【冶金精品文档】铁碳合金相图及碳素钢.ppt

第五章铁碳合金相图及碳素钢第一节铁碳合金中的相与基本组织从冷却曲线上可见到第一个1538℃的平台是铁的结晶温度。结晶后是体心立方晶格Fe。当温度降到1394℃出现第二个平台。这是Fe在固态下第一次同素异晶转变。转变成为面心立方的Fe。当继续冷却到912℃时出现第三个平台这是Fe的第二次同素异晶转变。变成体心立方的Fe。当继续冷却到769℃时出现第四个平台。这个平台对应的温度称为居里点。它不是同素异晶转变因为没有晶格类型的变化。只是Fe原子的外层电子排列的变化引起Fe的磁性状态的改变。使Fe由顺磁性变成铁磁性使透磁率增加数万倍。晶格类型虽然仍是体心立方但是晶格常数减小了。由0.293nm变成0.233nm。这种具有铁磁性的体心立方晶格的铁称为Fe。在不是专门研究材料磁性时同时体心立方结构的Fe和Fe可不加以区分统称为Fe。我们在这里主要是讨论铁碳合金的力学性能可以不必区分Fe和Fe。认为912℃的同素异晶转变是由Fe转变成Fe。铁的同素异晶转变可简单的记作：Fe←→Fe←→Fe。正因为Fe具有这种同素异晶转变才使得钢也存在多种固体相变。这正是钢可以进行各种热处理的基础。二、铁碳合金中的相铁碳合金的组元Fe与C相互作用可以形成几种很重要的相。碳在Fe-C合金中的存在形式主要有三种：固溶到铁晶格间隙中的固溶碳、与Fe形成间隙化合物的化合碳、游离在Fe-C合金中的游离碳。铁与碳相互作用形成的主要相有以下几种：1.铁素体：铁素体是碳原子固溶到-Fe中形成的间隙固溶体。代号为F或。虽然Fe的体心立方晶格总空隙度较大（32％）但是每个具体的空隙直径都不大仅有0.072nm远小于碳原子的直径（0.154nm）。所以碳在-Fe中的溶解度很小。室温时溶解度Wc≤0.0008％≈0。最大溶解度在727℃Wc≈0.0218％。碳原子在Fe晶格间隙中的可能位置见图5-2。铁素体是一种强度不高但是塑性很好的相见表5-1。铁素体是钢铁材料在室温室时的重要相常作为基体相存在。2.奥氏体：它是碳原子固溶到Fe中所形成的间隙固溶体。代号为A或。它存于727℃以上。面心立方的Fe虽然总间隙为26％小于Fe。但是具体间隙的直径却较大最大的直径是0.104nm近于碳原子直径。所以碳原子在Fe中的溶解度大于在-Fe中的溶解度。在727℃时wc＝0.77％最大溶解度在1148℃时wc≈2.11％。碳原子在Fe晶格间隙中的可能位置见图5-3。奥氏体是一种强度不高塑性很好的高温相。是热变形加工所需要的相。一般情况奥氏体不存在于室温。3.渗碳体它是铁与碳形成的间隙化合物。分子式是Fe3C。其晶体结构见图2-16。有固定的Wc＝6.69％熔点为1227℃。可视为是一种组元。渗碳体是具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性的相见表5-1。渗碳体也是钢铁材料在室温下的重要相。常作为钢的第二相弥散强化的强化相。4.石墨它是Fe-C合金中游离存在的碳代号G。它以简单六方晶格结构存在。强度、塑性、硬度都很低。在钢中通常是不允许它存在。否则会降低钢的力学性能。但是在铸铁材料中为了增加铸铁的切削加工性和降低铸铁的脆性并能保证一定的强度和韧性常采用一些工艺措施使大多数的化合碳转变成游离碳的石墨。使铸铁由白口变成灰口成为有用的工程材料（详见铸铁一章）。还有在1394℃以上有一个δ铁素体相。它是碳固溶到δFe中形成的一种间隙固溶体高温相在1495℃时有最大的溶解度为Wc≈0.09％。但是在我们所讨论的范围内一般用不到这个相。此外铁碳合金在液态时成为液相代号是L。上述这些相在Fe-C合金中的显微组织中均被称为相组成物。在室温下铁碳合金中最重要的相是铁素体和渗碳体。它们在钢铁材料中既可一独立存在也可以以机械混合物形式组成一些基本组织。三、铁碳合金中的基本组织当wc=4.3％温度为1148℃时铁碳合金发生共晶转变。L4.3←→（A+Fe3C）≡Ld即碳的质量分数为4.3％铁碳合金液相结晶时发生共晶转变产生了奥氏体和渗碳体机械混合物的共晶体。这个共晶体命名为高温莱氏体代号为Ld。高温莱氏体是存在于727℃以上的一种基本组织。在727℃以下高温莱氏体中的奥氏体又发生共析转变变成珠光体。这是的莱氏体就变成由P和Fe3C组成。成为低温莱氏体低温莱氏体是铁碳合金在室温下的另一个基本组织。另外各个相若是独立存在于铁碳合金中也都可以看作是单相的基本组织。这些基本组织均被称为铁碳合金显微组织的组织组成物。第二节铁碳合金相图二、对Fe-Fe3C相图的分析㈠相图中的主要点相图中各个点的碳的质量分数、温度值及各个点的含义见表5-2。㈡相图中的主要相变线AB