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1、C,D,E,F,G 912 ,S,P,Q,1148,727,L,L+,L+ Fe3C,+ ,+ Fe3C,+ Fe3C,K,Fe3C,Fe,A1,Acm,A3,T/,w(C)%,A 1538,B,J,N,H,0,6.69,0.02,0.77,2.11,4.3,2.2.3 铁碳合金(Iron carbon alloy)和铁碳相图 钢和铸铁是应用最广的金属材料，它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金。,（纯铁同素异构）,1394 ,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,L+,L+ Fe3C,4.3,2.11,0.0218,6.69,+Fe3C,+,+
2、Fe3C,0.77,K,共晶相图,共析相图,匀晶相图,1. 铁碳相图,Fe,Fe3C,w (C) / % ,L,T / ,(1)铁碳合金的组元 纯铁Fe、 Fe3C (2)铁碳合金中的基本相 铁素体 Ferrite 碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方结构，称为铁素体或固溶体，用符号F 或 表示，常用在相图标注中，F常用在行文中。 F溶碳能力很低，在727时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 工业纯铁的室温性能 低强度： 0.2= 100 MPa 170 MPa b= 180MPa 230 Mpa； 高塑性和韧性: = 30%50% , = 70%80%，,Ferrite,
3、Ferrite,Ak=1.6108 J 2108 J， 低硬度： ( 50HBS 80HBS)。 奥氏体 : 碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性称奥氏体，用符号A或 表示。 A的强度b 400MPa，硬度(170HBS220HBS)较低，塑性高(延伸率 为40%50%)；无磁性。 由于FCC的间隙比BCC大，所以 的溶碳能力比大。A的溶碳能力在1148时最大为2.11 。 渗碳体： 铁与碳形成的金属化合物。含碳6.69%, 用分子式Fe3C或符号Cm表示。,奥氏体,性能特点：Fe3C硬度高(800HBW)、强度低(b 30Mpa )，脆性大， 塑性几乎为零 0 ， 0； F
4、e3C的晶体结构可以看作由6个铁原子构成的三角棱柱和在柱内的一个碳原子连接而成，角上的铁原子为2个三角棱柱共享。所以实际原子比为：3:1,The crystal structure of diamond,The crystal structure of graphite,The crystal structure of cementite,珠光体 ( P ) - Pearlite,(3) 铁碳合金中的基本组织,珠光体是铁素体和渗碳 体组成的机械混合物。,珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体(机械混合物)。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用
5、符号P表示，含碳质量为w(C)0.77。 在球化退火条件下，珠光体中的渗碳体也可呈粒状，这样的珠光体称为粒状珠光体。力学性能介于铁素体与渗碳体之间，性能还与渗碳体颗粒的大小、形态及分布有关；与片状珠光体比较，粒状珠光体硬度较低、塑性韧性较好。b=770MPa, 180HBS, = 20% 35%, AK=3.0 107J 4.0107 J。,莱氏体 ( ),莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。,w(Fe3C)=1- 35.7%=64.3 %,冷却至室温的莱氏体称变态莱氏体（或低温莱氏体） 或 。此时，低温莱氏体由和Fe3C 所组成； w() =（6.69-4.306.69-0)100%=3
6、5.7%,说明渗碳体是基体，性能会怎样？,w(C)2.11%的Fe-Fe3C合金均会发生共晶反应。,组织特点：蜂窝状 。性能特点：硬而脆、不能进行压力加工。 （因为在共晶白口铁中，渗碳体是基体。）,铁碳相图中的特征点：,0,T / ,铁碳相图中的特征线：,S,Q,P,K,G,F,E,D,C,+ Fe3C,+,L+,L,+ Fe3C,L+ Fe3C,A,T / ,w(C)/% ,0,6.69,L,S+Fe3C,Fe Fe3C相图中的恒温转变,Fe3CK,P,Fe3C,Fe3CL,=,+,+,L,w(C) /%,T / ,三条特征曲线 ES、PQ、GS线 ES(Acm)线是碳在奥氏体中的溶解度曲线
7、。含碳量大于0.77%的合金，从1148冷到727的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这 种渗碳体称为二次渗碳 体(Fe3CII)。 GS(A3)线是冷却过程中， 奥氏体向铁素体转变的开 始线；或者说是加热过程 中，铁素体向奥氏体转变 的终了线。,w(C) /%,L,T / ,PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。铁碳合金由727冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。,w(C) /%,L,T / ,相图分析,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,6.69,K,Fe3C,Fe,0.77,2.11,4.3,0.0218,1538,912,
8、图形；液/固相线；特征点,0,w(C) /% ,T / ,4个单相区； 5个双相区 A0、A1、A2 、A3、Acm； 2个恒温转变。,L,L+,L+ Fe3C,+,+ Fe3C,+ Fe3C,Fe3C,Fe,A1,Acm,A3,A0,A2,w(C) /% ,Cementite magnetic transformation line,T / ,2. 典型铁碳合金的平衡结晶过程,铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：,L,L,L+,L+ Fe3C,+,+ Fe3C, + Fe3C,Fe3C,Fe,w(C) /%,(1) 工业纯铁w(C) 0.0218%的平衡结晶过程,室温平衡组织: + Fe3C
9、,T/,L,冷却过程中匀晶反应：L相相相 相中沿晶界析出片状Fe3C，室温组织为：+ Fe3C,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1227,0.77,2.11,4.3,+Fe3C,+,+Fe3C,L,G(912),727,1148,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,A3,A1,Acm,1,2,3,1,2,3,3 ,+L,L+Fe3C,T,(2) 共析钢的平衡结晶过程w(C)= 0.77%,4,4,T / ,注意事项,共析反应生成的珠光体在冷却过程中，其中的铁素体产生三次析出，生成Fe3C
10、，但与共析的Fe3C连在一起，难以分辨。,共析钢的室温平衡组织：P,P：铁素体（）和渗碳体的两相混合物，两相的相对质量是多少？,计算平衡状态下，两平衡相的相对质量分数。杠杆的支点是合金的成分点，端点分别是两个相的成分点。,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1227,0.77,2.11,4.3,+Fe3C,+,+Fe3C,L,G(912),727,1148,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,A3,A1,Acm,1,2,+L,L+Fe3C,T,1,2,3,4,3,4,5,4 ,5,(3) 亚
11、共析钢的平衡结晶过程0.0218 % w(C) 0.77%,T / ,注意事项,先析铁素体（相）在随后的冷却过程中会析出Fe3C，但量很少可忽略,亚共析钢室温平衡组织：先析铁素体+珠光体P,利用杠杆定律计算先析铁素体与珠光体的质量分数，计算铁素体（先析铁素体+珠光体中的铁素体）与渗碳体的质量分数,计算727 下, 组织组成物的质量分数,利用平衡组织可以近似估算亚共析钢的含碳量及性能: w (C)(%) w(P)0.77% + w()0.0218% HBS w(P)180+ w()80 (或) HBS w(Fe3C)800+ w()80 (%) w(P)20%+ w()50% b(MPa) w(
12、P) 770+ w() 230,共析温度下相的质量百分数为：,组织组成物的质量百分数为：,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1227,0.77,2.11,4.3,+Fe3C,+,+Fe3C,L,G(912),727,1148,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,A3,A1,Acm,1,2,+L,L+Fe3C,T,1,2,3,3,4,5,4 ,5,4,(4) 过共析钢0.77% w(C) 2.11%,T / ,注意事项,从奥氏体中析出的Fe3C称为二次渗碳体(Fe3C),Fe3C沿奥氏体晶界
13、呈网状析出，使材料的整体脆性加大,过共析钢室温平衡组织：珠光体P+ Fe3C,利用杠杆定律计算珠光体与二次渗碳体的质量分数,室温平衡组织:P+ Fe3C ，其相对量为：,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1227,0.77,2.11,4.3,+Fe3C,+,+Fe3C,L,G(912),727,1148,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,A3,A1,Acm,1,2,+L,L+Fe3C,T,1,3,2,3,2,1 ,(5) 共晶白口铁的平衡结晶过程w(C) = 4.3%,T / ,注意事项
14、,冷却过程中莱氏体中的奥氏体相析出， Fe3C，但其依附于莱氏体中的Fe3C长大，不可见,共晶白口铁室温组织：低温(变态)莱氏体Le (珠光体呈粒状分布在Fe3C基体上）,共晶白口铁的基体相是Fe3C脆性相，材料整体脆性较大，硬度较高,0.02,6.69,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1227,0.77,2.11,4.3,+Fe3C,+,+Fe3C,L,G(912),727,1148,A(1538 ),S,P,E,C,K,F,D,A3,A1,Acm,1,2,+L,L+Fe3C,T,1,2,3,3,4,3 ,4,(6) 亚共晶白口铁的平衡结晶过程2.11% w(C) 4.3%,2,T / ,0.02,6.69,500,600,700,800,9
