文档介绍：机械工程材料
第十八讲
学时:48
主讲教师:陈积伟
第四章铁碳合金
在自然界中铁的储藏量丰富又集中,并且易于开采和生产。铁碳合金是以铁为主,加入少量碳而形成的合金,具有多种相结构和组织,因而铁碳合金的性能变化范围很宽。再加上其价格较低,易于加工等优点,所以铁碳合金在现代工农业生产及人们的日常生活中得到了广泛的应用,学会分析和掌握铁碳合金是学****钢铁材料的基础。
铁碳合金相图是研究平衡条件下铁碳合金的成分、温度和组成相之间的关系及其变化规律的图形。铁碳合金相图具有实用价值的只是铁与渗碳体组成的这一部分。本章以Fe-Fe3C相图为工具来研究铁碳合金,并学****有关碳钢的基本知识。
第一节 Fe-Fe3C相图
一、 Fe-Fe3C相图中的组元
常压下,熔点 1538 ℃,在相图中用A表示,固态下铁的同素异构转变式:
(一)铁
L δ-Fe γ-Fe α-Fe
1394 ℃
912 ℃
体心立方
体心立方
面心立方
铁具有同素异构转变的特性是钢铁在热处理后获得多种多样结构、组织与性能的理论依据。
液相
1538 ℃
机械性能b=180-230MN/m2 =100-170MN/m2
= 30-50% = 70-80% αk=-2M J/m2 HB=50-80
工业纯铁中常含有<%的碳及其它杂质
(二) 渗碳体
渗碳体:
Fe3C 是一种复杂结构的间隙化合物,%其硬度很高 HB 800 塑性几乎为0。
室温平衡状态下,铁碳合金中的碳多以渗碳体形式存在于组织中。渗碳体在高温下,长时间保温时将分解:
Fe3C 3Fe+C(石墨G)
渗碳体的熔点难于精确测定,通常采用理论计算值1227 ℃,在相图中用D表示。
二、Fe-Fe3C 相图中的基本相
碳在α- Fe中形成的间隙式固溶体。(用F或α表示)
晶体结构:体心立方。%C, 性能与纯铁相近。
(一)铁素体
奥氏体:
碳在γ-Fe中形成的间隙式固溶体。(用A 或γ表示)
晶体结构:面心立方。最大溶碳量 %C 。
是一种在高温(>727℃)存在的相,其强度硬度不高,塑性很好所以钢材热压力加工在奥氏体状态下进行。
铁素体:
相图中GPQG区为铁素体单相区。
(二)奥氏体
相图中EJNGSE为奥氏体单相区
(三)高温铁素体
高温铁素体:
碳在δ- Fe中形成的间隙式固溶体。(用δ表示)
晶体结构:体心立方。%C
相图中AHNA区为高温铁素体单相区。
(四)渗碳体(Fe3C)
渗碳体既是组元又是合金的组成相,相图中的DFKL可视为渗碳体的“单相区”, (用Cm表示) 。
(五)液相
在液相线ABCD以上区域铁和碳所形成的均匀液体,(用L表示) 。
三、Fe-Fe3C 相图分析
(一)图中的点
符号
温度℃
含碳量(%)
※ A
H
J
B
※ E
※ C
F
※ D
※ G
※ P
※ S
K
M
※ N
O
Q’
Q
1538
1495
1495
1495
1148
1148
1148
1227
912
727
727
727
770
1394
770
400
室温
0
0
0
0
Q’
(二) 图中的线
液相线:ABCD
固相线:AHJECF
三条水平线:
包晶线 LB+ H AJ (HJB)
共晶线 Lc AE+Fe3C (ECF)
共析线 As FP+Fe3C (PSK) A1
三条特性线:
ES线-碳在A中的固溶线 Acm
PQ 线-碳在F中的固溶线
GS线- A开始析出F或F全部溶
入A的转变线 A3
Q’