铁碳相图对共析钢_亚共析钢和过共析钢的详细分析

1
2
是多少？
Q
4L QL
3
6.69 0.77 88.5% 6.69 0.0008
Q4
9
Q Fe3C 100% 88.5%
11.5%
共析钢的结晶过程
(二) 亚共析钢的结晶过程 以0.40%C的钢为例
Ⅲ
A
H
B
J
合金在3点以前通过匀晶
—包晶—匀晶反应全部转 变为A。到4点，由A 中析出F 。到5点, A成分
定条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反 应对铸铁有重要意义。
由于碳在-Fe中的溶解度
钢中的渗碳体
很小，因而常温下碳在铁
碳合金中主要以Fe3C或石 墨的形式存在。
铸铁中的石墨
三个基本相：铁素体、奥氏体和渗碳体。但奥氏体一 般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金平衡 组织中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。 五种组织组成物：
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体 大，1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体 晶粒，晶界较直。强
度低、塑性好，钢材 热加工都在A 区进行.
碳钢室温组织中无奥 氏体。
奥氏体
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
中的固溶线。
⒊ 相区 ⑴ 单相区：
L、A、F、Fe3C ⑵ 两相区: L+A、
L+Fe3C、A+Fe3C、 A+F、F+Fe3C
⑶ 两个三相区： 即ECF(L+A+ Fe3C)、PSK(A+F+ Fe3C)两条水平线
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程
铁碳合金按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
是构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可以是两相或者 多相混合物。
铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体 珠光体：共析反应的产物，是F与Fe3C片层相间的两 相混合物 莱氏体：共晶反应的产物，高温莱氏体是A与Fe3C两 相混合物, 室温莱氏体是珠光体与Fe3C的两相混合物
二、铁碳合金相图的分析
相图的简化
构转变。同素异构转变属于 相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零 Fe3C是一个亚稳相，在一
G S
P
+Fe3C
沿GS线变到S点， A发生
共析反应转变为珠光体。温度继续下降，F 中析出
Fe3CⅢ，由于与共析Fe3C结合, 且量少, 忽略不计.
℃
+
1点以上：L
1～2点：LA
+
2～3点：A
3～4：AF
+
℃
+
4～4'：AP
4'点以下：P+F
+
共析温度下相的相对重量为：
+
QFe3C
0.40 0.0218 100%, 6.69 0.0218
的相对重量百分比为：
QF
SK PK
6.69 0.77 6.69 0.0218
88.8%,
Q Fe3C 100% 88.8% 11.2%
珠光体中的渗碳体称共析
渗碳体。
S点以下，共析 F 中析出 Fe3CⅢ，与共析Fe3C结合 不易分辨。室温组织为P。
珠光体
室温下，珠光体中两
相的相对重量百分比
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已 无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
铁碳合金相图是 研究铁碳合金最 基本的工具，是 研究碳钢和铸铁 的成分、温度、 组织及性能之间 关系的理论基础, 是制定热加工、 热处理、冶炼和 铸造等工艺依据.
⑵ 钢(0.0218~2.11%C) 高温组织为单相A
① 亚共析钢 (0.0218~0.77%C)
② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢
(0.77~2.11%C)
⑶ 白口铸铁 (2.11~6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆
① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C)
② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
Q
1 QFe3C
组织组成物的相对重量为：
QP
0.40 0.77
0.0218 0.0218
一、铁碳合金的基本相和性能
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称 铁素体, 用F 或 表示。
碳在δ-Fe中的固溶体称
δ -铁素体，用δ 表示。
铁素体
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低, 在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
⇄
L+Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
⑵ 两条水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械 混合物，称作莱氏体, 用Le 表示。为蜂窝状, 以Fe3C为 基，性能硬而脆。
莱氏体
PSK：共析线
S ⇄FP+ Fe3C
③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C)
(一) 共析钢的结晶过程 合金液体在 1-2
点间转变为A。 到S点发生共析 转变：
AS⇄FP+Fe3C, A 全部转变为 珠光体。
℃
+
1点以上：L
+
1～2点：LA
2～3点：A
+
3～3'点： AP 3'点以下：P
珠光体在光镜下呈指纹状. 转变结束时，珠光体中相
L+ Fe3C
共析转变的产物是 F与
Fe3C的机械混合物，称 作珠光体，用P表示。
珠光体
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
源自文库
⑶ 其它相线 GS—A⇄ F 固溶
体转变线, GS又 称A3 线。
ES—碳在 -Fe中
的固溶线。又称 Ac m线。
PQ—碳在-Fe
第四节 铁碳合金相图
1、铁碳合金的基本相与性能 2、铁碳合金相图与结晶过程 3、含碳量对铁碳合金组织性能的影响 4、铁碳合金相图的应用
铁碳合金—碳钢和 铸铁，是工业应用 最广的金属材料。
含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢。
含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为相图的组元看待。