铁碳相图结晶过程

应用化学

第四章 铁 碳 合 金

§1 铁碳合金相图 §2 典型铁碳合金的平衡结晶过程 §3 碳钢

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§1 铁碳合金相图

一、铁碳合金相图中组元的性质和相的类型 1.组元的性质

纯铁的同素异构转变:室温~912℃ 912℃~1394℃ 1394℃~熔点 体心立方(b.c.c) 称 Fe 面心立方(f.c.c) 称 Fe 体心立方(b.c.c) 称 Fe

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2.铁与碳相互作用构成的基本相

(1)铁素体 碳在 Fe 中形成的间隙固溶体,体心立方晶格。用F 或 表 示。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%。性能与纯铁相似。 (2)奥氏体 碳在 Fe 中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。用A或 表 示。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。强度低、塑性好。, (3)渗碳体 渗碳体是铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物，分子 式Fe3C。含碳6.69%, Fe3C硬度高、强度低( b 35MPa), 脆性大, 塑性 几乎为零。

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二、铁碳合金相图分析

图4-1 Fe-Fe3C相图

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1.特征线

⑴

液相线—ABCD 固相线—AHJECFD ⑵ 三条水平线： HJB:包晶线 LB+δH J ECF:共晶线 LC E+Fe3C 共晶产物是 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。

PSK:共析线 S FP+ Fe3C 共析转变的产物是 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。

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 。

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⑶ 其它相线 GS,GP— HN,JN—δ

固溶体转变线, GS又称A3 线。

固溶体转变线，

ES—碳在 -Fe中的固溶线。又称Ac m线。 PQ—碳在 -Fe中的固溶线。

2.相区 ⑴ ⑵

五个单相区： 七个两相区: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C

L、 、 、 、Fe3C ⑶ 三个三相区：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)

三条水平线

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§2 典型铁碳合金结晶过程分析

一、铁碳合金按其含碳量及室温组织分类 ①纯铁 :wc <0.0218%

②钢

亚共析钢: wc= 0.0218~0.77%共析钢: wc= 0.77% 过共析钢: wc= 0.77~2.11% 亚共晶白口铁: wc= 2.11~4.3% 共晶白口铁: wc= 4.3%

③白口铸铁

过共晶白口铁: wc= 4.3~6.69%

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典型铁碳合金结晶过程图ⅠT /℃

A (1 5 3 8 ℃ )

1 2L+A

L D (1 2 2 7 ℃ )

C E A

F (1 1 4 8 ℃ )

G (9 1 2 ℃ ) A + F e 3C Ⅱ F+A S F P

3P P + F e 3C Ⅱ

K (7 2 7 ℃ )

Q (6 0 0 ℃ 或 室 温 ) P+F F + F e 3C Ⅲ Fe 0 .0 2 1 8 0 .7 7

42 .1 1 W c/% 4 .3

F e 3C 6 .6 9

图4-2

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二、典型铁碳合金结晶过程分析

1.含碳0.01%的工业纯铁2.含碳0.77%的共析钢(合金②) 3.含碳0.40%的亚共析钢(合金③)

4.含碳1.2%的过共析钢(合金④)5.含碳4.3%的共晶白口铁(合金⑤) 6.含碳3.0%的亚共晶白口铁(合金⑥)

7.含碳5.0%的过共晶白口铁(合金⑦)

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1.含碳0.01%的工业纯铁

图4-3 工业纯铁结晶过程

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2. 0.77%共析钢结晶过程

图4-5 共析钢结晶过程示意图

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3.亚共析钢结晶过程

图4-7 亚共析钢结晶过程示意图

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4.1.2%C的过共析钢的结晶过程

图4-9 过共析钢的结晶过程

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铁碳合金组织特征图

(a) 0.01%C铁素体500×

(b) 0.45%C铁素体+珠光体 500×

(c).0.77%C珠光体 500×

d). 1.2%C 铁素体+二次渗碳体 500×

图4-11

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5. 共晶白口铁的结晶过程

图4-12 共晶白口铁的结晶过程示意图

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6.亚共晶白口铁结晶过程

图4-14 亚共晶白口铁结晶过程示意图