相平衡和相图-Fe-FeC3相图.ppt

第五章相平衡与相图一、概述
（1）碳钢和铸铁是最为广泛使用的金属材料，铁碳相图是研究钢铁材料的组织和性能及其热加工和热处理工艺的重要工具。
（2）在Fe-C系统中，碳可以以两种形式存在：
游离态石墨（表示为C或G），含碳量100%，是稳定相；
化合物Fe3C（表示为Cm），含碳量6.69%。Fe3C是亚稳相，在一定条件下可以分解为铁和石墨，即
Fe3C→3Fe＋C（石墨）
（3）相应于碳的两种形式，存在两种相图，重合在一起，构成双重相图：
Fe-C（石墨）相图，稳定平衡相图（虚线），Fe和C构成相图的组元。
Fe-Fe3C相图，亚稳定平衡相图（实线）。Fe和Fe3C构成相图的组元。
通常情况下，铁碳合金是按Fe－Fe3C系进行转变。只有在极其缓慢的冷却条件下才有可能形成石墨，按Fe-C（石墨）系进行转变。.二、Fe-Fe3C
1.组元和相
（1）Fe为同素异构体，在常压下从高温到低温，具有3个晶态：
-Fe，-Fe，-Fe
（2）碳有两种晶态：
金刚石：金刚石结构；石墨：六方结构
（3）在Fe-Fe3C系中有4种晶体相：
铁素体（或F）：碳原子溶于-Fe形成的固溶体（体心立方结构）；
高温铁素体（）：碳原子溶于-Fe形成的固溶体（体心立方结构）；
奥氏体（或A）：碳原子溶于-Fe形成的固溶体（面心立方结构）；
渗碳体（Cm）：碳与铁形成复杂结构的化合物Fe3C（正交点阵）。2.水平线
（1）HJB—在1495℃发生的包晶转变：LB＋H→J，
转变产物是奥氏体（A）；
（2）ECF—在1148℃发生的共晶转变：Lc→E+Fe3C，
转变产物是奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体（Ld）；
（3）PSK—在727℃发生共析转变：s→P+Fe3C，
转变产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体（P）。
共析转变温度常标为A1温度。
（4）770℃的水平虚线—铁素体的磁性转变温度，常称为A2温度。
（5）230℃的水平虚线—渗碳体的磁性转变。3.固态两相平衡转变（脱溶分解，固溶析出）
在Fe－Fe3C相图中，有3条重要的固溶度曲线：
（1）GS线——奥氏体中开始析出铁素体（降温时）或铁素体全部溶人奥氏体（升温时）的转变线。
曲线所代表的温度常称为A3温度。
（2）ES线——碳在奥氏体中的溶解度曲线。
曲线所代表的温度常称Acm温度。
低于此温度，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体，用Fe3CII表示，以区别于从液体中经CD线结晶出的一次渗碳体Fe3CI
（3）PQ线——碳在铁素体中的溶解度曲线。
在727℃时，碳在铁素体中的最大含碳量达到0.0218％C。
铁素体从727℃冷却时也会析出极少量的渗碳体，以三次渗碳体Fe3CIII称之，以区别上述两种情况产生的渗碳体。4.铁碳合金的分类
铁碳合金通常可按含碳量及其室温平衡组织分为三大类：
（1）工业纯铁，C<0.0218%
（2）碳钢，0.0218%<C<2.11%
共析钢，C=0.77%；
亚共析钢，0.0218%<C<0.77%；
过共析钢，0.77%<C<2.11%；
（3）铸铁，2.11%<C<6.69%
共晶白口铁，C=4.30%；
亚共晶白口铁，2.11%<C<4.30%；
过共晶白口铁，4.30%<C<6.69%；碳钢和铸铁是按共晶转变来区分的，无共晶转变，即无莱氏体的合金称为碳钢。既无共析转变也无共晶转变的合金称为工业纯铁。
碳钢和铸铁的理论分界碳含量为2.11%。
.5.平衡凝固过程
（1）工业纯铁（C<0.0218%）
L（匀晶转变）
（固溶体同素异晶转变）
（固溶体同素异晶转变）
+Fe3CIII（脱溶分解）
室温平衡组织：+Fe3CIII，铁素体图7.18工业纯铁的显微组织300×（2）共析钢（C=0.77%）
L（匀晶转变）
+Fe3C（共析转变）
室温平衡组织：P（+Fe3C），100%珠光体，层片状混合物。（3）亚共析钢（0.0218%<C<0.77%）
0.09%>C：L
0.09%<C<0.17%：LL+
C=0.17%：LL+
0.17%<C<0.53%：LL+L
C>0.53%：L
（固溶体同素异晶转变）脱溶分解（+Fe3CIII）
共析转变（+Fe3C）
室温平衡组织：+Fe3CIII+P（+Fe3C）图7.20亚共析钢的室温组织200×（4）过共析钢，0.77%<C<2.11%；
L（匀晶转变）
脱溶分解（+Fe3CII）
共析转变（+Fe3C）
室温平衡组织：Fe3CII+P（+Fe3C）(a)(b)
图7.21含碳1.2%的过共析钢缓冷后的组织5