1、第四章第四章 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖 老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容 鐵碳合金相圖是研究鋼鐵碳合金相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材和鑄鐵的基礎(chǔ)，對(duì)于鋼鐵材料的選用以及熱加工和熱處料的選用以及熱加工和熱處理工藝的制訂也具有重要的理工藝的制訂也具有重要的指導(dǎo)意義。指導(dǎo)意義。 鐵和碳可以形成一系列鐵和碳可以形成一系列化合物，如化合物，如FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC等等, , 有實(shí)用意義并被深入研有實(shí)用意義并被深入研究的只是究的只是Fe-FeFe-Fe3 3C C部分。部分。二、二、 鐵碳合金中的基本相及組織鐵碳合金中的基本相及組

2、織1 1、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2 2、鐵素體（、鐵素體（ferriteferrite）碳溶與碳溶與-Fe-Fe中形成的間隙固溶體。中形成的間隙固溶體。用符號(hào)用符號(hào)F F或或表示。表示。性能性能-強(qiáng)度和硬度低，強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性好。但塑性和韌性好。1394 C912 C體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方 - Fe - Fe - Fe鐵素體的顯微組織鐵素體的顯微組織鐵素體的晶格結(jié)構(gòu)鐵素體的晶格結(jié)構(gòu)3 3、奧氏體（、奧氏體（austeniteaustenite）碳與碳與-Fe-Fe形成的間隙固溶體。形成的間隙固溶體。高溫組織，在高于高溫組織，在高于727727

3、時(shí)存在。時(shí)存在。用符號(hào)用符號(hào)A A或或表示。表示。性能性能-塑性好，強(qiáng)度和硬度高塑性好，強(qiáng)度和硬度高于于F F。在鍛造、軋制時(shí)常要加熱。在鍛造、軋制時(shí)常要加熱到到A A，可提高塑性，易于加工。，可提高塑性，易于加工。4 4、滲碳體（、滲碳體（cementitecementite）：）：鐵與碳形成的金屬化合物。鐵與碳形成的金屬化合物。在在Fe - Fe3CFe - Fe3C相圖中，既是相圖中，既是組元又是基本相。組元又是基本相。用符號(hào)用符號(hào)FeFe3 3C C表示。表示。性能性能-硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。奧氏體的顯微組織奧氏體的顯微組織奧氏體的晶格結(jié)構(gòu)奧氏體的晶格結(jié)構(gòu)滲碳體的顯微組織滲碳

4、體的顯微組織滲碳體的晶格結(jié)構(gòu)滲碳體的晶格結(jié)構(gòu)5 5、珠光體（、珠光體（ pearlite pearlite ）：）： 鐵素體（鐵素體（F F）和滲碳體（）和滲碳體（FeFe3 3C C）組成的機(jī)械混合物。）組成的機(jī)械混合物。用符號(hào)用符號(hào)P P表示。表示。性能性能-力學(xué)性能介于兩者之間。常見(jiàn)的形態(tài)是鐵素體與滲碳力學(xué)性能介于兩者之間。常見(jiàn)的形態(tài)是鐵素體與滲碳體片層相間分布的，片層越細(xì)密，強(qiáng)度越高。體片層相間分布的，片層越細(xì)密，強(qiáng)度越高。珠光體的顯微組織珠光體的顯微組織珠光體的顯微組織珠光體的顯微組織6 6、萊氏體（、萊氏體（ ledeburite ledeburite ）：）：奧氏體（奧氏體（A

5、A）和滲碳體（）和滲碳體（FeFe3 3C C）組成的機(jī)械混合物。）組成的機(jī)械混合物。用符號(hào)用符號(hào)LdLd表示。表示。性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。萊氏體的顯微組織萊氏體的顯微組織萊氏體的顯微組織萊氏體的顯微組織三、三、 Fe - FeFe - Fe3 3C C 相圖分析相圖分析 Fe - Fe3C 相圖（簡(jiǎn)化）ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+ Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T A + Fe3C FA+F F + Fe3C0.77%CK共晶相圖共晶相圖共析相圖共析相圖勻晶相圖勻晶相圖1 1、Fe - FeFe - Fe3 3

6、C C 相圖分析相圖分析 水平線水平線ECFECF為共晶反應(yīng)線。為共晶反應(yīng)線。水平線水平線PSKPSK為共析反應(yīng)線。為共析反應(yīng)線。PSKPSK線亦稱線亦稱A A1 1線。線。 GSGS線線是合金冷卻時(shí)自是合金冷卻時(shí)自A A中中開(kāi)始析出開(kāi)始析出F F的臨界溫度線的臨界溫度線, , 通常稱通常稱A A3 3線。線。 ESES線線是碳在是碳在A A中的固溶線中的固溶線, , 通常叫做通常叫做A Acmcm線。線。PQPQ線線是碳在是碳在F F中固溶線。中固溶線。 鐵碳鐵碳合金合金含碳量為含碳量為2.11%2.11%6.69%6.69%的鐵碳合金。的鐵碳合金。共晶白口鑄鐵：共晶白口鑄鐵：含碳量為含碳量

7、為4.3%;4.3%;亞共晶白口鑄鐵：亞共晶白口鑄鐵：含碳量在含碳量在2.11%2.11%4.3%4.3%之間；之間；過(guò)共晶白口鑄鐵：過(guò)共晶白口鑄鐵：含碳量在含碳量在4.3%4.3%6.69%6.69%之間；之間；含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的鐵碳合金。的鐵碳合金。工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵鋼鋼白口鑄鐵白口鑄鐵含碳量為含碳量為0.0218%0.0218%2.11%2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。共析鋼共析鋼： 含碳量為含碳量為0.77%;0.77%;亞共析鋼亞共析鋼：含碳量在：含碳量在0.02%0.02%0.77%0.77%之間；之間；過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼：含碳量在：含碳量在0.77%

8、0.77%2.11%2.11%之間；之間；2、鐵碳合金的分類3 3、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析工業(yè)純鐵的結(jié)晶過(guò)程工業(yè)純鐵的結(jié)晶過(guò)程 （1 1） 共析鋼共析鋼 w w(C) = 0.77%(C) = 0.77%平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶過(guò)程 LL + AALL + AAA As s PP 因此共析鋼的因此共析鋼的室溫平衡組織全部為珠光體室溫平衡組織全部為珠光體。珠光體呈層。珠光體呈層片狀。片狀。 共析鋼結(jié)晶過(guò)程組織轉(zhuǎn)變示意圖共析鋼結(jié)晶過(guò)程組織轉(zhuǎn)變示意圖共析鋼的室溫組織組成物全部是P, 而組成相為F和Fe3C, 它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 共析鋼的室溫組織共析鋼的室溫組織 （2 2）

9、. .亞共析鋼亞共析鋼 0.0218%0.0218%w w(C) 0.77%(C) 0.77%平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶過(guò)程 LL + AAA + LL + AAA + FAFAs s + + F Fp p P + P + F F 45 45鋼室溫平衡組織鋼室溫平衡組織F+PF+P 含含0.4%C0.4%C的亞共析鋼的組織組成物為的亞共析鋼的組織組成物為F F和和P, P, 它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 組成相為組成相為F F和和Fe3C, Fe3C, 它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 碳鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可由其室溫平衡組織來(lái)估算。碳鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可由其室溫平衡組織來(lái)估算。 若將若將F F中

10、的碳含量忽略不計(jì)中的碳含量忽略不計(jì), , 則鋼中的碳含量全部在則鋼中的碳含量全部在P P中中, , 因此由鋼中因此由鋼中P P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可求出鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可求出鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)： C C %=%=P P % %0.77% 0.77% 式中式中, C%, C%表示鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù), P%, P%表示鋼中表示鋼中P P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由于由于P P和和F F的密度相近的密度相近, , 鋼中鋼中P P和和F F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)P P和和F F的面積百分?jǐn)?shù)的面積百分?jǐn)?shù)來(lái)估算。來(lái)估算。例如：例如： 若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積為若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積

11、為41.6%41.6%，珠光體的面，珠光體的面積為積為58.4%58.4% ， W(c)=58.4%W(c)=58.4%0.77%0.77%0.45%0.45%。 退火鋼試樣中二次滲碳體面積為退火鋼試樣中二次滲碳體面積為7.37.3，珠光體的面積，珠光體的面積為為92.792.7， W(c)=7.3W(c)=7.36.69%6.69%92.7%92.7%0.77%=1.2%0.77%=1.2%。 （3 3）過(guò)共析鋼）過(guò)共析鋼0.77%0.77%w w(C) 2.11%(C) 2.11%平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶過(guò)程 LL+AAA+LL+AAA+FeFe3 3C CIIIIA As s+ +FeFe3

12、 3C CII II P+P+FeFe3 3C CIIII 因此室溫平衡因此室溫平衡組織為組織為FeFe3 3C CIIII +P +P。 在顯微鏡下在顯微鏡下, , Fe Fe3 3C CIIII呈網(wǎng)狀分布在層片狀呈網(wǎng)狀分布在層片狀P P周?chē)?。周?chē)?含含1.2%C1.2%C的過(guò)共析鋼的組成相為的過(guò)共析鋼的組成相為F F和和FeFe3 3C C； 組織組成物為組織組成物為FeFe3 3C CIIII和和 P, P, 它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？ T12鋼的室溫平衡組織鋼的室溫平衡組織 （4 4） 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 w w(C)=4.3%(C)=4.3%平衡結(jié)晶過(guò)程平衡

13、結(jié)晶過(guò)程 LLLdLd(A+(A+FeFe3 3C)(AC)(A+ +FeFe3 3C CIIII+ +FeFe3 3C)C) LdLd(P+ Fe(P+ Fe3 3C CIIII + Fe + Fe3 3C)C) 所以室溫平衡組織仍為所以室溫平衡組織仍為L(zhǎng)dLd, ,由黑色條狀或粒狀由黑色條狀或粒狀P P和白色和白色FeFe3 3C C基體組成。基體組成。 共晶白口鑄鐵的共晶白口鑄鐵的組織組成物全為組織組成物全為L(zhǎng)dLd, , 組成相是組成相是F F和和FeFe3 3C C。 共晶白口鑄鐵室溫平衡組織共晶白口鑄鐵室溫平衡組織（5 5）亞共晶白口鑄鐵）亞共晶白口鑄鐵2.11% 2.11% w w(C)4.3%(C)4.3%平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶過(guò)程 L L+A LL L+A Lc c + A+ AE E Ld Ld+ P + Fe+ P + Fe3 3C CIIII 因此亞共晶白口鑄鐵室溫平衡組織為因此亞共晶白口鑄鐵室溫平衡組織為P+ FeP+ Fe3 3C CIIII +Ld +Ld。網(wǎng)。網(wǎng)狀狀FeFe3 3C CIIII分布在粗大塊狀分布在粗大塊狀P P的周?chē)闹車(chē)? Ld, Ld則由條狀或粒狀則由條狀或粒狀P P和和FeFe3 3C C基體組成?；w組成。 亞共晶白口鑄鐵的組成相為亞共晶白口鑄鐵的組成相為F F和和FeFe3 3C C 組織組成物為組織組成物為P P 、 F