金属工艺学 第3版 课件 5 金属材料基础知识

金属工艺学单元一金属材料基础知识模块十铁碳合金相图铁碳合金是由铁和碳两种元素为主组成的合金。一、铁碳合金的基本组织铁碳合金在固态下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。1．铁素体(F)铁素体是指α-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体，用符号F(或α)表示。铁素体仍保持α-Fe的体心立方晶格。铁素体的溶碳量很小，在727℃时溶碳量最大（W（C）=0.0218%）。铁素体的性能几乎与纯铁相同，强度和硬度较低(σb=180～280MPa，50～80HBW)，而塑性和韧性好(δ=30%～50%，KU≈128～160J)。铁素体在770℃（居里点）有磁性转变，在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。

2．奥氏体(A)

奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用符号A(或γ)表示。奥氏体仍保持γ-Fe的面心立方晶格。奥氏体溶碳能力较大，在1148℃时溶碳量最大（W（C）=2.11%），随着温度下降溶碳量逐渐减少，在727℃时的溶碳量为W（C）=0.77%。奥氏体是非铁磁性相，具有一定的强度和硬度(σb≈400MPa，160～220HBW)，塑性好(δ≈40%～50%)。稳定的奥氏体属于铁碳合金的高温组织，当铁碳合金缓冷到727℃时，奥氏体将发生转变，转变为其它类型的组织。

3．渗碳体(Fe3C)渗碳体是指晶体点阵为正交点阵、化学成分近似于Fe3C的一种间隙式化合物，以符号Cm表示。渗碳体的晶格形式，与碳和铁都不一样，是复杂的晶格类型。渗碳体碳的质量分数是W（C）=6.69%，熔点为1227℃。渗碳体硬度高(约为800HV)，脆性大，塑性与韧性极低。渗碳体不发生同素异构转变，有磁性转变，在230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去磁性。渗碳体是亚稳定的金属化合物，在一定条件下，渗碳体可分解成铁和石墨。

4．珠光体(P)珠光体是奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的组织。常见的珠光体是铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相组织。珠光体也是铁素体(软)和渗碳体(硬)组成的机械混合物，常用符号“P”表示。珠光体中碳的质量分数平均为W（C）=0.77%。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度（σb≈770MPa，160～220HBW）、塑性(δ≈20%～35%)和韧性(KU≈24～32J)，硬度适中（180HBW），是一种综合力学性能较好的组织。5．莱氏体(Ld)莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变时所形成的奥氏体和碳化物渗碳体所组成的共晶体，用符号Ld表示。莱氏体碳的质量分数为W（C）=4.3%，WC＞2.11%的铁碳合金从液态缓冷至1148℃时，将同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物（即莱氏体）。727℃以上存在的莱氏体称为高温莱氏体(Ld)，在727℃以下存在的莱氏体称为低温莱氏体（L′d），或称变态莱氏体。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高(相当于700HBW)，塑性很差。二、铁碳合金相图1．铁碳合金相图合金相图是表示在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成分的合金，在不同温度下所具有的组织状态的一种图形。2．铁碳合金相图中的特性点特性点温度（℃）WC（%）特性点的含义A15380纯铁的熔点或结晶温度C11484.3共晶点，发生共晶转变L4.3⇌A2.11+Fe3CD12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在奥氏体中的最大溶碳量，也是钢与生铁的化学成分分界点F11486.69共晶渗碳体的成分点G9120α-Fe⇌γ-Fe同素异构转变点S7270.77共析点，发生共析转变A0。77⇌F0.0218+Fe3CP7270.0218碳在铁素体中的最大溶碳量K7276.69共析渗碳体的成分点Q室温0.0008碳在铁素体中的最大溶碳量3．铁碳合金相图中的主要特性线（1）液相线ACD。（2）固相线AECF。（3）共晶线ECF。ECF线是一条水平(恒温)线，称为共晶线。在ECF线上，液态铁碳合金将发生共晶转变，其反应式是：L4.3

1148℃A2.11

＋Fe3C6.69

（4）共析线PSK。PSK线也是一条水平(恒温)线，称为共析线，通称A1线。在PSK线上固态奥氏体将发生共析转变，其反应式是：A0.77

727℃F0.0218

＋Fe3C6.69

（5）GS线。GS线表示冷却时由奥氏体组织中析出铁素体组织的开始线，通称A3线。（6）ES线。ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。（7）GP线。GP线为冷却时奥氏体组织转变为铁素体的终了线或者加热时铁素体转变为奥氏体的开始线。（8）PQ线。PQ线是碳在铁素体中的溶解度变化曲线。它表示铁素体随着温度的降低，铁素体中的碳的质量分数沿着PQ线逐渐减少。三、铁碳合金的分类。四、碳对铁碳合金组织和性能的影响

随着钢中碳的质量分数的增加，平衡组织中的铁素体量不断减少，渗碳体量不断增多，钢的力学性能将发生明显的变化。当碳的质量分数W（C）<0.9%时，随着碳的质量分数的增加，钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；当碳的质量分数W（C）>0.9%时，由于Fe3CII的数量随着碳的质量分数的增加，而急剧增多，并