铁碳相图原理及应用

1.1.4杠杆定律
1.1.4杠杆定律
设K成分的Cu—Ni合金，在t温度时处于L+α两 相区。作t温度的水平线，交固相线于b点，交 液相线于a,固相相对量Qα ，液相相对量 QL
则
注：杠杆定理只适用于两相区 因为对单相区无 此必要,在三相恒温线上,三个相可以任何比例 相平衡
1.2铁碳相图
钢和铸铁的基本组成是铁和碳； 5%以下的铁碳合金才有应用价值，通常 铁碳合金按Fe-Fe3C(渗碳体)形式存在， 但一定条件下Fe3C分解为铁的固溶体和 石墨,故铁碳相图是双重相图。
组织：在结晶的各个阶段中形成的、有清晰轮 廓的独立组成部分。
如：初生 α、β 为单相组织 （α+β）共一种组 织由两相构成
铁碳合金的基本组成相有铁素体，奥氏体和渗 碳体；这些相都是以铁为基的固溶体或铁的化 合物，组织组成物有珠光体和莱氏体。
1、铁素体（α-Fe）
铁素体（ F ）：C 溶在 α—Fe中的一种间隙固 溶体
① 由一片铁素体,一片渗碳体相间呈片层 状形成
② 其性能介于 Fe 和 Fe3C之间 ③ 由成分为0.77%的A缓冷至727℃分解
得到
5.莱氏体(ld)
莱氏体(ld):奥氏体和渗碳体的机械混合物( A+ Fe3C )
① 由成分为 4.3% 的铁碳合金,在1148℃时从液 相结晶得到
② 727℃ 以上的莱氏体称高温莱氏体,用ld表示 727℃ 以下的莱氏体称低温莱氏体,用 ld´表示 ③ 性能接近于渗碳体,硬度 ＞700HB,塑性很差.
奥氏体（A）： C 溶在 γ—Fe中的间隙固溶体 （是一种高温相）
① 晶体结构：面心立方晶格
② 溶碳能力：比 α—Fe稍大，在727℃可溶C 0.77% ，随温度升高，其溶解度增加，在 1148℃时达最大溶C 量 2.11%。
③ 组织形态:多边形等轴晶粒
④ 机械性能:具有高温塑性,变形抗力小,易于锻 造成型。
1.2.1铁碳合金的基本组成相和组织
一、纯铁的晶体结构及同素异构转变
铁具有多晶型性，从铁的冷却曲线中可 以看出，如下图
1. 三种晶体结构
1538℃--1394℃ δ—Fe (体心立方)
1394℃--912℃ γ—Fe (面心立方)
912℃--
α—Fe (体心立方)
2、纯铁的冷却曲线及晶体结构的变化
⑤ 表示方法:一般用 A ,也用γ、γ—Fe等
3. 渗碳体（ Fe3C）
渗碳体:是Fe和C的化合物,以Fe3C表示 ① 其含C量为6.69%, 固定成分。
② 熔点很高1227℃，固定熔点。
③ 晶体结构相当复杂
④ 组织形态
a. 从液相中直接结晶出来的一次渗碳体,一般呈粗 大片状
b. 从固相中析出的次生或三次渗碳体,一般呈网状 分布
c. 共析体中渗碳体一般呈薄片状
实际热处理状态下的渗碳体还有球状、粒状、棒状
⑤ 一般性质
硬而脆,硬度高约HB=800,而塑性很差,延伸率几乎
为0,耐磨性好。 分解,形成石墨
Fe3C是一种亚稳定化合物,一定条件下
4. 珠光体( P )
珠光体( P ):铁素体和渗碳体的机械混合 物(F+Fe3C)
3、同素异构转变
金属在固态下发生晶格形式的转变称为同素异 构转变.
纯铁从液态结晶为固态后，继续冷却至一定温 度时，将先后发生两次同素异构转变。
金属的同素异构转变对于加工及热处理都有重 要的意义
二、 铁碳合金基本组成相和组织
相：系统中均匀的、与其他部分有界面分开的 部分，如：α相,β相 。
① 晶体结构：体心立方晶格
② 溶碳能力：较小，常温下0.008%以下，在 727℃时溶碳能力达到最大0.0218%。
③ 组织形态：多边形等轴晶粒
④ 机械性能：与纯 Fe 性能相似，属软韧相， 强度和 硬度不高，塑性、韧性好。
⑤ 表示方法：一般用 F 表示，也有用α—Fe、 α 、φ等
2、奥氏体 （γ-Fe ）
铁碳相图及金相组织
概述
碳钢和铸铁都是铁碳合金，是应用最广 泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁 碳合金的重要工具，它是清楚地表明了 铁碳合金成分、温度、组织三者之间关 系的一个“地图”，同一种成分不同温 度，同一种温度不同成分，它们组织不 同，以及室温组织随含碳量的变化，最 终导致钢材力学性能的变化，了解与掌 握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究 和使用、各种热加工工艺的制订以及工 艺废品原因的分析都有很重要的指导意 义
1.1相图与杠杆定律
1.1.1合金相图:是表示合金系中合金 状态（组织）、温度和成分之间的关 系的图象，又称为状态图。因为相图 上所表示的组织是在极其缓慢冷却下， 即所谓平衡状态获得的，因而还称平 衡图合金相图；利用相图可以知道各 种成分的合金在不同温度下存在哪些 相、各个相的成分及其相对含量。
特性说明
0
纯碳的熔点
0.53 包晶反应时的液相浓度
4.30
共晶反应点
6.69
渗碳体的熔点
2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度
wk.baidu.com6.69
Fe3C
0 α-FeDγ-Fe的异晶转变点
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
0.17
包晶反应点
6.69
Fe3C
0 γ-FeDδ-Fe的异晶转变点
1.2.2相图中的点、线、区及其意义
Fe-Fe3C相图中各点的成分、温度及其特性综合
符号 A B C D E F G H J K N P S Q
温度/℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 600
含碳量×100
1.1相图与杠杆定律
1.1.2合金相图的建立 最常用的方法是热分析法实验获得相图。
以 二元合金系为例来介绍其建立的步骤。
以下图为例:
1.1.2合金相图的建立
铜---镍合金的冷却曲线和相图 (a)不同成分合金冷却曲线 （b）铜镍合金相图
1.1.3基本的恒温转变
1.1.4杠杆定律
固溶体的平衡结晶过程中，液、固两相 相对量的变化关系，不仅取决于结晶的 温度，而且还取决于平衡两相的成分， 符合杠杆定律。在合金的结晶过程中,合 金中各个相的成分以及它们的相对含量 都在不断地发生变化。为了了解相的成 分及其相对含量，这就需要杠杆定律。