机械工程材料第四章

§4-1铁碳合金基本组元、组织及性能第四章铁碳合金

钢铁是铁基合金的总称。

铁碳合金两个最基本的组元FeC钢铁钢——0.0218%<Wc<2.11%铸铁——2.11%<Wc<6.69%碳素钢（简称碳钢）合金钢

白口铸铁麻口铸铁灰口铸铁§4-1铁碳合金基本组元、组织及性能§4-1铁碳合金基本组元、组织及性能一、

铁碳合金基本组元⑴

Fe

铁是过渡族元素，熔点为1538℃，密度是7.87g/cm3。

固态铁随温度的改变，会发生同素异构转变。-Fe912℃-Fe1394℃-Fe§4-1铁碳合金基本组元、组织及性能（2）CFe3C——是一种具有复杂结构的间隙化合物，通常称渗碳体。含碳量6.69%，硬度很高，强度低，塑性韧性很差。理论熔化温度1227℃。石墨——石墨具有层状的六方晶格，层中的原子以很强的共价键结合，层与层之间的结合力很弱，硬度很低而塑性几乎为零。§4-1铁碳合金基本组元、组织及性能二、

铁碳合金中的基本组织及其性能（1）铁素体

碳溶于α-Fe所形成的间隙固溶体，称为α相，呈体心立方晶格，其组织名称叫铁素体（F）。其中碳的固溶度室温时约为0.0008%，600℃时为0.0057%，在727℃时为0.0218%。其性能特点是强度低、硬度低、塑性好。（2）奥氏体碳溶于-Fe所形成的间隙固溶体，呈面心立方晶格称为相，其组织名称叫奥氏体。其中碳的固溶度在1148℃时为2.11%。其性能特点是强度较低，硬度不高，易于塑性变形。（3）高温铁素体碳溶于δ-Fe中所形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格，称为δ相，其组织名称称为高温铁素体。在1394℃以上存在，1495℃时溶碳量为0.09%。§4-1铁碳合金基本组元、组织及性能（4）渗碳体

它既是相的名称也是组织名称，根据形成条件不同往往加上定语，如一次渗碳体（从液体中结晶）、共晶渗碳体，二次渗碳体，共析渗碳体，三次渗碳体等。其硬度高、耐磨性好。（5）珠光体是α相和渗碳体的机械混合物，用P表示。珠光体的强度较高，塑性、韧性也较好。§4-2Fe-Fe3C相图分析一、

相图中的点、线、区(1)点

(见P100)(2)线液相线(3)区

4个单相区

L

L+

+

L+

L+Fe3C

+Fe3C

+Fe3C

+

三条特征线固相线三条水平线1条垂直线7个双相区§4-2Fe-Fe3C相图分析FeFe3C在1495℃发生包晶转变GSKP727℃BNALJH1495℃ECF1148℃D1227℃γJ1495℃LB+H在1148℃发生共晶转变1148℃LCγE+Fe3C在727℃发生共析转变

727℃γSP+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相图分析包晶转变匀晶转变共晶转变共析转变§4-2Fe-Fe3C相图分析二、

典型合金的平衡结晶过程及其室温平衡组织

L→γγ→α+Fe3C室温组织:P室温相：α+Fe3C

L

γ1、共析钢

§4-2Fe-Fe3C相图分析共析钢室温组织§4-2Fe-Fe3C相图分析2、亚共析钢γ→α+Fe3C

L

L→δ

L+δ

→γ

L→

γγ→α室温组织:P+F室温相：α+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相图分析15钢FP45钢FP65钢FP§4-2Fe-Fe3C相图分析3、过共析钢

L

L→γγ→Fe3CⅡγ→α+Fe3C室温组织:P+Fe3CⅡ室温相：α+Fe3C

γ§4-2Fe-Fe3C相图分析T12钢退火组织（4%硝酸酒精浸蚀）Fe3CⅡ§4-2Fe-Fe3C相图分析4、共晶白口铁

Lγ→α+Fe3C

L→γ+Fe3Cγ→Fe3CⅡ室温组织:L'd即P+Fe3CⅡ+Fe3C室温相：α+Fe3C§5-2Fe-Fe3C相图分析共晶白口铸铁的室温组织§5-2Fe-Fe3C相图分析5、亚共晶白口铁

L

L→γ

L→γ+Fe3Cγ→Fe3CⅡγ→α+Fe3C室温组织:L'd+P+Fe3CⅡ

即(P+Fe3CⅡ+Fe3C)+P+Fe3CⅡ

室温相：α+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相图分析L'dAFe3CⅡP§4-2Fe-Fe3C相图分析6、过共晶白口铁

Lγ→Fe3CⅠ

L→γ+Fe3Cγ→α+Fe3C室温组织:L'd+Fe3CⅠ

即(P+Fe3CⅡ+Fe3C)+Fe3CⅠ

室温相：α+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相图分析过共晶白口铸铁室温组织L'dFe3CІ§4-2Fe-Fe3C相图分析三、

杠杆定律的应用+

Fe3C100%fe3c室温下相的质量分数§4-2Fe-Fe3C相图分析室温下组织的质量分数100%FPLd´F+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld´Ld´+Fe3CⅠF+Fe3CⅢFe3CⅠFe3CⅡ四、

铁碳合金的碳含量与平衡组织、力学性能之间的关系（一）、

碳含量与平衡组织的关系§4-2Fe-Fe3C相图分析1.工业纯铁

wc≤0.0218%F+Fe3CⅡ2.亚共析钢0.0218≤wc≤0.77%F+PwP=wc/0.774.过共析钢0.77≤

wc≤2.11%P+Fe3CⅡ5.亚共晶白口铸铁2.11≤

wc≤4.3%P+Fe3CⅡ+Ld´7.过共晶白口铸铁4.3≤

wc≤6.69%Ld´+Fe3C（二）、

碳含量与力学性能的关系§4-2Fe-Fe3C相图分析强度塑性硬度§4-2Fe-F