1、2-5 2-5 铁碳合金的组织与状态图铁碳合金的组织与状态图 n铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 n含碳量为0.0218% 2.11%的称钢 n含碳量为 2.11% 6.69%的称铸铁。 n铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。 n含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 1 一、铁碳合金的基本组织 n是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727时 最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。 n铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 铁素体 l 组元：Fe、 Fe3C l 相 l 铁素体： l碳
2、在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。 2 铁素体组织金相图 3 n 奥氏体: n碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。 n是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148时最大为2.11%。727 时为0.77% l组织为不规则多面体晶粒 ，晶界较直。强度低、塑 性好，钢材热加工都在 区进行. l碳钢室温组织中无奥氏体 。 奥氏体 4 奥氏体组织金相图 5 n 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 nFe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零 lFe3C是一个亚稳相，在一定条 件下可发生分解： Fe3C3Fe+C(石
3、墨), 该反应 对铸铁有重要意义。 l由于碳在-Fe中的溶解度很小 ，因而常温下碳在铁碳合金中 主要以Fe3C或石墨的形式存在 。 铸铁中的石墨 钢中的渗碳体 6 渗碳体组织金相图 7 n珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。 l珠光体的组织特点是两相 呈片层相间分布,性能介 于两相之间。 珠光体 8 珠光体 ( P ) 9 n莱氏体： 与Fe3C的机械混合物 n高温莱氏体：727 以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 n低温莱氏体：727 以下，珠光体与渗碳体，以Le表示 n为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。 莱氏体 10 莱氏体 ( Ld ) 11 相图的建立相图的建立 12
4、相图的建立 名称A金属B金属 熔点高低 合金1100%0% 合金290%10% 合金380%20% . 合金920%80% 合金1010%90% 合金110%100% 13 热 分 析 法 14 时间 温度 90 705030AB 温度 A 温度 温度 15 a b ab : 液相线 ab : 固相线 L L + S S L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区 AB 温度 16 铁碳合金相图是研究 铁碳合金最基本的工 具，是研究碳钢和铸 铁的成分、温度、组 织及性能之间关系的 理论基础,是制定热 加工、热处理、冶炼 和铸造等工艺依据. 二、铁碳合金状态图 17 n含碳量大于Fe3C
5、成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。 n实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。 FeFe3CFe2C FeC C C%(at%) 18 Fe - Fe3C 相图 Fe T Fe3C19 20 n五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 n四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 n三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共析 转变。 n二个重要温度: 1148 、727 。 ( (一一) )铁碳合金状态图中主要点和线的意义铁碳合金状态图中主要点和线的意义 21 Fe - Fe3C 相图 A C D E F G S P Q 1148 727 L A L+A L+ Fe3C 4.
6、3%C2.11%C0.0218%C6.69%C Fe Fe3C T ( A+Fe3C ) Ld Ld+Fe3C A+Ld+Fe3C F A+F A+ Fe3C ( F+ Fe3C ) P P+F 0.77%C P+Fe3C Ld Ld+Fe3CP+Ld+Fe3C K ( P+Fe3C ) 22 n 特征点 LJ N G A A +Fe3C P +Fe3C L+Fe3C L+A F +A 23 n 特征线 n 液相线ACD， 固相线AECF n 水平线： nECF：共晶线LC E+Fe3C n共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而
7、脆。 莱氏体 24 25 （二）铁碳合金的组织转变 n工业纯铁 ( ingot iron ) n共析钢 ( eutectoid steel ) n亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) n过共析钢 ( hypereutectoid steel ) n共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) n亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) n过共晶白口铁( hypereutectoid white iron ) 26 1.工业纯铁 ( Wc 0.0218% ) 27 工业纯铁组织金相图 28 2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
8、 29 共析钢组织金相图 30 3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% ) 31 亚共析钢组织金相图 32 4.过共析钢 ( Wc = 1.2% ) 33 过共析钢组织金相图 34 5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% ) 35 共晶白口铁组织金相图 36 6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% ) 37 亚共晶白口铁组织金相图 38 7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% ) 39 过共晶白口铁组织金相图 40 Fe - Fe3C 相图的应用 选择材料方面的应用 制定热加工工艺方面的应用 41 一.选择材料方面的应用 1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。 2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。 42 二.制定热加工工艺方面的应用 43 本章小结 u三种典型的金属晶体结构 u晶体缺陷：点、线、面 u过冷度、结晶过程 u晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 u同素异构 u合金的相结构、固溶强化 u铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图 44 45
