超详细的铁碳合金图文讲解

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一、Fe-Fe3C相图的组元

1．Fe组元

δ -Fe(bcc) --1394℃--γ-Fe(fcc)--912℃--- a -Fe(bcc) (同素异构转变)

强度低、硬度低、韧性、塑性好

2．Fe3C    （ Cem，  Cm）

熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。

二、Fe-Fe3C相图中的相

1．液相L

2．δ相 高温铁素体 （C固溶到δ -Fe中——δ相）

3．α相 铁素体F   （C固溶到 α-Fe中——α相）

强度、硬度低、塑性好  （室温：C%=0.0008%,       727度：C%=0.0218%）

4．γ相、A奥氏体  （C固溶到γ-Fe中——γ相）

强度低，易塑性变形

5．Fe3C

三、相图分析

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1．三条水平线和三个重要点

（1）包晶转变线HJB：1495摄氏度，C%=0.09-0.53%

LB+δH------AJ        即        L0.53+ δ0.09------- A0.17

（2）共晶转变线ECF,1148摄氏度，C%=2.11---6.69%

L4.3----  A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）——Le4.3 高温莱氏体 Le，Ld

（3）共析转变线PSK，727摄氏度，C%=0.0218---6.69%

As----FP+Fe3C（共析渗碳体）

A0.77---- F0.0218+Fe3C——P（珠光体）

珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间

Le----  P+Fe3CII+Fe3C共晶------低温莱氏体 Le’

2．液固相线

液相线ACD

固相线AECF

3．溶解度线

ES线 碳在A中的固溶线，1148摄氏度，2.11%—— 727摄氏度,0.77%,Fe3CII

PQ线 碳在F中的固溶线，727摄氏度,0.0218%——0.0008%室温，Fe3CIII

4．GS线

5. 特征点

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6.特征线表

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四、基于Fe-Fe3C相图的Fe-C合金分类

1．工业纯铁，C%<=0.0218%

2．钢

0.0218%<C%<= 2.11%

亚共析钢  0.0218%<C%<0.77%

共析钢 0.77%

过共析钢  0.77%<C%<= 2.11%

3．白口铸铁2.11%<C%<6.69%

亚共晶白口铸铁   2.11%<C%<4.3%

共晶白口铸铁  4.3%

过共晶白口铸铁 4.3 %<C%<6.69%

在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。

1.铁素体

铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”(或α)表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727℃时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。

δ=30%~50%，AKU=128~160J，σb=180~280MPa，50~80HBS.

铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。

2.奥氏体

奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”(或γ)表示，面心立方晶格；虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有2.11%(1148℃时)，727℃时为0.77%。

在一般情况下，奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃，故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时，都应将其加热成奥氏体状态，所谓“趁热打铁”正是这个意思。σb=400MPa，170~220HBS，δ=40%~50%.

另外，奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性，可用于要求不受磁场的零件或部件。

奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为平直，且常有孪晶存在。

3.渗碳体

渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式“Fe3C”表示。它的碳质量分数Wc=6.69%，熔点为1227℃,质硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。

渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响.

总结：

在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。但奥氏体一般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。由于铁素体中的含碳量非常少，所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。这一点是十分重要的.

铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C，Fe2C，FeC等，有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图，此时相图的组元为Fe和Fe3C。

由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分轴从0~6.69%。所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图。

铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：

（1）工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。

（2）碳钢（0.0218%-2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%-0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%-2.11%C）。

（3）白口铸铁（2.11%-6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%-4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3%—6.69%C）