第四章 铁碳合金r

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1、第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 在自然界中铁的储藏量丰富又集中，并且易于开在自然界中铁的储藏量丰富又集中，并且易于开采和生产。铁碳合金是以铁为主，加入少量碳而形成采和生产。铁碳合金是以铁为主，加入少量碳而形成的合金，具有多种相结构和组织，因而铁碳合金的性的合金，具有多种相结构和组织，因而铁碳合金的性能变化范围很宽。再加上其价格较低，易于加工等优能变化范围很宽。再加上其价格较低，易于加工等优点，所以铁碳合金在现代工农业生产及人们的日常生点，所以铁碳合金在现代工农业生产及人们的日常生活中得到了广泛的应用，学会分析和掌握铁碳合金是活中得到了广泛的应用，学会分析和掌握铁碳合金是学习钢铁材料的基础。学习

2、钢铁材料的基础。 铁碳合金相图是研究平衡条件下铁碳合金的成铁碳合金相图是研究平衡条件下铁碳合金的成分、温度和组成相之间的关系及其变化规律的图形。分、温度和组成相之间的关系及其变化规律的图形。铁碳合金相图具有实用价值的只是铁与渗碳体组成铁碳合金相图具有实用价值的只是铁与渗碳体组成的这一部分。本章以的这一部分。本章以Fe-Fe3C相图为工具来研究铁碳相图为工具来研究铁碳合金，并学习有关碳钢的基本知识合金，并学习有关碳钢的基本知识。第一节 Fe-Fe3C相图一、一、 Fe-Fe3C相图中的组元相图中的组元常压下，熔点常压下，熔点 1538 ，在相图中用，在相图中用A表表示，固态下铁的同素异构转变式：

3、示，固态下铁的同素异构转变式：（一）铁（一）铁L Fe Fe Fe 1394 912 体心立方体心立方体心立方体心立方面心立方面心立方铁具有同素异构转变的特性是钢铁在热处理铁具有同素异构转变的特性是钢铁在热处理后获得多种多样结构、组织与性能的理论依后获得多种多样结构、组织与性能的理论依据。据。液相液相1538 机械性能机械性能 b=180-230MN/m2 0.2=100-170MN/m2 = 30-50% = 70-80% k=1.5-2M J/m2 HB=50-80工业纯铁中常含有工业纯铁中常含有727)存在的相，其强度硬度不高，塑存在的相，其强度硬度不高，塑性很好所以钢材热压力加工在奥氏

4、体状态下进行。性很好所以钢材热压力加工在奥氏体状态下进行。铁素体：铁素体：相图中相图中GPQG区为铁素体单相区。区为铁素体单相区。（二）奥氏体（二）奥氏体相图中相图中EJNGSE为奥氏体单相区为奥氏体单相区（三）高温铁素体（三）高温铁素体高温铁素体：高温铁素体：碳在碳在 Fe中形成的间隙式固溶体。中形成的间隙式固溶体。(用用表示表示) 晶体结构：体心立方。最大溶碳量为晶体结构：体心立方。最大溶碳量为0.53%C相图中相图中AHNA区为高温铁素体单相区。区为高温铁素体单相区。（四）渗碳体（四）渗碳体（Fe3C）渗碳体既是组元又是合金的组成相渗碳体既是组元又是合金的组成相，相图中的，相图中的DFK

5、L可视可视为渗碳体的为渗碳体的“单相区单相区”， (用用Cm表示表示) 。（五）液相（五）液相在液相线ABCD以上区域铁和碳所形成的均匀液体，(用用L表示表示) 。三、FeFe3C 相图分析（一）图中的点符号 温度 含碳量(%) A H J B E C F D G P S K M N O Q Q153814951495149511481148114812279127277277277701394770400室温00.090.170.532.114.306.696.6900.02180.776.69000.50.00090.0008Q(二二) 图中的线图中的线液相线：液相线：ABCD 固相线：固

6、相线：AHJECF三条水平线：三条水平线：包晶线包晶线 LB+ H AJ (HJB)共晶线共晶线 Lc AE+Fe3C (ECF)共析线共析线 As FP+Fe3C (PSK) A1三条特性线：三条特性线：ES线碳在线碳在A中的固溶线中的固溶线 AcmPQ 线线碳在碳在F中的固溶线中的固溶线GS线线 A开始析出开始析出F或或F全部溶全部溶 入入A的转变线的转变线 A3Q（三）图中的面三）图中的面相区相区5个单相区：个单相区： 、 A 、F、 L 、Fe3C7个两相区：个两相区：L+ + A L+ A 、 L+Fe3C、A+ Fe3C、A+ F、 F+ Fe3C四、典型合金的平衡结晶过程四、典型

7、合金的平衡结晶过程由铁碳相图，可按含碳量和组织不同分成三类由铁碳相图，可按含碳量和组织不同分成三类 亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3%C (1) 工业纯铁工业纯铁 （ 0.0218%C）(2)钢钢 (0.0218-2.11%C)亚共析钢亚共析钢 0.77%C (3) 白口铸铁白口铸铁（2.11-6.69%C ) （一）（一） 共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程珠光体中的铁素体与渗碳体呈层片状，其相对珠光体中的铁素体与渗碳体呈层片状，其相对量可用杠杆定律求出：量可用杠杆定律求出：69. 669. 60008. 069. 669. 6%xxF%169. 6008. 069. 60008. 03Fxx

8、CFe式中式中X为含碳量，共析钢为含碳量，共析钢X=0.77%代入计算结果为：代入计算结果为：F 88% Fe3C=1-F=12% 故故F呈宽片状，可视为珠光体的基体；共析渗碳体片呈宽片状，可视为珠光体的基体；共析渗碳体片呈薄片状分布于铁素体的基体中。呈薄片状分布于铁素体的基体中。PFFe3C相相 组组 成成 物：物： F、Fe3C组织组成物：组织组成物： P（ F、Fe3C ）(二二) 亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程随含碳量的增加亚共析随含碳量的增加亚共析钢组织中钢组织中P的相对量增的相对量增加，加，F的相对量减少。的相对量减少。10钢（0.1%C)PFP45钢（0.45%C)FPF6

9、0钢（0.6%C)根据杠杆定律可以计算室温下各种亚共析钢中相组成根据杠杆定律可以计算室温下各种亚共析钢中相组成物及组织组成物的相对量。物及组织组成物的相对量。0218. 077. 077. 0%xF%10218. 077. 00218. 0%FxP组织组成物的计算：设亚共析钢的成分为组织组成物的计算：设亚共析钢的成分为Ch，将，将x=Ch代入下式：代入下式：相组成物的计算同共析钢，只要代入相应的含碳量。相组成物的计算同共析钢，只要代入相应的含碳量。相相 组组 成成 物：物： F、Fe3C组织组成物：组织组成物： F、P （ F、Fe3C ）(三三) 过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程PFe3

10、CII77. 069. 669. 6%xP%177. 069. 677. 0II3PxCFe根据杠杆定律可以计算室温下各种过共析钢中相组成根据杠杆定律可以计算室温下各种过共析钢中相组成物及组织组成物的相对量。物及组织组成物的相对量。相组成物的计算同共析钢，只要代入相应的含碳量相组成物的计算同共析钢，只要代入相应的含碳量组织组成物的计算：组织组成物的计算：相相 组组 成成 物：物： F、Fe3C组织组成物：组织组成物： P、Fe3CII(四四) 共晶白口铁的结晶过程共晶白口铁的结晶过程Ld相相 组组 成成 物：物： F、Fe3C组织组成物：组织组成物： Ld(五五) 亚共晶白口铁结晶过程亚共晶白

11、口铁结晶过程LdP+Fe3CII亚共晶白口铁室温下组织组成物的计算：亚共晶白口铁室温下组织组成物的计算：%10011. 23 . 411. 2xLLdd%10011. 23 . 43 . 43xCFePEII%10011. 23 . 43 . 477. 069. 611. 269. 6xAPS=1-Ld-P相相 组组 成成 物：物： F、Fe3C组织组成物：组织组成物： P、Fe3CII、Ld%10011. 23 . 43 . 477. 069. 677. 011. 23xCFeII(六六) 过共晶白口铁结晶过程过共晶白口铁结晶过程Fe3CILd相相 组组 成成 物：物： F、Fe3C组织组成