第4章 及铁碳合金.pptVIP

第四章 铁碳合金 第一节 铁碳合金的基本组织 金属在固体下由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化称为同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。 铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。下图 1、铁素体（F或α） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。 2、奥氏体（A或γ） 奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；727℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。 A点：纯铁的熔点，温度1538℃,Wc=0 G点：纯铁的同素异晶转变点，冷却到912℃时,发生γ-F→α-Fe Q点：600℃时,碳在α-Fe中的溶解度,Wc=0.0057% D点：渗碳体熔点,温度1227℃,Wc=6.69% C点：共晶点，温度1148℃，Wc=4.3%，成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应： E点：碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11% S点：共析点，温度727℃，Wc=0.77%，成分为S点的奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应： P点：碳在α-Fe中的最大溶解度,温度727℃, Wc=0.0218% ACD线 液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。 AECF线 固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。 ECF水平线 共晶线，Wc＞2.11%的铁碳合金，缓冷至该线1148℃时，均发生共晶转变，生成莱氏体。 ES线 碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为Acm线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（WC＝2.11％），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出Fe3CⅡ。 GS线 奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线,通常称为A3线。 PSK水平线 共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度727℃时，将发生共析转变生成珠光体P，WC＞0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。 GP线 0＜Wc＜0.0218%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终了线。 PQ线 碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃时,Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃时，Wc=0.0057%。 在727℃缓冷时，铁素体随着温度降低，溶碳量减少，铁素体中多余的碳将以渗碳体（三次渗碳体Fe3CⅢ）的形式析出。一般情况下，忽略Fe3CⅢ的存在。 单相区 有F、A、L和Fe3C四个单相区 两相区 五个两相区：L＋A区、L+Fe3C区、A+Fe3C区、A＋F区、F+Fe3C区 三相区 ECF共晶线是L、A、Fe3C的三相共存线 PSK共析线是A、F、Fe3C的三相共存线（） §2 铁碳合金相图分析 铁碳合金组织特征 (a) 0.01%C铁素体500× §3 铁碳合金的成分、组织与性能间的关系 一、碳的质量分数对平衡组织的影响 随着含碳量的增加，铁碳合金的室温组织变化顺序为: 在铁碳合金中，渗碳体一般可看作是一种强化相。 基体是铁素体，随着渗碳体数量的增加，其强度和硬度升高，而塑性与韧性相应降低。当 纯铁：塑性好、韧性很好，而强度和硬度很低。 亚共析碳钢：随着碳的质量分数的增加，钢的强度和硬度呈直线上升，而塑性、韧性不断下降。 过共析碳钢：当钢中WC0.9%时，脆性的二次渗碳体数量也相应增加，形成网状分布，使其脆性增加，不仅使钢的塑性、韧性进一步下降，而且强度也明显下降。 白口铸铁：特硬特脆，难以切削加工，因此很少应用。但它耐磨性好，铸造性能优良，适用于耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件。此外，还用作生产可锻铸铁的毛坯。 为选材提供成分依据 若零件要求塑性、韧性好，如建筑结构和容器等，应选用低碳钢（0.10~0.25%);若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应选用中碳钢（0.25~0.60%C);若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用高碳钢（0.6~1.3%). 白铁具有很高的硬度和脆性，应用很少，但因其具有很高的抗磨损能力，可应用于少数耐磨而不受冲击的零件，如：轧辊和球磨机的铁球等。 §4 相图的实际应用 铸造：共晶成分的合金，其凝固温度间隔最小（为零），故流动性好，分散缩孔较小，有可能得到致密的铸件。 锻造：钢材的锻造或轧制应选择在具有单相奥氏体（强度低、塑性好）的温度范围内进行，才能有较好的塑性 。 焊接：焊接时在不同加热区域会获得不同的高温组织，随后的冷却也