 (ab=770mpa)较高，硬度(180hbs)适中，有一定

4、的塑性( 20一35) 和韧性 ( ku40jcm2) ，是一种综合力学性能较好的组织。珠光体适于压力加工及切削加工。五、莱氏体 (ld 和 ld)莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和碳化物( 或渗碳体 ) 所组成的共晶体。莱氏体分为：高温莱氏体(ld) 和低温莱氏体(ld) 。高温莱氏体是指含碳量大于211的铁碳合金，从液态缓冷至1148时，从液相中同时结晶出奥氏体和渗碳体呈均匀分布的复相组成的机械混合物。低温莱氏体是指在727以下，由高温莱氏体中的奥氏体转变为珠光体，则由珠光体和渗碳体呈均匀分布的复相组成的机械混合物。莱氏体组织由于含碳量高(wc=4.3) ，

5、fe3c相对量也较多( 约占 64以上 ) ，故莱氏体的性能与渗碳体相似，即硬而脆。第二节铁碳合金状态图铁碳合金状态图是用热分析法通过实验而获得的，因为含碳量大于669的铁碳合金在工业上无实用价值，并常用fe-fe3c 状态图表示，如图3-2 所示。为了便于研究图 3-2 fe-fe3c状态图分析，我们把fe-fe3c状态图进行简化，如图3-3 所示。铁碳合金状态图是研究钢铁材料的理论依据。因此，掌握铁碳合金状态图具有十分重要的意义。一、 fe-fe3c状态图分析(一) 状态图上的主要特性点( 如表 31 所示 ) 表 3-1 fe-fe3c状态图主要特性点特性点温度（）含碳量（ % ）含义a

6、 1538 0 纯铁的熔点c 1148 4.3 共晶点有共晶转变l4.3 a2.11+fe3c d 1227 6.69 fe3c熔点e 1148 2.11 碳在-fe(a) 中最大溶解度点或称钢与生铁 ( 铸铁 ) 的分界点g 912 0 纯铁同素异晶转变点p 727 0.0218 碳在 a-fe(f) 中最大溶解度点s 727 0.77 共析点，有共析转变cffaec30218.072777.00(二) 状态图上的主要特性线四条曲线：1acd线它是液相线，在此线以上所有铁碳合金处于液体状态，冷却时含碳量小图 3-3 简化后的fe-fe3c状态图于 4 3的合金在ac线开始结晶出奥氏体，大于

7、4 3的合金在cd线开始结晶出fe3c，称一次渗碳体，用fe3ci表示。 2ae线它是固相线，钢液冷却到此曲线温度时，全部结晶为奥氏体。 3cs(a3)线它是亚共析钢 (wc1.0时，因为有网状fe3cii存在，所以强度下降。图 3-5 铁碳合金的成分、组织及性能的变化规律四、铁碳合金状态图的主要用途 1.选材的重要理论依据。根据合金的成分、组织与性能的变化规律，可按照零件或工具的性能要求，进行合理的选材。 2制订热加工工艺规程的重要理论依据。 (1)铸造工艺根据液相线与固相线位置高低与距离判断合金的铸造性能，制订铸造工艺。 (2)锻造工艺根据不同成分的材料所对应的奥氏体区温度范围，确定锻造工

8、艺的加热温度范围及锻造温度范围。 (3)焊接工艺根据状态图可了解各种材料的焊接性能，正确选择焊接材料、焊件结构及焊接工艺。 (4)热处理工艺铁碳合金状态图是热处理加热规范的重要依据。 3研究开发新材料的重要理论依据。复习思考题3-1 默写简化的铁碳合金状态图，说明图中主要点、线的含义，填出各相区的相和组织组成物。3-2 分析 45 钢、 t8钢和 t12 钢的结晶过程，并指出室温平衡组织。3-3 简述铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。3-4 根据铁碳合金状态图，解释下列现象：1. 在室温下wc=0.8% 的碳钢比wc=0.4% 碳钢硬度高，比wc=1.2% 的碳钢强度高。2. 绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时都用钢丝绳（用60