材料科学-第六章 铁碳合金相图和碳钢

L
L+γ 2.11 E
L +Fe3C
D
G α+γ 0.77 P S α 0.0218
Q 0.0008 Fe
γ
4.3 1148℃ F C K 6.69 Fe3C
γ +Fe3C A1 727℃ α+Fe3C C%
相图中的点（14个） （1）组元的熔点： A (0, 1538) 铁的熔点 D (6.69, 1227) Fe3C的熔点 （2）同素异构转变点 N（0，1394）d-Fe g－Fe G（0，912） g－Fe a -Fe （3）碳在铁中最大溶解度点 P（0.0218，727）碳在a -Fe 中的最大溶解度 E（2.11，1148）碳在 g -Fe 中的最大溶解度 H (0.09，1495）碳在 d-Fe中的最大溶解度 Q（0.0008，RT）室温下碳在a -Fe 中的溶解度
两相区（7个）L + d, L + Fe3C，L + g , d + g , g + a
g + Fe3C ,a + Fe3
根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区 的两个相就由这两个单相区的相组成。
4 Fe-Fe3C相图中的转变
（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单一固相的转变.
L d : 由液相中直接结晶出d相。（合金的成分线和AB线相交， 即含碳量Wc：0～0.53%）
2 组织
单相组织 （1）铁素体(F) （2）奥氏体(A) （3）渗碳体(Fe3C) 两相组织 （4）珠光体(P) ：F ＋Fe3C；共析反应产物 （5）莱氏体(Ld)：A＋Fe3C；共晶反应产物 （6）变态莱氏体(Ld′)：P＋Fe3C
二、Fe―Fe3C相图分析 L+δ A 1495℃ B δ H N J T
• 发生包晶反应的合金成分： C%：0.09%--0.53% 的成分线与HJB线相交； • 产物：单相奥氏体（ gJ ） • 包晶点 （J点）：（0.17，1495） 即合金
2）共晶转变 Lc 1148º C gE 2.11 + Fe3C 6.69 gE Fe3C
4.3
• 含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的 固相的转变。 • 发生共晶反应的成分范围： Wc ： 2.11 %—6.69% ( 合金成分 线与ECF线相交) • 产 物 ： gE 和 Fe3C 两 相 混 合 物 ， 称 为 莱 氏 体 。 用 Ld 表 示 。 （Fe3C为基体； gE 呈粒状或杆状分布在基体上） • 共晶点C (4.3,1148)
（2）奥氏体(γ或 A ) 定义：C在面心立方γ－Fe中的间隙固溶体 溶碳量较大： 0.77% (727℃) ~2.11% (1148℃) 性能: 强硬度较低； 塑性较好, 变形抗力较低, 易于锻压成形; 顺磁性。
（3）渗碳体(Fe3C) 定义： Fe与C形成的金属化合物，含碳量6.69%， 性能：强度低：σb= 30MPa; 硬度高：800HB 无塑性：δ=0; ψ=0; Ak=0 弱的铁磁性(<230 ℃)——硬脆组织，强化相
(4) 三相共存点
S（共析点）（gs＋ aP ＋Fe3C） C（共晶点）（ gE＋LC ＋Fe3C） J（包晶点）（ dH＋ gJ＋LB ）
（5）其它点 B（0.53，1495）发生包晶反应时液相的成分 F（6.69,1148) 渗碳体 K (6.69,727) 渗碳体 2 相图中的线
液相线(ＡＢＣＤ):其上体系为液相，(结晶时液相的成分变化线)
第六章 铁碳合金相图和碳钢
基本内容： 铁碳合金中的相和组织， 铁碳相图， 碳钢的分类、编号与用途。 重点： 铁碳合金中的相和组织、 铁碳相图形式、 工业纯铁和钢的平衡结晶过程分析， 难点： 室温组织组成物和相组成物相对含量计算。
第一节 铁碳合金与铁碳相图 一 铁碳合金中的基本相和基本组织 （一）纯铁的晶体结构与性能
L g : 由液相中直接结晶出g相。（合金的成分线和BC线相交， 即含碳量Wc：0.53% ~ 4.3%) L Fe3C : 由液相中直接结晶出Fe3C相。（合金的成分线和CD 线相交，即含碳量Wc：4.3%~6.69%)
（2）同素异构转变
d (b.c.c) g(f.c.c) g (f.c.c) a (b.c.c) NH （开始线） NJ（结束线）
3）共析转变 gs 727º C aP Fe3C
0.77
0.0218
+
6.69
• 含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分 的新固相的转变。 • 产物： a相和Fe3C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光 体，用P表示。 • 合金范围： Wc: 0.0218 %—6.69%( 合金成分线与 PSK 线相 交) • S点:共析点，（0.77，727） (具有S点成分的Fe—C合金冷 却至7270C时，合金全部发生共析转变，生成珠光体。)
GS（开始线）
GP（结束线）
（3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变。
wenku.baidu.comg a
析出
Fe3CII （二次渗碳体）
析出 Fe3CIII （三次渗碳体）
（4）恒温转变 1）包晶转变 → HJB 线 dH 0.09 + LB 0.53 1495º C gJ 0.17
d
g
L
• 含义：由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一 定成分新固相地反应---包晶转变（反应）。
固相线（ＡＨＪＥＣＦ）：其下为固相，(结晶时固相的成分变 化线)
表示恒温转变的线： HJB线 (包晶转变)， ECF线(共晶转变)， PSK线(共析转变)
固溶度线： ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线 （温度，溶解度 ）；（0.77%--2.11%） PQ ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线 （温度 ，溶解度 ） (0.0008%—0.0218%) 同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP 3 相图中的相区 单相区（4个＋1个） L、a、g、d 、（Fe3C）
1538℃ 1394℃ L → δ－Fe → γ－Fe → bcc fcc
912℃ α－Fe bcc
—— 纯铁在冷却中经历两次同素异构转变
纯铁(工业纯铁)的 性能： 强度低 硬度低 塑性好 铁磁性
（二） 铁碳合金中的基本相和基本组织 1 基本相： （1）铁素体(α或 F ) ： 定义: C在体心立方α－Fe中的间隙固溶体 但C在α－Fe中的溶解度极小: 0.0008% (20℃) ~0.0218% (727℃) 性能: 强硬度低(50HBS~80HBS)， 塑韧性好(ψ:70 ％～80 ％; Ak=160J ) ——钢中基体相；与工业纯铁同