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铁碳相图以及铁碳合金   Post By：2021-12-6 16:33:51
      钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的根本组XX是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学****铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
     Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个局部。由于化合物是硬脆相5％〕，因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C局部。，后面三局部相图实际上没有应用价值〔工业上使用的铁碳合金含碳量不超过
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图〔图1〕。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图那么主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图
【说明】
图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
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铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体构造。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体构造不同，C在Fe中的溶解度差异较大。碳在面心立方(FCC)的γ-%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-%%。
 
纯铁
纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体构造，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织
铁的固溶体
碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低〔%〕，所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁一样〔图2〕
碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体构造的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃%的碳，到727℃%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
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图4 碳在γ－Fe晶格中的位置图5 渗碳体的晶格
渗碳体(Fe3C)
渗碳体是铁和碳形成的化合物，%〔%〕，具有复杂的晶体构造〔图5〕，熔点为1227℃。渗碳体硬度极高〔HB800〕，塑性几乎等于0，是硬脆相。在一定条件下，渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。
　
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图6 Fe-Fe3C相图
单相区——5个
相图中有5个根本的相，相应的有5个相区：
液相区(L)——ABCD以上区域
δ固溶体区——AHNA
奥氏体区(γ)——NJESGN
铁素体区(α)——GPQ(Fe3C)——DFK直线以左
渗