2.3铁碳合金相图解析.pptVIP

2.3 二元相图的典型应用——铁碳合金相图 Typical Applications of the Binary Phase Diagram (The Iron-carbon Equilibrium Diagram) 2.3 二元相图的典型应用——铁碳合金相图 2.3.1 铁碳相图中的组元与基本相 （ Components and fundamental phases of the iron-carbon phase diagram ） 2.3.2 铁碳合金相图分析 ( Interpretation of the iron-carbon phase diagram ) 2.3.3 铁碳合金平衡结晶过程分析与相应组织 (Interpretation of equilibrium crystallization of the iron-carbon alloys and its microstructures) 2.3.4. 碳含量对铁碳合金平衡组织与性能的影响( Influence of carbon contents on equilibrium microstructures and properties of iron-carbon alloys ) 2.3.5 铁碳合金相图的局限性 (The limitation of the iron-carbon alloy diagram) 2.3.1 铁碳相图中的组元与基本相（Components and fundamental phases of the iron-carbon phase diagram） 1. 纯铁 （1）纯铁 铁的原子序数为26，原子半径1.27nm，熔点1538℃，密度7.87g/cm3，属于过渡族金属元素。铁的一个重要特性是具有同素异构转变，如图1.16所示。含有少量杂质的纯铁称为工业纯铁，室温下为α-Fe，具有BCC结构，一般情况下工业纯铁在室温下的力学性能大致为σb=180～230MPa,σ0.2=100～170MPa,δ=30％～50%；ψ=70％～80%，aK=1.6～2.0ＭJ/m2，硬度值为50～80HBW。可见钝铁的塑、韧性虽然很好，但强度、硬度很低，所以很少用它制造机械零件。  （2）铁素体(F或α)与奥氏体(A或γ) 不同结构的铁与碳可形成不同的固溶体，铁素体与奥氏体是铁碳相图中两个十分重要的相，这两个相都是碳在铁中的间隙固溶体。但它们也有一系列不同之处。 ①晶体结构 碳原子溶入γ-Fe中所形成间隙固溶体称为A。而碳原子溶入α-Fe中所形成间隙固溶体，则称为F。F为BCC晶格，A为FCC晶格。 ②溶碳能力 从铁碳相图可知，F的溶碳能力比A要小得多。A最大溶碳量为2.11%(于1148℃时)，而F的最大溶碳量仅为0.0218%(于727℃时)。室温下F的溶碳量就更低了，一般在0.0008% 以下。 ③组织形态 单相F与A都呈多边形的等轴晶粒。 ④力学性能 F、A力学性能相近，都是塑韧相。其中F的力学性能如下:σb=176～274 MPa，σS=98～166MPa，δ=30%～50%，ψ=70%～80%，aK=1.5～2.0MJ/m2，布氏硬度值为50～80HBW。 2. 渗碳体(常用符号Fe3C或Cm表示) 在铁碳相图中，碳一般以Cm形式存在，Cm是钢铁合金中一基本相，它的存在状态、数量及分布，对铁碳合金的组织与性能起着决定性作用。 (1)晶体结构 Cm是具有复杂晶格的间隙化合物，每个晶胞中有一个碳原子和三个铁原子，即Fe/C=3/1，所以Cm的碳含量为6.69%，其熔点1227℃。 (2)组织形态 Cm在钢中具有多种多样的组织形态，这些形态主要与形成条件有关。凡是从液相中结晶出来的一次渗碳体（图2.19中Ⅵ），一般呈粗大片状;凡是从A或F中析出的二次渗碳体（图2-19中Ⅲ）或三次渗碳体（图2.19中Ⅸ），一般呈网状分布;共析体(珠光体)中的Cm（图2.19中Ⅰ）一般呈薄片状，而共晶体(莱氏体)中的Cm作基体（图2.19中Ⅳ）等。这五种渗碳体的特征如表2.1所示。 (3)力学性能 Cm具有硬而脆的特性，其硬度值很高(约800HBW)，而塑性很差(δ≈0)。Cm的热力学稳定性不高，在高温、长时间加热条件下，Cm将发生分解，形成石墨:Fe3C→３Fe + C(石墨)。可见，Cm是亚稳定相。因此，铁碳相图具有双重性。 表2.1 铁碳合金中的物种渗碳体特征 2.3.2 铁碳合金相图分析（ Interpretation of the iron-carbon phase diagram ) 1. 三相平衡转变（三个基本反应） ①包晶反应 其反应式为: