材料科学基础-铁碳合金组织及其性能

1、17.3.8 二元相图实例分析二元相图实例分析 铁碳系是一个很重要的合金系，它是碳钢、铁碳系是一个很重要的合金系，它是碳钢、低合金钢以及铸铁的基础。在研究和使用钢铁低合金钢以及铸铁的基础。在研究和使用钢铁材料时，铁碳相图是一个重要的工具。材料时，铁碳相图是一个重要的工具。铁碳合金的组织及其性能铁碳合金的组织及其性能2L+Fe3C0.0218组元组元: Fe, Fe3C3L+Fe3C0.0218组元组元: Fe, Fe3C4L+Fe3C0.0218基本相基本相高温铁素体高温铁素体：碳溶于：碳溶于-Fe中的间中的间隙固溶体，体心立方，符号：隙固溶体，体心立方，符号： ；最大溶碳量：最大溶碳量：0.

2、09%奥氏体奥氏体：碳溶于：碳溶于-Fe中的间隙固中的间隙固溶体，面心立方，符号：溶体，面心立方，符号：A或或；最大溶碳量：最大溶碳量：2.11%铁素体铁素体：碳溶于：碳溶于-Fe中的间隙固中的间隙固溶体，体心立方，符号：溶体，体心立方，符号：F或或；最大溶碳量：最大溶碳量：0.0218%5L+Fe3C0.0218基本相基本相渗碳体渗碳体：Fe3C含含碳：碳：6.69%符号：符号：Cm熔点：熔点：1227C230 C以下具有铁磁性以下具有铁磁性亚稳相：高温长时间加热，发亚稳相：高温长时间加热，发生分解，分解为生分解，分解为Fe和石墨，和石墨，6L+Fe3C0.0218特性点特性点特性点的符号是

3、国际通用特性点的符号是国际通用的，不能更换的，不能更换7特性点特性点8L+Fe3C0.0218三个主要转变三个主要转变包晶转变包晶转变转变线：转变线：HJB反应式：反应式：L0.53 + 0.09 0.17转变产物：奥氏体转变产物：奥氏体1495 C82. 共晶转变共晶转变共晶线：共晶线：ECF反应式：反应式：L4.3 2.11 + Fe3C转变产物：莱氏体转变产物：莱氏体 Ld1148 C9L+Fe3C0.0218三个主要转变三个主要转变3. 共析转变共析转变共析线：共析线：PSK 常用符号：常用符号：A1反应式：反应式： 0.77 0.0218+ Fe3C转变产物：珠光体转变产物：珠光体

4、P727 C10L+Fe3C0.0218重要的固态转变线重要的固态转变线GS线线 又称为又称为A3线线：奥氏体中：奥氏体中开始析出铁素体的转变曲线；开始析出铁素体的转变曲线；由于这条曲线在共析线以上，由于这条曲线在共析线以上，又称为先共析铁素体开始析又称为先共析铁素体开始析出线。出线。102. ES线也称线也称 Acm线线：碳在奥氏：碳在奥氏体中的溶解度曲线，温度低体中的溶解度曲线，温度低于此曲线时，要从奥氏体中于此曲线时，要从奥氏体中析出次生渗碳体，常称为二析出次生渗碳体，常称为二次渗碳体，次渗碳体，Fe3CII；11L+Fe3C0.0218重要的固态转变线重要的固态转变线3. PQ线线：碳

5、在铁素体中的溶：碳在铁素体中的溶解度曲线，温度低于此曲线解度曲线，温度低于此曲线时，要从铁素体中析出三次时，要从铁素体中析出三次渗碳体，渗碳体，Fe3CIII；12770770C水平线：铁素体的磁水平线：铁素体的磁性转变温度，常称为性转变温度，常称为A2温温度；度；230 C水平线：渗碳体的磁水平线：渗碳体的磁性转变，常称为性转变，常称为A0温度；温度；13典型铁碳合金的平衡组织典型铁碳合金的平衡组织铁碳合金通常可按含碳量及其室温平衡组织分为三大类铁碳合金通常可按含碳量及其室温平衡组织分为三大类工业纯铁、碳钢、铸铁工业纯铁、碳钢、铸铁名称名称含碳量含碳量工业纯铁工业纯铁0.0218%共析钢共析

6、钢0.77%亚共析钢亚共析钢0.0218%C0.77%过共析钢过共析钢0.77%C2.11%共晶白口铸铁共晶白口铸铁4.3%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11%C4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁4.3%C6.69%1415(1) 工业纯铁 ( WC = 0.01 % 的合金)室温组织：室温组织： + Fe3CIII1617Fe3CIII最大量计算最大量计算%3 . 0%1000008. 069. 60008. 00218. 0III3CFe Q18(2) 共析钢 ( WC = 0.77 % 的合金)组织：珠光体组织：珠光体共析铁素体与共析渗碳体的机械混合物共析铁素体与共析渗碳体的机械混合

7、物19%2 .11%8 .88%100 ,%8 .880218. 069. 677. 069. 6CFe 3QPKSKQ20%5 .880008. 069. 677. 069. 64 QLLQ Q43219%5 .11%5 .88%100CFe 3 Q21(3) 亚共析钢 ( WC = 0.4 % 的合金)组织：先共析铁素体组织：先共析铁素体 + 珠光体珠光体22%PKKQ%,PKPQCFe100510053 %PSSQ%PSPQP10051005 ，S23%6%,63100QLLQ100QLQQCFe %1006%,1006QSSQQSQQPS24240.0218% - 0.77%C 0.0

8、218% - 0.77%C 25(4) 过共析钢 ( WC = 1.2 % 的合金)组织：网状的二次渗碳体组织：网状的二次渗碳体 + 珠光体珠光体262727%6 .22%10077. 069. 677. 011. 23 IICFeQ%1005%,10053 QLQQQLLQCFe 12345S%,100510053LSSQLSLQCFeP28(5) 共晶白口铸铁( WC = 4.3 % 的合金)28共晶体称为莱氏体共晶体称为莱氏体 Ld室温组织：变态莱氏体室温组织：变态莱氏体 Ld2929Fe3C 合金冷却到合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体点发生共晶反应全部转变为莱氏体(Ld)，莱

9、氏体是莱氏体是共晶共晶 与共晶与共晶Fe3C的机械混合物的机械混合物, 呈蜂窝状。呈蜂窝状。莱氏体莱氏体以以Fe3C为基，性能硬而脆。为基，性能硬而脆。%.Q%.%.QCFe847252100112696346963 ， 31%.%.%.659440100770696346963 CFeQQ， S32%.%.%.%.36473510073510000080696346963 CFeQQ 3333冷却过程中莱氏体中的奥氏体相析出冷却过程中莱氏体中的奥氏体相析出 Fe3C，但其依附于莱氏体中的，但其依附于莱氏体中的Fe3C长大，不可见长大，不可见共晶白口铁室温组织：变态莱氏体共晶白口铁室温组织：变

10、态莱氏体Ld （珠光体呈粒状分布在（珠光体呈粒状分布在Fe3C基体上）基体上）共晶白口铁的共晶白口铁的基体相基体相是是Fe3C脆性相，材料整体脆性较大，硬度较高脆性相，材料整体脆性较大，硬度较高 34(6) 亚共晶白口铸铁( WC = 3.0% 的合金)34室温组织：室温组织：P+Fe3CII+LdIIdIIddCFeLPCFeLLQQQECCQECEQQ33%10077. 069. 677. 011. 222 ECFD1234N37(7) 过共晶白口铸铁( WC = 5.0% 的合金)37室温组织：室温组织：Fe3CI+Ld 以上分析可知，铁碳合金不管其成分如何，其室温下的相组成都是铁素体和

11、渗碳体。 但随着成分的不同，合金经历的转变不同，因而相的相对量、相的形态、分布差异很大，也就是说不同成分的铁碳合金的组织有很大的差异。因为合金的性能是由其组织决定的，所以人们更关注合金的组织。4041重要：Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其最大含量计算一次渗碳体：一次渗碳体：碳含量大于碳含量大于4.3时，在时，在L(Fe)Fe3C两相区内结晶两相区内结晶析出的初生析出的初生Fe3C为一次渗为一次渗碳体，形成温度于共晶温碳体，形成温度于共晶温度（度（1148）以上，）以上，形貌形貌为粗条状（其间为共晶组为粗条状（其间为共晶组织）织）。碳含量于。碳含量于4.3%6.69%是其典型成分区间

12、。是其典型成分区间。42重要：Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其最大含量计算。二次渗碳体：二次渗碳体：碳含量大于碳含量大于0.77时，在时，在A(Fe)Fe3C两相区内析出两相区内析出的的Fe3C为二次渗碳体，形为二次渗碳体，形成 温 度 于 共 晶 温 度成 温 度 于 共 晶 温 度（1148）与共析温度）与共析温度（727）之间，）之间，形貌以网形貌以网状 为 典 型状 为 典 型 。 碳 含 量 于。 碳 含 量 于0.77%6.69是其典型成是其典型成分区间。分区间。43重要：Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其最大含量计算。三次渗碳体：三次渗碳体：F(Fe)Fe3

13、C两相区内析两相区内析出的出的Fe3C为三次渗碳体，为三次渗碳体，形 成 温 度 于 共 析 温 度形 成 温 度 于 共 析 温 度（727）以下，）以下，形貌为形貌为细片状或粒状。细片状或粒状。44重要：Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其含量计算共晶渗碳体：共晶渗碳体：于共晶温度（于共晶温度（1148）形成）形成的共晶组织的共晶组织(A(Fe)Fe3C)中的中的Fe3C。形貌为片状的共晶形貌为片状的共晶组织形貌。组织形貌。碳含量约为碳含量约为4.3%。 45重要：Fe3C, Fe3C, Fe3C 的意义及其最大含量计算。共析渗碳体：共析渗碳体：于共析温度（于共析温度（727）形成

14、的共）形成的共析组织（析组织（F(Fe)+Fe3C)中的中的Fe3C，形貌为片状的共析组织形貌形貌为片状的共析组织形貌。碳含量约为碳含量约为0.77%。 4647计算室温时变态莱氏体中渗碳体的相对量，其中共晶渗碳计算室温时变态莱氏体中渗碳体的相对量，其中共晶渗碳体，二次渗碳体，共析渗碳体，三次渗碳体各为多少？体，二次渗碳体，共析渗碳体，三次渗碳体各为多少？%8 .47%10011.269.611.23 .4%8 .11%10011. 269. 63 . 469. 677. 069. 677. 011. 2%5 . 4%10011. 269. 63 . 469. 677. 069. 611. 2

15、69. 60218. 069. 60218. 077. 0%1 . 0%10011. 269. 63 . 469. 677. 069. 611. 269. 60218. 069. 677. 069. 60008. 069. 60008. 00218. 0%2 .64%1000008.069.60008.03 .448碳量对铁碳合金的组织和性能的影响碳量对铁碳合金的组织和性能的影响(1) 含碳量对铁碳合金室温平衡组织的影响4950500.77%C时，组织为时，组织为100% P, 钢钢 的性能即的性能即P的性能。的性能。1.0%C，Fe3C为晶界连续为晶界连续 网状，强度下降网状，强度下降, 但硬度仍