铁碳合金晶相图教程

σb σ0.2
硬度
180～280MN/m2 100～170 MN/m2 50～80HBS
ψ δ
ຫໍສະໝຸດ Baiduak
70～80% 30～50% 1.8～2.5MJ/m2
2）试比较纯铁（＜ ）试比较纯铁（＜0.02%）的性能： （＜ ）的性能：
σb σ0.2
硬度 250MN/m2 (MPa) 120MN/m2 80HBS
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“钢的热处理” 钢的热处理”
1．七个区域 ． 相当于由七个局部的“匀晶相图”所组成。 2．三条水平线： ．三条水平线： ① HJB线—发生包晶转变，温度为1495℃，转变产物为奥氏 体。即：L0.53+δ0.09=A0.17 ② ECF线—发生共晶转变，温度为1148℃，转变产物为奥氏 体和渗碳体的机械混合物,称为莱氏体，用符号 “Le”表示。 L4.3= A2.11+Fe3C ③ PSK线—发生共析转变，温度为727℃，转变产物为铁素 体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，以符号 “P”表示。 A0.77= F0.0218+ Fe3C
4.3 铁碳合金相图及应用
铁碳合金： 铁碳合金： 是以铁和碳为基本组元的合金。一般含碳量0.0218～ 2.11%的称为钢，含碳量大于2.11%的称为铸铁。
一、铁碳合金中的基本相
1．铁素体 ． 铁素体是碳在α-Fe中的固溶体，用符号“F”表示。 其组织结构与组织形态如图所示。
1）铁素体的特点： ）铁素体的特点： ① 在727℃有最大溶解度，为0.0218%C； ② 强度和硬度低，韧性塑性好。其力学性能大致为：
3．三条重要固态转变线: ．三条重要固态转变线 ① GS线（A3 ）：冷却时不同成分的A开始析出铁素体F 的温度线，也是加热时F转变为A的温 度线。 ② ES线（Acm）：碳在A中的溶解度线。 ③ PG和PQ线：碳在F中的溶解度线。 PG PQ F ④ MO线（A2）：为F磁性转变温度（770℃）。
2.11 − 0.77 Fe3CⅡ = × 100% = 22.6% 6.69 − 0.7
5．共晶白口铸铁（≈4.3%C） ．共晶白口铸铁（ ） 共晶白口铸铁的结晶过程如图所示。 由示意图分析可知，共晶白口铸铁结晶过程的基本反 应为[共晶反应+二次析出反应+共析反应]，室温组织为珠光 体+渗碳体，是低温莱氏体，用符号“Leˊ”表示。其显微 组织如图所示。
4．主要特性点 ．
点的符号 A B C D E F G H K P S 温度℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 727 727 727 含碳量% 0.00 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0.00 0.09 6.69 0.0218 0.77 说明 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的浓度 共晶点，Lc↔A+Fe3 C 渗碳体熔点 碳在γ-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 α-Fe↔γ-Fe 同素异构转变点 碳在δ-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 碳在α-Fe 中的最大溶解度 共析点
各类合金按组织组成物填写的Fe—Fe3C相图如图所示。
四、含碳量对铁碳合金的组织及性能的影响
1．铁碳合金的含碳量对组织的影响 ． 2．含碳量对热轧状态钢的力学性能的影响 ． 3．含碳量对工艺性能的影响 ． ① 压力加工:低碳钢的可锻性比高碳钢好；加热到呈单相奥 氏体时，便于塑性变形。 ② 铸造:铸铁的流动性比钢好，特别是靠近共晶成分的铸铁。 ③ 切削加工:中碳钢的切削加工性能最好。 ④ 焊接:低碳钢比高碳钢易于焊接。 ⑤ 热处理工艺性能和热处理效果。
3．渗碳体 ． 渗碳体是铁和碳的化合物，含碳量为6.67%，用“Fe3C” 或“Cem”(Cementite)表示。 渗碳体的特点：硬度近800HBW，塑性几乎为零；一般认 渗碳体的特点： 为其熔点1600℃（有资料介绍其计算值为1227℃）。
二、铁碳合金相图的组成
铁碳合金相图是研究钢 铁材料的成分、相和组织的 变化规律以及与性能之间关 系的重要工具。铁碳合金相 图如图所示。
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
1．铁碳合金相图上的各种合金，一般分为三类： ．铁碳合金相图上的各种合金，一般分为三类： 1）工业纯铁（＜ ）工业纯铁（＜0.02% C ），室温组织为 固溶体； ），室温组织为 固溶体； 室温组织为α固溶体 （＜ 2）钢（0.02～2.11％C）， 根据室温组织不同，分为： ） ～ ％ ）， 根据室温组织不同，分为： ① 亚共析钢（＜0.77％C ） ② 共析钢（≈0.77％C） ③ 过共析钢（＞0.77％C）
3．亚共析钢（0.02～0.77％C） ．亚共析钢（ ～ ％ ） 亚共析钢的结晶过程如图所示。 由示意图分析可知，亚共析钢结晶过程的基本反应为 [匀晶反应+包晶反应+固溶体转变反应+共析反应]，室温 组织为铁素体+珠光体，显微组织如图所示。
4．过共析钢（（ ．过共析钢（（0.77%～2.11%C） （（ ～ ） 过共析钢的结晶过程如图所示。 由示意图分析可知，过共析钢结晶过程的基本反应为 [匀晶反应+二次析出反应+共析反应]，室温组织为珠光体+ 二次渗碳体，显微组织如图所示。 过共析钢中Fe3CⅡ的最大相对量为：
由示意图分析可知，共析钢结晶过程的基本反应为[匀晶 反应+共析反应]，室温组织为珠光体显微组织。 P中F和Fe3C的相对量： 中 和 的相对量： 的相对量
SK 6.69 − 0.77 QF = = = 88.8% PK 6.69 − 0.0218 QFe3C = 100% − 88.8% = 11.2%
ψ δ
85% 50%
两者性能与晶粒大小、杂质含量有关
2．奥氏体 ． 奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，用符号“A”表示。高 温奥氏体的显微组织如图所示。 奥氏体的特点： 奥氏体的特点： ① 在1148℃时有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶 0.77%C； ② 其力学性能与含碳量及晶粒大小有关，一般170～ 220HBS、δ=40～50%； ③ 形变能力好，形变抗力小。
6．亚共晶白口铸铁 ． 亚共晶白口铸铁的结晶过程如图所示。 由示意图分析可知，共晶白口铸铁结晶过程的基本反 应为[匀晶反应+共晶反应+二次析出反应+共析反应]，室温 组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体，显微组织如图所 示。
7．过共晶白口铸铁 ． 过共晶白口铸铁的结晶过程如图所示。 由示意图分析可知，过晶白口铸铁结晶过程的基本反 应为[匀晶反应+共晶反应+二次析出反应+共析反应]，室温 组织为一次渗碳体+低温莱氏体，显微组织如图所示。
3）白口铸铁（2.11～6.67％C），根据室温的不同，分为： ）白口铸铁（ ），根据室温的不同 ～ ％ ），根据室温的不同，分为： ① 亚共晶白口铸铁 ② 共晶白口铸铁（≈4.3 ％C） ③ 过共晶白口铸铁（＞4.3％C） 2．共析钢（≈0.77％C） ．共析钢（ ％ ） 共析钢的结晶过程如图a)所示。