文档介绍：第七章 Fe-C 相图工程上应用最为广泛的金属材料是碳钢与铸铁,它们都是铁和碳组成的合金,不同成分的碳钢和铸铁,组织和性能也不相同。 Fe-C 相图是分析 Fe-C 合金组织分析、热加工工艺制定以及性能预测的依据,在工程实践中有重要的应用价值,研究和掌握 Fe-C 相图具有重要的意义。§ Fe-C 系中的组元和合金相一. Fe、C 组元 1. 纯铁纯铁是过渡组族元素,熔点为 1538 ℃。固态铁随温度变化会发生同素异晶转变: 912 ℃以下为体心立方结构,称为α- Fe;α- Fe在 912 ℃转变为面心立方结构的γ- Fe ,这一转变称为 A3 转变,相应的转变温度称为 A3 点;加热到 1394 ℃,γ- Fe 转变为体心立方的δ- Fe ,称为 A4 转变, δ- Fe 存在的温度范围为 1394 - 1538 ℃。α- Fe 加热时在 770 ℃发生磁性转变,由铁磁性变为顺磁性,这种磁性转变称为 A2 转变。磁性转变对α- Fe 的晶体结构不产生影响。工业纯铁的纯度一般为 - %, 其余为杂质, 主要是碳。纯铁的强度、硬度低,塑性非常好。 铁碳合金中的碳为原子态时, 可与铁形成固溶体, 或与铁结合形成化合物, 也可分布于晶体缺陷处。当碳以单质状态存在时即是石墨,它具有简单六方结构,由于轴比 c/a 较大,原子排列看似层状,同一层中的原子间结合较强,层与层之间结合很弱。石墨的强度和硬度都很低, 塑性几乎为零。石墨是铸铁中的一个相, 对铸铁的性能有很大影响。二. 合金相 1. 铁的固溶体α相或铁素体相:是碳溶于α- Fe 中形成的间隙固溶体,为体心立方结构,用符号α或F 表示。铁素体的最大溶碳量为 %( 727 ℃) ,室温时小于 %。在铁素体中碳原子一般存在于八面体间隙位置,这是因为尽管α- Fe 的四面体间隙尺寸比较大,但间隙中心相对于围成间隙的原子是对称的;而八面体间隙是不对称的, <110> 方向的原子间距比<100> 方向的原子间距大得多,碳原子填入八面体间隙时受到<100> 方向的两个原子的压力较大,而受到<110> 方向的四个原子的压力较小,因此进入八面体间隙比进入四面体间隙的阻力小。γ相或奥氏体相:碳溶于γ铁形成的具有面心立方结构的间隙固溶体,用γ或A 表示。碳在奥氏体中的最大溶解度为 % ( 1148 ℃) 。奥氏体中的碳总是位于八面体间隙。δ相:碳溶于高温δ- Fe 形成的具有体心立方结构的间隙固溶体,其中碳的最大溶解度在 1495 ℃达到最大值 %。 Fe 3C 相或渗碳体相:是 Fe与C 形成的间隙化合物, 含碳量为 %, 熔点 1227 ℃,常用符号 Cm 表示。渗碳体属于正交晶系,结构复杂。渗碳体具有很高的硬度, 但塑性很差, 延伸率接近于零, 是硬而脆的相。渗碳体的居里点为 230 ℃, 此温度点的磁性转变称为 A0 转变。渗碳体是碳钢中主要的强化相, 它的量、形状、分布对钢的性能影响很大。渗碳体在一定的条件下, 可能分解而形成石墨状态的自由碳: Fe 3C → 3Fe+C( 石墨) ,这种现象在铸铁及石墨钢中有重要意义。表 列出了铁碳系中组元和合金相的力学性能, 了解和掌握这些数据对理解铁碳合金的性能有很大帮助。表 铁碳系中组元和合金相的力学性能组元或合金相硬度(HB) 抗拉强度σb( Mpa ) 延伸率δ(%) 断面收缩率ψ(%) 冲击韧性 ka (J/cm 2) Fe 50-90 150-280 30-50 70-80 160-200 C 3-5 ≈0≈0≈0≈0 α相与 Fe 的性能接近 Fe 3C 700-850 <50 ≈0≈0≈0 P 200-300 800-900 9-12 10-15 - § Fe-C 相图分析一. Fe-C 双重相图铁碳合金是铁与碳组成的合金,在合金中当碳含量超过固溶体的溶解限度后,剩余的碳以两种存在方式: 渗碳体 Fe 3C 或石墨。在通常情况下, 铁碳合金是按 Fe-Fe 3C 系进行转变。但在极为缓慢冷却或加入促进石墨化的元素的条件下碳才以石墨的形式存在, 因此 Fe- 石墨系是更稳定的状态。按照这样情况, 铁碳相图常表示为 Fe-Fe 3C 和 Fe- 石墨双重相图,如图 所示。 Fe Fe 3C 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600T / 0C ABC D E F G HJ K L NPQ S E 'C 'F ' S ' K ' 1538149513941148 1154738727 912 1227 . 1 7