铁碳相图及其合金

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电厂金属材料

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20122012-3-18

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第一节 铁碳合金的相结构 纯铁从液态结晶后得到体心立方晶格的δ-Fe,随后又有两次同 纯铁从液态结晶后得到体心立方晶格的δ Fe,随后又有两次同 素异构转变，即面心立方格的γ Fe和体心立方格的 和体心立方格的α 素异构转变，即面心立方格的γ-Fe和体心立方格的α-Fe 。 碳溶入α-Fe和γ-Fe铁中所形成的固溶体为铁素体和奥氏体。 碳溶入α Fe和 Fe铁中所形成的固溶体为铁素体和奥氏体 铁中所形成的固溶体为铁素体和奥氏体。 当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时， 当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物 称做渗碳体。 相Fe3C,称做渗碳体。 碳原子溶入 α-fe 中所形成的固溶体称做 高温铁素体 。 它在 碳原子溶入α 中所形成的固溶体称做高温铁素体 高温铁素体。 1400℃以上的高温出现， 1400℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性 能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。 能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。固态铁碳合金 的基本组成相是铁素体，奥氏体和渗碳体。 的基本组成相是铁素体，奥氏体和渗碳体。

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一、铁素体 碳原子溶入 α-Fe中形成的间隙固溶体， 称做铁素体 。 由于体心立方格的 碳原子溶入α Fe 中形成的间隙固溶体 称做铁素体。 中形成的间隙固溶体， Fe的晶体格间隙半径只有 036nm 而碳原子半径为0 077nm 的晶体格间隙半径只有0 nm, nm, α-Fe 的晶体格间隙半径只有 0.036nm , 而碳原子半径为 0.077nm , 所以铁 素体对碳的溶解度很小。 727℃时最大固溶度为0 02% 素体对碳的溶解度很小 。 在 727℃ 时最大固溶度为 0.02%, 而在室温时固溶 度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁相近，其数值如下： 度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁相近，其数值如下： 抗拉强度Rm 屈服强度RE 断后延伸率A11.3 冲击韧性αK 布氏硬度HBS 250Mpa, 140Mpa 40%-50% 200 J/cm2 80 由此可见 ， 铁素体有优良的 塑性和韧性 ， 但强度 ， 硬度 较低 ， 在铁碳合金中是软韧 铁素体是912 912℃ 相 。 铁素体是 912℃ 以下的平 衡相 ， 也称做常温相 ， 在铁 碳相图中用符号F表示。 碳相图中用符号F表示。

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二、奥氏体 碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体，称做奥氏体。具有 碳原子溶入γ Fe中形成的间隙固溶体 称做奥氏体。 中形成的间隙固溶体， 面心立方格的γ Fe的间隙半径为 052nm 的间隙半径为0 nm, Fe的间隙 面心立方格的γ-Fe的间隙半径为0.052nm,比α-Fe的间隙 稍大， 1148℃时碳原子

在其中的最大固溶度为2 11% 稍大，在1148℃时碳原子在其中的最大固溶度为2.11%。随 着温度的降低，碳在γ Fe中的固溶度下降 中的固溶度下降， 727℃ 着温度的降低 ， 碳在 γ-Fe 中的固溶度下降 ， 在 727℃ 时是 77% 0.77%。 奥氏体是727℃以上的平衡相，也称高温相。在高温下，面 奥氏体是727℃以上的平衡相，也称高温相。在高温下， 727 心立方格晶体的奥氏体具有极好是塑性， 心立方格晶体的奥氏体具有极好是塑性， 所以碳钢具有良 好的轧、锻等热加工工艺性能。在铁碳相图中， 好的轧 、 锻等热加工工艺性能。 在铁碳相图中 ， 奥氏体通 常用符号A表示。 常用符号A表示。

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三、渗碳体 渗碳体是铁与碳原子结合形成的 具有金属性质的复杂间隙化合物。 具有金属性质的复杂间隙化合物 。 它的晶体结构复杂， 它的晶体结构复杂 ， 属于复杂八 面体结构，分子式为Fe3C,含碳量 面体结构，分子式为Fe 69% 6.69%。 渗碳体的硬度很高，HV800 800, 渗碳体的硬度很高 ， HV800 , 但极 塑性和韧性几乎是零， 脆 ， 塑性和韧性几乎是零 ， 强度 Rm=30 30Mpa Rm=30Mpa 左 右 。 在 铁碳 合金中 ， 它是硬脆相， 它是硬脆相 ， 是碳钢的主要强化 相 。 渗碳体在碳钢中的含量和形 态对钢的性能有很大影响。 态对钢的性能有很大影响 。 它在 铁碳合金中可以呈片状、 粒状、 铁碳合金中可以呈片状 、 粒状 、 网状和板状形态存在。 网状和板状形态存在。 在高温时， 在高温时 ， 钢和铸铁中的渗碳体 在一定时间会发生下面的分解反 析出石墨态的碳。 应，析出石墨态的碳。5

Fe3C → 3Fe+C(石墨)

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第二节 铁 碳 合 金 相 图一、相图图形介绍 在铁碳合金系中，含碳量高于6.69%的铁碳合金性能极脆，没 在铁碳合金系中，含碳量高于6 69%的铁碳合金性能极脆， 有使用价值。因此只研究Fe Fe— 即含碳量小于6 69% 有使用价值。因此只研究Fe—Fe3C,即含碳量小于6.69%这一 铁碳合金相图。 部分，通常称为Fe Fe— 相图，也称铁碳合金相图 部分，通常称为Fe—Fe3C相图，也称铁碳合金相图。 在 Fe—Fe3C 相图中 ， 较稳定的化合物 Fe3C 与 Fe 是组成二元合 Fe—Fe3 相图中， 较稳定的化合物Fe Fe是组成二元合 金的两个组元。相图有三个部分组成，左上角为包晶相图。 金的两个组元。相图有三个部分组成， 左上角为包晶相图 。 包晶相图与共晶相图都是具有三相平衡反应的基本相图， 包晶相图与共晶相图都是具有三相平衡反应的基本相图 ， 但 它是在1400 以上发生的反应， 1400℃ 它是在 1400℃ 以上发生的反应 ， 在

研究和应用中对铁碳合金 的组织和性能都没有什么影响，故不予研究。 Fe— 的组织和性能都没有什么影响 ， 故不予研究 。 Fe—Fe3C 相图 可简化为图2 的形式。 可简化为图2-2的形式。

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相图的右上部为共晶相图，在1148℃时，含碳量 相图的右上部为共晶相图， 含碳量4.3%的合金发生共晶反应： 的合金发生共晶反应： 相图的右上部为共晶相图 ℃ 的合金发生共晶反应

恒温 L4.3 1148℃以上反应生成奥氏体与渗碳体组成的机械混合物共晶体，称为莱氏体，以符号Ld表示 表示。 以上反应生成奥氏体与渗碳体组成的机械混合物共晶体，称为莱氏体，以符号 表示。

A2.11 +Fe3C

相图的下部为共析相图。共析相图与共晶相图相似，所不同的是共晶相图是从 相图的下部为共析相图。共析相图与共晶相图相似， 相图的下部为共析相图 液相中同时析出两个固相，产物称作共晶体； 液相中同时析出两个固相，产物称作共晶体；而共析相图则是从一个固相中同时 析出两个新的固相，产物称作共析体。在铁碳合金中，含碳0.77%的奥氏体在 析出两个新的固相 ， 产物称作共析体 。 在铁碳合金中 ， 含碳 的奥氏体在 727℃时发生共析反应： ℃时发生共析反应：A0.77

恒温

F0.02+Fe3C

727℃反应生成铁素体与渗碳体组成的机械混合物共析体，称作珠光体，以符号 表示 表示。 反应生成铁素体与渗碳体组成的机械混合物共析体，称作珠光体，以符号P表示。

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珠光体也是铁碳合金中室温时的一个平衡组织，其力学性能数据如下： 珠光体也是铁碳合金中室温时的一个平衡组织，其力学性能数据如下：

强度极限Rm 布氏硬度 HBS 断后延伸率 A11.3 冲击韧性 …… 此处隐藏：7183字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……