铁碳合金的组元与基本相Fe-Fe3C相图分析

《机械制造技术根底》教案教学内容：铁碳合金的组元与根本相Fe-FeC3教学方式：结合实际，由浅如深讲解教学目的：了解纯铁的同素异构转变；清楚铁碳合金的根本相及其性能；把握Fe-FeC相图的相区、特性点及特性线。3重点、难点：铁碳合金的根本相 Fe-FeC相图的相区、特性点及特性线3教学过程：

4章铁碳相图铁碳相图是争论在平衡状态下铁碳合金成分要工具，把握铁碳相图对于制定钢铁材料的加工工艺具有重要的指导意义。铁碳合金的组元与根本相纯铁的同素异构转变自然界中大多数金属结晶后晶格类型都不再变化，但少数金属，如铁、锰、钴等，结晶后随着温度或压力的变化，晶格会有所不同，金属这种在固态下晶格类型随温度〔或压力〕4-1所示。纯铁的同素异构转变可概括如下：)Fe153Fe139Fe91Feα-Fe和δ-Fe都是体心立方晶格，γ-Fe据。纯铁在发生同素异构转变时，由于晶格构造变化，体积也随之转变，这是加工过程中产生内应力的主要缘由。铁碳合金的根本组织铁碳合金在熔化温度以上可以形成均匀的液体，该液体称为铁碳合金的液相，用符号L表示。在固态下碳可以有限地溶于铁的同素异构体相的溶解度时则会析出具有简洁晶体构造的间隙化合物——渗碳体。种组织：铁素体〔F〕 图4-1纯铁的同素异构转变铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，它仍保持α-Fe的体心立方晶格构造。α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218〔72℃，所以是几乎不含碳的纯铁。 180 280MPa HBS=50 80b=30 50% aKU

128 160J/cm2显微镜下观看，铁素体呈灰色并有明显大小不一的颗粒外形。图4-2 铁素体晶胞示意图 图4-3 奥氏体晶胞示意图奥氏体〔A〕奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。它保持γ-Fe的面心立方晶格构造。因其晶格间隙较大，所以溶碳力气比铁素体强，在727℃时溶碳量为0.77%，1148℃时溶碳量2.11%。组织。b400MPa;HBS=160 200;=40 50%由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只消灭在高温区域内。显微镜观看，奥氏体呈现外形不规章的颗粒状构造，并有明显的界限。渗碳体〔Fe3C〕渗碳体是铁与碳形成的具有简洁斜方构造的间隙化合物，含碳量为6.69%，硬度很高800HB，塑性和韧性几乎为零。主要作为铁碳合金中的强化相存在。显微镜下观看，渗碳体呈银白色光泽，并在确定条件下可以分解出石墨。珠光体〔P〕〔机械混合物。珠光体的平均含碳量为0.77%，727℃以下温度范围内存在。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即综合性能良好。b770MPa HBS=180 =20 35%显微镜观看，珠光体呈层片状特征，外表具有珍宝光泽，因此得名。莱氏体〔Ld〕莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体。铁碳合金中含碳量为4.3%的液体冷却到114℃时发生共晶转变，生成高温莱氏体L。合金连续冷却到72转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱氏体d。统称莱氏体。莱氏体中由于大量渗碳体存在，其性能与渗碳体相像，即硬度高，塑性差。Fe—FeC相图分析3简明图解，它也是选择材料和制定有关热处理工艺时的重要依据。CC 由于W>6.69%的铁碳合金脆性很大，在工业生产中没有使用价值，所以我们只争论W6.69%的局部。W=6.69%CC Fe-FeC相图。为了便于争论分析将其简化，便得到了简化的Fe-FeC3 34-4所示。A1538℃ LL+A D1148℃AG

1148CEA+Fe3CⅡ+Ld

C L+Fe3CⅠFFe3CⅠ+Ld712℃

F+AP

S A+Fe3CⅡ 727CKF Q F+PPF+Fe3CⅢ

P+Fe3CⅡ

P+Fe3CⅡ+L”d

Fe3CⅠ+L”dL”d

0.77

W(%)

2.11

6.69Fe3CC图-3-F3eC图简化的Fe-FeC3共晶转变类型的相图，左下半局部为共析转变类型的相图。简化的Fe-FeC相图纵坐标为温度，横坐标为碳的质量百分数，其中包括共晶和共析二3种典型反响。Fe-FeC3-13表3-1 Fe-FeC相图中几个特性点3符号 温度/℃A 1538

含碳量〔%〕0

说 明C3纯铁的熔点C3C 1148

A+Fe Cs3S 727s3

0.77

FFeCD12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120 纯铁的同素异构转变点Fe D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120 纯铁的同素异构转变点Fe FeP7270.0218 碳在Fe中的最大溶解度表3-2 简化的Fe-Fe3C相图中的特性线特性线ACD AECF GS

含 义液相线 固相线 AAF的开头线3ES Acm

A中的固溶线，Fe3CⅡ析出线C3ECFC3

共晶线L

A+Fe C1s31s3

F FeCAC线AE线GP线PQ线CD线

Fe3CⅢ析出线一次渗碳体结晶开头线依据特性点和线的分析，简化Fe-FeC相图〔4-4所示〕主要：3四单相区：L——液相区；A——奥氏体区；F——铁素体区；