第四章铁碳合金相图

1、第四章 铁碳合金相图目的：通过掌握FeFe3C相图的知识，为后续学习打下理论基础，为解决铁碳合金的选材、热加工工艺等问题提供理论依据；掌握碳钢的分类、牌号、性能和应用，为正确合理地使用碳钢奠定基础。要求：1 掌握铁碳合金的基本相和组织，了解合金成分组织性能用途之间的关系。2 熟练地掌握FeFe3C相图：（1） 能默写出FeFe3C相图，正确地填写各临界点的代号、成分和温度。掌握各临界点和线的物理意义，并能填写各相区的相组成物和组织组成物。（2） 能正确地分析各典型成分铁碳合金的平衡结晶过程，了解在冷却过程中各相成分的变化规律。能初步应用杠杆定律计算在一定温度下平衡相及组织的相对含量。（3） 初

2、步了解FeFe3C相图的应用及局限性。3 掌握碳钢的分类、编号、性能和应用。重点：FeFe3C相图和典型合金的平衡结晶过程，特别是钢的部分。难点：包晶、共晶和共析转变，结晶过程中各相成分的变化规律，平衡相及组织的相对含量计算。4-1 铁碳合金的基本组织与性能一、工业纯铁工业纯铁：0.100.20%杂质，熔点为1538。具有同素异构转变特性。工业纯铁的机械性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。770为磁性转变温度。工业纯铁的应用：深冲用铁、低电阻通讯线、电工用纯铁。二、铁碳合金中的基本相结构、组织及其性能1、 铁素体（F、a）：铁素体：碳原子溶入到a-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。晶格类型为体心立

3、方晶格，C的最大溶解度为0.0218%（727时），室温下溶解度为0.008%。性能：强度、硬度低，塑性、韧性好，耐蚀性好。2、 奥氏体（A、）：奥氏体：碳原子溶入到-Fe的间隙中所形成的间隙固溶体。晶格类型为面心立方晶格，C的最大溶解度为2.11%（1148时）。性能：强度、硬度低，塑性好，易于锻压成型。3、 渗碳体（Fe3C、Cm）：渗碳体：铁和碳形成的一种具有复杂晶格结构的金属间化合物。含碳量为6.69%。性能：硬度高，塑性、韧性趋于0，脆性极大。渗碳体合理分布可提高合金的强度、硬度等性能。4、 珠光体（P）：珠光体：铁素体和渗碳体的两相片层状机械混合物。性能介于F和Fe3C之间。5、

4、莱氏体（Ld）：莱氏体：奥氏体和渗碳体的两相机械混合物。4-2 铁碳合金相图一、铁碳合金相图分析1、组元：Fe、Fe3C2、点：（温度、成分、意义）3、线：ACD液相线；AECF固相线4、重要特性线：平行线：1） ECF：共晶反应线，1148，生成莱氏体（Ld），含碳量在2.116.69%间的Fe-C合金会发生共晶反应。2） PSK：共析反应线，A1线，727，生成P，含碳量在0.02186.69%间的Fe-C合金会发生共析反应。曲线：1） ES线：Acm线，碳在A中的固溶线，1148时最大，为2.11%C，727时最小，为0.77%C。含碳量大于0.77%的Fe-C合金从1148727时，从

5、A中沿A晶界析出Fe3C。从液相中结晶出的Fe3C称为Fe3C。2） PQ线：碳在F中的固溶线，727时最大，为0.0218%C，0时最小，为0.0008%C。含碳量大于0.0218%的Fe-C合金从7270时，从F中或沿F晶界析出Fe3C。Fe3C、Fe3C和Fe3C仅在来源和分布方面有所不同，并无本质区别，它们的含碳量、晶格类型、本身性能均相同。Fe-Fe3C相图5、Fe-C合金分类按含碳量和组织不同，铁碳合金相图上的各种合金分为三类：1）工业纯铁：含碳量小于0.0218%Fe-C合金2）钢：含碳量在0.0218%2.11%间的Fe-C合金，包括亚共析钢（0.02180.77）、共析钢（0

6、.77）、过共析钢（0.772.11）3）白口铸铁：含碳量在2.11%6.69%间的Fe-C合金，包括亚共晶白口铸铁（2.114.30%）、共晶白口铸铁（4.30%），过共晶白口铸铁（4.306.69%）二、典型合金结晶过程分析1、共析钢（）2、亚共析钢（）3、过共析钢（）4、共晶白口铸铁（）5、亚共晶白口铸铁（）6、过共晶白口铸铁（）三、含碳量与铁碳合金机械性能的关系1、含碳量与铁碳合金平衡相组成物和组织组成物的关系铁碳合金的成分与相和组织的关系2、含碳量对铁碳合金机械性能的影响四、铁碳合金相图的应用铁碳合金的成分与机械性能的关系1、选材：性能组织成分材料2、铸造：确定合理浇注温度，断定铸造

7、性能，制定铸造工艺3、锻造：选择适当温度范围进行锻造4、热处理：选择合理的加热温度4-3 碳素钢一、钢中杂质元素对钢性能的影响1、Mn（锰）溶入F中固溶强化；与S形成MnS，减轻S的有害作用；有益元素，含量0.8%。2、Si（硅）溶入F中固溶强化；有益元素，含量0.35%。3、S（硫）有害杂质，以FeS形式存在，与Fe形成低熔点（985）共晶体（FeS+Fe），分布于晶界处，而钢进行热加工的开始温度一般为11501250，此时分布在晶界上的共晶体处于熔化状态而导致钢开裂热脆；因此必须严格控制S含量，Mn与S形成高熔点（1620）的MnS，呈粒状分布于晶粒内，避免了热脆。4、P（磷）有害杂质，溶入F中，室温下使钢的塑性、韧性急剧下降，脆韧转变温度升高冷脆。5、氧、氮、氢二、碳素钢的分类、钢号和主要用途（一）碳素钢的分类1、 按钢中含碳量分类2、 按钢的冶金质量分类3、 按钢的用途分类4、 按炼钢时的脱氧程度分类（二）、钢的编号1、普通碳素结构钢Q 质量等级符号、脱氧方法符号屈服强度屈服强度数值(MPa)A、B、C、