铁碳合金相图分析ppt课件.ppt

第七章铁碳合金7.1概述铁碳合金可形成两个同素异构体，多种组织，性能变化范围宽；
776℃以下，具有铁磁性；
熔点为1538℃，热激活过程可以在不太高的温度下进行。
可以有意无意地加入其它元素，得到各种各样的性能。
7.2纯铁液相（L）δ-Feγ-Feα-Fe
其中：δ-Fe为体心立方晶体结构。
γ-Fe为面心立方晶体结构，此时发生第一次同素异形
转变；
γ-Fe面心立方的边长为0.36563nm，最近原子间距为
0.25850nm，原子半径0.12925nm，四面体间隙的边
长为0.02908nm，八面体间隙边长为0.05350nm。
α-Fe为体心立方晶体结构，此时发生第二次同素异形
转变；
α-Fe体心立方的边长为0.28663nm，最近原子间距为
0.24821nm，原子半径0.12410nm，四面体间隙的边
长为0.03596nm，八面体间隙边长为0.01862mm。
纯铁的性能与应用
力学性能：σb＝176～274MPa
σ0.2＝98～166MPa
δ＝30～50％，ψ＝70～80％
HB＝50～80
aK＝1.5～2MNm/m2

应用：主要应用于电子材料，作为铁芯。7.3碳与铁碳合金中的相碳在铁中的固溶体
碳与铁通过相互作用可形成铁素体和奥氏体两种间隙固溶体以及化合物渗碳体。
铁素体是碳原子作为间隙式溶质溶入到体心立方晶体铁α-Fe的间隙中形成的间隙式固溶体。C在α-Fe的溶解度是：G(wt%)＝2.55exp（－9700/RT），碳在体心立方中的溶解度十分有限，727℃时，C在α-Fe中的溶解度是0.022％。
铁素体有与纯铁相同的性能，居里点是770℃。常用符号：F或α
奥氏体是碳原子作为间隙式溶质溶入到γ-Fe中的间隙形成的间隙式固溶体。由于面心立方的八面体间隙较大，因此γ-Fe的溶碳能力较高，1147℃时碳在γ-Fe中有最大溶解度，2.14％。
奥氏体有较好的塑性，具有顺磁性。常用A或γ表示。
渗碳体是铁与碳组成的化合物Fe3C。
渗碳体具有复杂的斜方晶格，其中a＝0.4524nm，b＝0.5089nm，c＝0.6743nm。单胞中有12个Fe原子，4个碳原子，Fe：C＝3：1。晶胞中每个碳原子周围有6个铁原子，组成一个三角棱柱，碳原子位于三角棱柱的中心。含碳为6.69％。
渗碳体具有很高的硬度，HV＝950～1050，而塑性几乎为零，常温下具有铁磁性，居里点是230℃，熔点计算值为1227℃。铁碳合金相图
渗碳体在热力学中上是个亚稳定的相，石墨才是稳定的相。但在实际中，石墨的表面能很大，形核需要很高的能垒，一般条件下，碳大多和铁结合成渗碳体，只有在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。
因此，铁碳相图有两类：
Ⅰ液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡，是紧靠铁端部分，其中C含量的范围是0～6.69％
Ⅱ液体、固溶体和石墨之间的稳定平衡，其中C含量的范围是0～100％。
通常，相图中有虚实两线，实线表示Ⅰ类，虚线表示Ⅱ类，无虚线部分表示两者共有，此称为双线铁碳相图。7.4Fe-Fe3C相图符号J由上可知，Fe-Fe3C相图中有以下组成部分：
液相线：ABCD
固相线：AHJECF
五个单相区：L，δ，γ，α和Fe3C
七个两相区：L＋δ，L＋γ，L＋Fe3C，δ＋γ，
α＋γ，α＋Fe3C，γ＋Fe3C
两条磁性转变线：MO（铁素体的）及过230℃的虚线（渗碳体
的）
三条水平相变线：HJB——包晶转变线
ECF——共晶转变线
PSK——共析转变线
三个相变
包晶转变：1493℃时，B点成分的液相和H点成分的δ铁素体进行包晶反应生成J点成分的奥氏体，即LB+δH=γJ
共晶转变：1147℃时，C点成分的液相通过共晶转变生成E点成分的奥氏体和渗碳体，即LC＝γE＋Fe3C。
反应得到的共晶体γE＋Fe3C称为莱氏体，用字母Ld表示。莱氏体继续冷却至727℃时，莱氏体中的奥氏体要发生相变，相变后的莱氏体用表示。
共析反应：727℃时，S点成分的奥氏体共析分解成P点成分的铁素体和渗碳体，即γS＝αP＋Fe3C。
所得到的共析体αP＋Fe3C称为珠光体，用P表示。3.铁碳合金的平衡结晶和组织转变
1）铁碳合金的分类
工业纯铁：碳含量小于0.022％的铁碳合金称为工业纯铁，其特点是在冷却过程中不发生共析反应。
钢：碳含量在0.022～2.14％之间的铁碳合金称为钢，其特点是结晶过程不发生共晶反应。根据室温组织的不同，钢又分为：
共析钢：碳含量为0.76％
亚共析钢：碳含量在0.022～0.76％之间
过共析钢：碳含量在0.76～2.14％之间
铸铁：碳含量在2.14～6.69％之间的铁碳合金称为铸铁，又称白口铁。白口铁的特点是结晶过程发生共晶转变，因而有较好的铸造性能。但渗碳体量很多