第七章铁碳相图

第七章

铁碳合金相图

（Iron-carbonEquilibriumDiagram)§7－１铁碳相图一、由Fe－C相图到Fe－Fe3C相图FeFe3CFe2CFeCC

LL+AAA+Fe3CⅡF+AA+Fe3CⅡ+LdP+Fe3CⅡ+L'dP+Fe3CⅡPP+FLdL'dL+Fe3CLd+Fe3CL'd+Fe3CL'd＝P+Fe3CⅡ+Fe3C转变二、Fe－Fe3C相图1．Fe－Fe3C相图的组元（1）Fe纯Fe的特性：熔点（A点）：1538℃①磁性转变：>770℃磁性消失，<770℃强磁性；②同素异构转变：α-Fe→γ-Fe（G点）体心立方：α-Fe（<910℃）,δ-Fe（1394～1538℃）面心立方：γ-Fe（912～1394℃）③固溶碳的能力： 纯铁的机械性能:强度、硬度很低，塑性、韧性好。

不能做结构零件。可以利用它的磁性做仪器、仪表的铁芯（磁芯）。

（2）Fe3C(Cementite)★Fe与C形成的间隙化合物，用Fe3C表示，呈复杂斜方结构。★性能：硬而脆。强度低、硬度高，塑性、韧性几乎为零。不能单独使用。2．Fe－Fe3C相图中的相（1）液相L（2）铁素体F（Ferrite)☆Ｃ溶于α-Fe(体心立方)形成的间隙固溶体；用Ｆ表示。 ☆Ｃ溶于-Fe（体心立方）形成的间隙固溶体,称为高温铁素体。☆性能：与纯铁相似（3）奥氏体A（Austenite）★

碳溶于γ-Fe（面心立方）形成的间隙固溶体；用Ａ表示。★

性能：强度、硬度低，塑性好。（4）渗碳体Fe3C（Cementite)★在一定条件下，Fe3C可分解，即： Fe3C→３Fe＋C(石墨,对铸铁很有意义)★根据Fe3C的来源，可分为以下几类：☆

一次渗碳体——从液相中结晶出的Fe3C，用Fe3CI表示；板条状☆

二次渗碳体——从Ａ中析出的Fe3C，一般沿Ａ体晶界分布，用Fe3CII表示；网状☆三次渗碳体——从Ｆ中析出的Fe3C，一般沿Ｆ晶界分布，用Fe3CIII表示；片状☆通过共晶反应生成的Fe3C，用Fe3C共晶表示；片状☆通过共析反应生成的Fe3C，用Fe3C共析表示。薄片状注意：它们只是来源、分布、形态不同，并无本质的差别。3．相图分析：可以看成是由一个共晶相图+一个共析相图叠加而成。（1）

特征点：J、C、S等。（2）

特征线：特别是3条水平线。（3）相区：单相区：Ｌ、Ａ、Ｆ；两相区：由单相区通过规则填入。4．铁碳合金的分类（1）工业纯铁：Ｐ点以左的合金：Ｃ%<＝0.0218％（2）钢（C％：0.0218～2.11%）

★亚共析钢：Ｃ％(0.0218～0.77％)； ★共析钢：Ｃ％＝0.77％； ★过共析钢：Ｃ％(0.77～2.11％)（3）白口铸铁（C%：2.11～6.69%）

☆亚共晶白口铸铁：Ｃ％=（2.11～4.3）％☆共晶白口铸铁：Ｃ％=4.3％☆过共晶白口铸铁：Ｃ％=（4.3～6.69）％§7－2、典型铁碳合金的结晶过程分析一、工业纯铁（C％<=0.0218%）以含C％<=0.01%的为例。LAAFFF+Fe3CⅢ二、共析钢（C％=0.77%）LA0.77A0.77P=(F0.0218＋Fe3C共析)P=(F0.0008＋Fe3CⅢ＋Fe3C共析)室温组织：P。F与Fe3C的机械混合物称为珠光体，用P表示。三、亚共析钢（C％：0.0218%～0.77%）以C％＝0.6%的合金为例：LAF+A0.77F+P=(F0.0218＋Fe3C共析)F+Fe3CⅢ+P=(F0.0008＋Fe3CⅢ＋Fe3C共析)

室温组织：F＋P（Fe3CⅢ的量很少，可以忽略）四、过共析钢(C％：0.77%～2.11%）以C％＝1.2%的合金为例：LAFe3C二次+A0.77Fe3C二次+P(F0.0218＋Fe3C共析)Fe3C二次+P(F0.008＋Fe3CⅢ＋Fe3C共析)室温组织为：Fe3C二次+P五、共晶白口铸(C％：4.3%）LcLd=（Ae+Fe3C）Ld=(Fe3C二次+A0.77+Fe3C)L’d=(Fe3C二次+P＋Fe3C共晶)L’d是在Fe3C的基体上分布着P。六、亚共晶白口铸(C％：2.11～4.3%）以C％＝3%的合金为例：LAe＋LcAe+Ld=（Ae+Fe3C共晶）A+Fe3C二次＋Ld=(Fe3C二次+A0.77+Fe3C共晶)P+Fe3C二次＋L’d=(Fe3C二次+P＋Fe3C共晶)室温组织为：L’d+Fe3C二次＋P七、过共晶白口铸(C％：6.69～4.3%）以C％＝5%的合金为例：LFe3C一次＋LcFe3C一次+Ld=（Ae+Fe3C）Fe3C一次+Ld=(Fe3C二次+A0.77+Fe3C)Fe3C一次＋L’d=(Fe3C二次+P＋Fe3C)

室温组织为：L’d+Fe3C一次§7－3铁碳合金的成分与组织和性能的关系一、Ｃ％对铁碳合金组织的影响二、Ｃ％对铁碳合金机械性能的影响如图7－13⑴Ｃ％↑，HB↑，而σb的变化必较复杂：在Ｃ％＝（0～0.9）％范围内，Ｃ％↑，σb↑Ｃ％>0.9％Ｃ％↑，σb↓⑵Ｃ％↑，ψ、δ、ak↓（F相减少）三、Ｃ％对铁碳合金工艺性能的影响1．对切削加工性能的影响2．对可锻性能的影响3．对铸造性能的影响4．对焊接性能的影响§7－4Fe－Fe3C相图的应用一、在选材方面的应用⑴工程结构：桥梁、船体等，要求塑性好，焊接性好，选低碳钢（Ｃ％<0.25％）⑵机器零件：齿轮、轴等。综合机械性能：中等含Ｃ量的钢（0.25～0.6％）⑶工具（刃量、模具）：要求硬度、耐磨性好，选高碳钢；（>0.6％）⑷耐磨、不受冲击的零件：白口铸铁二、在热处理方面的应用：热处理的基本依据。三、在铸造中的应用（1）选择合适的铸造合金：共晶成分的合金，铸造性好；（2）选择合适的浇铸温度：液相线以上50～100℃；（3）铸钢：铸造性差，需要昂贵的炼钢设备，铸件的质量差，近年来，有被球墨铸铁部分代替铸钢的趋势。四、在锻造中的应用单相Ａ：强度低，塑性好，便于塑性变形。锻造温度：Fe－Fe3C相图中的单相Ａ区。始锻温度：固相线以下100～200℃，温度过高，氧化严重。终锻温度：不能太低，塑性差，容易产生裂纹（亚共析钢：GS以上；过共析钢：ES线以下和A1以上，击碎形成的二次渗碳体）。五、铁碳相图的局限性 ★

只能限于铁碳二元合金，杂质含量不能太高； ★

平衡结晶条件下，生产上很难达到这种条件，也无这种必要。思考题１．默画Fe－Fe3C相图，填出各区组织，并分析Ｃ％分别为0.3％、0.77％、1.2％、3％、5％合金的结晶过程。２.什么叫珠光体、莱氏体、A、F？３.钢铁材料中，含碳量最低的材料是_____，综合机械性能好，成分为珠光体的材料为_____，含碳量最高的材料是______。

A.工业纯铁/共析钢/铸铁

B.铸铁/钢/工业纯铁

C.亚共析钢/共析钢/过共析钢

D.铁素体/珠光体/渗碳体√

4.含碳量为0.77的铁碳合金（共析钢）中，铁素体的相对含量为:

A.88%B.85%C.93%D.80%5.铁碳合金组织的组成物中哪些在室温下不能存在:

A.AB.PC.FD.Fe3CFe3C

6.珠光体奥氏体、铁素体等组织中的含碳量会随着条件的变化而发生变化，但渗碳体的含碳量为6.69%，不随条件的变化而变化，其原因是:

A.

渗碳体的溶碳没有能力

B.

渗碳体是稳定的化合物

C.

渗碳体的晶格类型不会发生变化

D.

渗碳体是固溶体√√√7.铁碳相图上的1148℃线称为______。

A.共析线B.固溶线C.共晶线D.晶格转变线8.亚共析钢的室温平衡组织是由______组成。

A.铁素体和