铁碳相图和铁碳合金3

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1、铁碳相图和铁碳合金(三) 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可以分为纯铁、 钢 和白口铁三类。 图7 Fe-Fe 3C合金分类 1.纯铁含碳量0.0218%，显微组织为铁素体。 2.钢含碳量0.0218%2.11%，特点是高温组织为单相奥氏体，具有良好的塑性，因而适于锻造。根据室温组织的不同，钢又可以分为： 亚共析钢(Hypo-eutectoidsteel)：含碳量0.0218%0.77%，具有铁素体 +珠光体 P的组织，且含碳量越高（接近0.77%）,珠光体的相对量越多，铁素体量越少。 共析钢(Eutectoid)：含碳0.77%，组织是全部珠光体 P。 过共析钢(Hyper-eutecto

2、id)：含碳量0.77%2.11%，组织是珠光体 P+渗碳体 Fe3C。 3.白口铁含碳量2.11%6.69%，特点是液态结晶时都有共晶转变，因而具有良好的铸造性能。但是即使在高温也是脆性材料，不能锻造。根据室温组织不同，白口铁又分为： 亚共晶白口铁(Hypo-eutecticwhiteiron)：含碳2.11%4.30%，组织是珠光体 P+渗碳体Fe 3C+莱氏体Ld。 共晶白口铁(Eutecticwhiteiron)： 含碳4.30%，组织是莱氏体 Ld。 过共晶白口铁(Hyper-eutecticwhiteiron)： 含碳4.3%6.69%，组织是渗碳体Fe 3C+莱氏体 Ld。 工业

3、纯铁在缓慢冷却过程中发生的组织转变主要是同素异晶转变和Fe 3CIII的析出。在冷却过程中合金的组织转变情况见动画演示。室温下工业纯铁的组织为铁素体以及分布在晶界处极少量的三次渗碳体(Fe3CIII)。工业纯铁实际室温组织的照片见图2。工业纯铁冷却过程中的组织转变 工业纯铁冷却过程中的组织转变 根据Fe-Fe 3C相图，共析钢从液态冷却到室温要发生三次组织转变：匀晶转变 L（奥氏体），共析转变(+Fe 3C)（珠光体 P）,中析出三次渗碳体(Fe 3CIII)。具体转变过程见动画演示。室温下共析钢的组织组成全部为珠光体（可以忽略Fe 3CIII）。图8是共析钢室温组织（珠光体）的金相照片。 共

4、析钢冷却过程中的组织转变 图8 共析钢的室温组织(P) 共析钢只有一种组织（忽略Fe 3CIII），即珠光体P，珠光体由和Fe 3C两个相组成。应用杠杆定律可以计算出和Fe 3C两个相的相对量。 例题 计算珠光体中和Fe 3C两个相的相对量。 解 ：应选择+Fe 3C二相区，共析温度（727） 或QFe3C=1-Q=1-88.75%=11.25% 含碳0.45%的亚共析钢是应用十分广泛的一种钢，通常称为45号钢。45 钢在液态到室温的冷却过程中将发生以下转变：匀晶转变 L0.45 L0.53+，包晶转变 L0.53+0.4 5，同素异晶转变0.45+0.77，共析转变0.77(+Fe3C)。转

5、变过程见动画演示。室温下45钢的组织为：铁素体+珠光体P（+Fe3C）。45钢的实际室温组织照片见图9。所有亚共析钢的室温组织都是由铁素体和珠光体组成，区别仅在于相对量的差别：含碳量越高（越接近 0.77%C），珠光体的量越多、铁素体的量越少。图 10 和图11分别是20钢(0.20%C)和60 钢(0.60%C)的组织照片，可以明显看出铁素体与珠光体的相对量随含碳量的变化。应用杠杆定律可以准确计算相对量的多少。 45钢冷却过程中的组织转变 图9 45钢的室温组织 图10 20钢的室温组织 图11 60钢的室温组织 例题 应用杠杆定律计算45钢中铁素体和珠光体P的相对量。 解 ：应选择+二相区

6、，共析温度 或QP=1-Q=1-42.77%=57.23% 同样可以计算出20钢：Q=76.18%,QP=23.82%； 60钢：Q=22.72%,QP=77.28%。 过共析钢在液态到室温的冷却过程中，首先进行匀晶转变，形成单相固溶体；当温度到达ES线以下时，过饱和的固溶体中析出渗碳体（二次渗碳体Fe3CII），奥氏体的成分变到共析点S(0.77%C)；共析转变0.77(+Fe3C)，形成珠光体P。因 此，过共析钢的室温组织为珠光体P(+Fe 3C)+Fe3CII。具体转变过程见动画演示。实际1.2%C（T12）钢的室温组织照片见图12。对于过共析钢，随着含碳量增高，钢中Fe3CII的量增大

7、。由于大量的Fe 3CII会形成网状结构，造成钢的脆性急剧增高，所以实际生产中使用的钢含碳量一般都低于 1.5%；另外，含有网状Fe 3CII的钢不能直接使用，需要经过锻造（压碎Fe 3CII网）或相应的热处理后才能使用。 过共析钢冷却过程中的组织转变演示 图12 1.2%C过共析钢的室温组织 图13 1.4%C 过共析钢的室温组织 比较图12和图 13，可以看出1.4%C钢中的Fe 3CII的量比1.2%C中明显的多。 共晶白口铁在从液态缓慢冷却到室温的过程中，首先在1148进行共晶转变，液相全部凝固成为高温莱氏体Ld（共晶组织）： 在1148到727之间，莱氏体中的奥氏体将按照ES线的变化

8、趋势析出二次渗碳体Fe 3CII，而奥氏体在727时的含碳量降到0.77%；此时，奥氏体进行共析转变，将全部转变成珠光体P： 以上转变过程见动画演示。经过共析转变的莱氏体，称为低温莱氏体，用符号Ld表示，以区别Ld。珠光体中的渗碳体叫做共析渗碳体，共晶组织中的渗碳体叫做共晶渗碳体。 所以，共晶白口铁的室温组织为低温莱氏体Ld，其组织组成为：P+Fe 3C 共晶+Fe 3CII。图14是共晶白口铁的实际室温组织照片。 共晶白口铁(4.3%C)冷却过程中的组织转变 图14 共晶白口铁的室温组织 亚共晶白口铁冷却过程中组织转变与共晶白口铁类似，只是在共晶转变之前，液相中先结晶出奥氏体。到达 1148

9、时，剩余的液相成份为 4.3%C，再往下面，液相的转变就与共晶白口铁一样了。先结晶出来的奥氏体和共晶奥氏体一样，在以后的冷却过程中依次析出二次渗碳体（难以明显看出）和进行共析转变（见下面动画演示）。室温下亚共晶白口铁的平衡组织为：P+Fe 3CII+Ld。图15为实际亚共晶白口铁的室温组织。 亚共晶白口铁(3.0%C)冷却过程中的组织转变 图15 亚共晶白口铁的室温组织，图中黑色 树枝状组织为珠光体，其余为共晶组织 （低温莱氏体Ld）。 过共晶白口铁在从液态到室温的冷却过程中，先从液相中结晶出来的是一次渗碳体Fe 3CI，剩余的液相在1148进行共晶转变。以下的过程与共晶白口铁相同（见下面动画演示）。因此，过共晶白口铁的室温组织为：Fe 3CI+Ld。见图16。 过共晶白口铁(5.0%C)冷却过程中的组织转变 图16 过共晶白口铁的室温组织 图中白色条状组织为一次渗碳体Fe3CI， 其余为共晶组织（低温莱氏体Ld）。 所有白口铁因含有大量的渗碳体而具有很高的硬度，极低的塑性，属于脆性材料。在生产中白口铁主要用于抗磨件，如：轧辊、犁铧、抗磨衬板，等。另外，生产可锻铸铁也需要先生产出白口铸铁坯件，然后通过石墨化热处理得到可锻铸铁件。