第三章 铁碳合金和铁碳.ppt

本课题重点与难点 碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解和掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因分析有很重要的指导意义。 铁和碳两个组元可以形成一系列的化合物：Fe3C、Fe2C、FeC等，由于钢中的含碳量最多不超过2.11%,铸铁中的含碳量最多不超过5%,所以在研究铁碳合金相图时一般仅研究Fe-Fe3C部分(碳含量不超过6.69%)。 铁碳合金中的碳存在形式：渗碳体Fe3C和石墨。在通常情况下，碳以Fe3C形式存在。但Fe3C是一个亚温相，在一定条件下可以分解为更稳定的Fe和石墨。 所以，铁碳相图就有Fe-Fe3C和Fe-石墨两种形式，我们只研究前一种。 3、1、1 组元 （1）纯铁( ferrite ) ：介绍铁元素 纯铁的主要力学性能指标： σb = 176-274 MPa σ0.2= 98-166 MPaδ= 30-50%ψ= 70-80%HB= 50-80 Ak= 128-160 J 纯铁具有良好的塑性、韧性，但强度、硬 度太低，故工业上应用很少,多用铁碳合金。 （2）Fe3C（渗碳体）( Cementite )： 是铁与碳形成的间隙化合物Fe3C，含碳量为6.69%,用符号Cm表示,也是铁碳相图中的重要基本相。 渗碳体的晶体结构非常复杂。 渗碳体的性能：具有很高的硬度，约为800HB ;塑性很差，延伸率接近于零；在低温下具有一定的铁磁性，但在230℃以上这种磁性就消失了。所以， 230℃是渗碳体的磁性转变温度，称为A0转变；渗碳体的熔点为1227℃。 3、1、2 基本相 Fe-Fe3C相图中除了高温时存在的液相L，化合物相Fe3C外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： （1）高温铁素体（ δ ）：碳溶于δ-Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号δ表示。 （2）铁素体（ F或a ）：是碳溶于a-Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶格，用符号F或a表示。铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。其力学性能与工业纯铁相当。 （3）奥氏体（ A或γ ）：是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为面心立方晶格，用符号 A或γ表示。奥氏体的强度、硬度低，塑性、韧性高。在铁碳合金平衡状态时，奥氏体为高温下存在的基本相，也是绝大多数钢种进行锻压、轧制等加工变形所要求的组织。 注意：δ和a 是相同的合金相，都是碳在体心立方的铁中的间隙固溶体，仅是存在温度区间不同，溶解度不同。 Fe - Fe3C 相图 相图中的点、线、区及其意义 注意：相图中各特性区的符号是国际通用的，不能随意更换。 液相线、固相线、五个单相区、七个两相区、两条磁性转变线、三条水平线，分别是包晶转变线；共晶转变线以及共析转变线。 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变:包晶转变反应式、共晶转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。 Fe—Fe3C相图中14个特性点及具体意义如下： 3、2、1 Fe-Fe3C相图中的恒温转变 通过铁碳合金相图分析包晶、共晶、共析转变。 3、2、2 三条重要的特征线 ES线—碳在奥氏体中的溶解度曲线，由于在11480C 时碳在奥氏体中最大溶解度可达2.11％，而在 7270C时仅为0.77％， 因此含碳量大于0.77％的铁碳合金自11480C 至7270C的过程中，均将从奥氏体中析出渗碳体。此时的渗碳体为二次渗碳体（ Fe3CⅡ）。 ES线通常称为Acm线，即从奥氏体中开始析出Fe3CⅡ的临界温度线。 PQ线—碳在铁素体中的溶解度曲线。由于在727℃时碳在铁素体中最大溶解度可达0.02％，而在室温时仅为0.0008％，因此含碳量大于0.0008％的铁碳合金自7270C 冷至室温的过程中，均将从铁素体中析出渗碳体。此时的渗碳体为三次渗碳体（ Fe3CⅢ）。 PQ线即从铁素体中开始析出Fe3CⅢ的临界温度线。由于Fe3CⅢ数量极少，往往予以忽略 。 GS线—合金冷却时奥氏体冷却时自奥氏体中开始析出铁素体的临界温度线，通常称为A3线。 注意:本节中讲的一次渗碳体（ Fe3CⅠ ）﹑二次渗碳体（ Fe3CⅡ ） ﹑三次渗碳体（ Fe3CⅢ）以及共晶渗碳体﹑共析渗碳体，它们的化学成分﹑晶体结构﹑力学性能都是一致的，并没有本质上的差异，不同的名称仅只表示它们的来源﹑结晶形态及在组织中分布情况有所不同而已。