铁碳合金相图1

1、第四章第四章 铁碳合金相图铁碳合金相图一、铁碳合金相图一、铁碳合金相图 老师提示：重点内容老师提示：重点内容 铁碳合金相图是研究钢铁碳合金相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材和铸铁的基础，对于钢铁材料的选用以及热加工和热处料的选用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的理工艺的制订也具有重要的指导意义。指导意义。 铁和碳可以形成一系列铁和碳可以形成一系列化合物，如化合物，如FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC等等, , 有实用意义并被深入研有实用意义并被深入研究的只是究的只是Fe-FeFe-Fe3 3C C部分。部分。二、二、 铁碳合金中的基本相及组织铁碳合金中的基本相及组

2、织1 1、纯铁的同素异构转变、纯铁的同素异构转变2 2、铁素体（、铁素体（ferriteferrite）碳溶与碳溶与-Fe-Fe中形成的间隙固溶体。中形成的间隙固溶体。用符号用符号F F或或表示。表示。性能性能-强度和硬度低，强度和硬度低，但塑性和韧性好。但塑性和韧性好。1394 C912 C体心立方体心立方面心立方面心立方体心立方体心立方 - Fe - Fe - Fe铁素体的显微组织铁素体的显微组织铁素体的晶格结构铁素体的晶格结构3 3、奥氏体（、奥氏体（austeniteaustenite）碳与碳与-Fe-Fe形成的间隙固溶体。形成的间隙固溶体。高温组织，在高于高温组织，在高于727727

3、时存在。时存在。用符号用符号A A或或表示。表示。性能性能-塑性好，强度和硬度高塑性好，强度和硬度高于于F F。在锻造、轧制时常要加热。在锻造、轧制时常要加热到到A A，可提高塑性，易于加工。，可提高塑性，易于加工。4 4、渗碳体（、渗碳体（cementitecementite）：）：铁与碳形成的金属化合物。铁与碳形成的金属化合物。在在Fe - Fe3CFe - Fe3C相图中，既是相图中，既是组元又是基本相。组元又是基本相。用符号用符号FeFe3 3C C表示。表示。性能性能-硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织奥氏体的晶格结构奥氏体的晶格结构渗碳体的显微组织渗碳

4、体的显微组织渗碳体的晶格结构渗碳体的晶格结构5 5、珠光体（、珠光体（ pearlite pearlite ）：）： 铁素体（铁素体（F F）和渗碳体（）和渗碳体（FeFe3 3C C）组成的机械混合物。）组成的机械混合物。用符号用符号P P表示。表示。性能性能-力学性能介于两者之间。常见的形态是铁素体与渗碳力学性能介于两者之间。常见的形态是铁素体与渗碳体片层相间分布的，片层越细密，强度越高。体片层相间分布的，片层越细密，强度越高。珠光体的显微组织珠光体的显微组织珠光体的显微组织珠光体的显微组织6 6、莱氏体（、莱氏体（ ledeburite ledeburite ）：）：奥氏体（奥氏体（A

5、A）和渗碳体（）和渗碳体（FeFe3 3C C）组成的机械混合物。）组成的机械混合物。用符号用符号LdLd表示。表示。性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。莱氏体的显微组织莱氏体的显微组织莱氏体的显微组织莱氏体的显微组织三、三、 Fe - FeFe - Fe3 3C C 相图分析相图分析 Fe - Fe3C 相图（简化）ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T A + Fe3C FA+F F + Fe3C0.77%CK共晶相图共晶相图共析相图共析相图匀晶相图匀晶相图1 1、Fe - FeFe - Fe3 3

6、C C 相图分析相图分析 水平线水平线ECFECF为共晶反应线。为共晶反应线。水平线水平线PSKPSK为共析反应线。为共析反应线。PSKPSK线亦称线亦称A A1 1线。线。 GSGS线线是合金冷却时自是合金冷却时自A A中中开始析出开始析出F F的临界温度线的临界温度线, , 通常称通常称A A3 3线。线。 ESES线线是碳在是碳在A A中的固溶线中的固溶线, , 通常叫做通常叫做A Acmcm线。线。PQPQ线线是碳在是碳在F F中固溶线。中固溶线。 铁碳铁碳合金合金含碳量为含碳量为2.11%2.11%6.69%6.69%的铁碳合金。的铁碳合金。共晶白口铸铁：共晶白口铸铁：含碳量为含碳量

7、为4.3%;4.3%;亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：含碳量在含碳量在2.11%2.11%4.3%4.3%之间；之间；过共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁：含碳量在含碳量在4.3%4.3%6.69%6.69%之间；之间；含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的铁碳合金。的铁碳合金。工业纯铁工业纯铁钢钢白口铸铁白口铸铁含碳量为含碳量为0.0218%0.0218%2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。共析钢共析钢： 含碳量为含碳量为0.77%;0.77%;亚共析钢亚共析钢：含碳量在：含碳量在0.02%0.02%0.77%0.77%之间；之间；过共析钢过共析钢：含碳量在：含碳量在0.77%

8、0.77%2.11%2.11%之间；之间；2、铁碳合金的分类3 3、典型铁碳合金的结晶过程分析、典型铁碳合金的结晶过程分析工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 （1 1） 共析钢共析钢 w w(C) = 0.77%(C) = 0.77%平衡结晶过程平衡结晶过程 LL + AALL + AAA As s PP 因此共析钢的因此共析钢的室温平衡组织全部为珠光体室温平衡组织全部为珠光体。珠光体呈层。珠光体呈层片状。片状。 共析钢结晶过程组织转变示意图共析钢结晶过程组织转变示意图共析钢的室温组织组成物全部是P, 而组成相为F和Fe3C, 它们的质量分数为： 共析钢的室温组织共析钢的室温组织 （2 2）

9、. .亚共析钢亚共析钢 0.0218%0.0218%w w(C) 0.77%(C) 0.77%平衡结晶过程平衡结晶过程 LL + AAA + LL + AAA + FAFAs s + + F Fp p P + P + F F 45 45钢室温平衡组织钢室温平衡组织F+PF+P 含含0.4%C0.4%C的亚共析钢的组织组成物为的亚共析钢的组织组成物为F F和和P, P, 它们的质量分数为：它们的质量分数为： 组成相为组成相为F F和和Fe3C, Fe3C, 它们的质量分数为：它们的质量分数为： 碳钢的碳质量分数可由其室温平衡组织来估算。碳钢的碳质量分数可由其室温平衡组织来估算。 若将若将F F中

10、的碳含量忽略不计中的碳含量忽略不计, , 则钢中的碳含量全部在则钢中的碳含量全部在P P中中, , 因此由钢中因此由钢中P P的质量分数可求出钢的碳质量分数：的质量分数可求出钢的碳质量分数： C C %=%=P P % %0.77% 0.77% 式中式中, C%, C%表示钢的碳质量分数表示钢的碳质量分数, P%, P%表示钢中表示钢中P P的质量分数。的质量分数。由于由于P P和和F F的密度相近的密度相近, , 钢中钢中P P和和F F的质量分数的质量分数P P和和F F的面积百分数的面积百分数来估算。来估算。例如：例如： 若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为若退火碳钢试样中先共析铁素体面积

11、为41.6%41.6%，珠光体的面，珠光体的面积为积为58.4%58.4% ， W(c)=58.4%W(c)=58.4%0.77%0.77%0.45%0.45%。 退火钢试样中二次渗碳体面积为退火钢试样中二次渗碳体面积为7.37.3，珠光体的面积，珠光体的面积为为92.792.7， W(c)=7.3W(c)=7.36.69%6.69%92.7%92.7%0.77%=1.2%0.77%=1.2%。 （3 3）过共析钢）过共析钢0.77%0.77%w w(C) 2.11%(C) 2.11%平衡结晶过程平衡结晶过程 LL+AAA+LL+AAA+FeFe3 3C CIIIIA As s+ +FeFe3

12、 3C CII II P+P+FeFe3 3C CIIII 因此室温平衡因此室温平衡组织为组织为FeFe3 3C CIIII +P +P。 在显微镜下在显微镜下, , Fe Fe3 3C CIIII呈网状分布在层片状呈网状分布在层片状P P周围。周围。 含含1.2%C1.2%C的过共析钢的组成相为的过共析钢的组成相为F F和和FeFe3 3C C； 组织组成物为组织组成物为FeFe3 3C CIIII和和 P, P, 它们的质量分数为多少？它们的质量分数为多少？ T12钢的室温平衡组织钢的室温平衡组织 （4 4） 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 w w(C)=4.3%(C)=4.3%平衡结晶过程平衡

13、结晶过程 LLLdLd(A+(A+FeFe3 3C)(AC)(A+ +FeFe3 3C CIIII+ +FeFe3 3C)C) LdLd(P+ Fe(P+ Fe3 3C CIIII + Fe + Fe3 3C)C) 所以室温平衡组织仍为所以室温平衡组织仍为LdLd, ,由黑色条状或粒状由黑色条状或粒状P P和白色和白色FeFe3 3C C基体组成。基体组成。 共晶白口铸铁的共晶白口铸铁的组织组成物全为组织组成物全为LdLd, , 组成相是组成相是F F和和FeFe3 3C C。 共晶白口铸铁室温平衡组织共晶白口铸铁室温平衡组织（5 5）亚共晶白口铸铁）亚共晶白口铸铁2.11% 2.11% w w(C)4.3%(C)4.3%平衡结晶过程平衡结晶过程 L L+A LL L+A Lc c + A+ AE E Ld Ld+ P + Fe+ P + Fe3 3C CIIII 因此亚共晶白口铸铁室温平衡组织为因此亚共晶白口铸铁室温平衡组织为P+ FeP+ Fe3 3C CIIII +Ld +Ld。网。网状状FeFe3 3C CIIII分布在粗大块状分布在粗大块状P P的周围的周围, Ld, Ld则由条状或粒状则由条状或粒状P P和和FeFe3 3C C基体组成。基体组成。 亚共晶白口铸铁的组成相为亚共晶白口铸铁的组成相为F F和和FeFe3 3C C 组织组成物为组织组成物为P P 、 F