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铁碳合金相图

来自文档网铁碳合金相图

铁碳合金相图: 从某种意义上讲,铁碳合金相图是研究铁 碳合金的工具,是研究碳钢和铸铁成分、 温度、组织和性能之间关系的理论基础, 也是制定各种热加工工艺的依据。[1]

目录

铁碳合金中的基本相

铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图,铁碳合金 的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。

铁存在着同素 异晶转变,即在固态下有不同的结构。不同结构 的铁与碳可以形成不同的固溶体,Fe—Fe3C相图 上的固溶体都是间隙固溶体。由于α-Fe和γ-Fe晶 格中的孔隙特点不同,因而两者的溶碳能力也不 同。

铁碳合金中的基本相:1.铁素体; 2.奥氏体; 3.渗碳体;4、珠光体;5、莱氏体

铁素体

碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号F或α表示。碳在α-Fe中的溶解度很低,因此,铁素体的机械性能与纯铁相近,其强度、硬度较低,但具有良好的塑性、韧性。

奥氏体

碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体,用符号A或γ表示。

渗碳体

渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物,它的分子式为Fe3C,渗碳体既是组元,又是基本相。

珠光体

用符号P表示,它是铁素体与渗碳体薄层片相间的机械机械混合物。

莱氏体

用符号Ld表示,奥氏体和渗碳体所组成的共晶体

Fe- Fe3C相图中的特性点分析

Fe-Fe3C相图。图中各点的温度、含 碳量及其意义示于表中。Fe- Fe3C相图中的 特性点均采用固定的字母表示。[2]

特性点符号 温度/℃ 含碳量c(%) 含义
A 1538℃ 0% 熔点:纯铁的熔点
C 1148℃ 4.3% 共晶点:发生共晶转变L4.3→Ld(A2.11%+Fe3C共晶)
D 1227℃ 6.69% 熔点:渗碳体的熔点
E 1148℃ 2.11% 碳在γ-Fe中的最大溶解度点
G 912℃ 0% 同素异构转变点
S 727℃ 0.77% 共析点:发生共析转变A0.77%→p(F0.0218%+Fe3C共析)
P 727℃ 0.0218% 碳在α-Fe中的最大溶解度点
Q 室温 0.0008% 室温下碳在α-Fe中的最大溶解度

Fe-Fe3C相图中的特性线分析

Fe-Fe3C相图如图3-25所示。可以看出,Fe-Fe3C相图由三个基本相图(包晶相图、共晶相图和共析相图)组成。相图中有五个基本相:液相L,高温铁素体相 ,铁素体相 ,奥氏体相 和渗碳体相Fe3C。这五个基本相构成五个单相区(其中Fe3C为一条垂线),并由此形成七个两相区:L+δ、L+ 、L+ Fe3C、δ+ 、 + Fe3C 、 + 和 + Fe3C。[3]

在Fe-Fe3C相图中,ABCD为液相线,AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义如表所示。

Fe- Fe3CHJB水平线(1495℃)为包晶线,与该线成分(0.09%~0.53%C)对应的合金在该线温度下将发生包晶转变:L0.53 + 0.09 0.17(式中各相的下角标为相应的含碳量),转变产物为奥氏体。

ECF水平线(1148℃)为共晶线,与该线成分(2.11%~6.69%C)对应的合金在该线温度下将发生共晶转变:L4.3 2.11 + Fe3C。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物,称为莱氏体,用符号“Le”表示。莱氏体的组织特点为蜂窝状,以Fe3C为基,性能硬而脆。

PSK水平线(727℃)为共析线,与该线成分(0.0218%~6.69%C)对应的合金在该线温度下将发生共析转变: 0.77 0.0218 + Fe3C。转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物,称为珠光体,用符号“P”表示。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。共析线又称为A1线。

此外,Fe- Fe3C相图中还有六条固态转变线:

加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线。GS线又称为A3线,JN线又称为A4线。

ES线为碳在 -Fe中的固溶线。在1148℃,碳的溶解度最大,为2.11%,随温度降低,溶解度下降,到727℃ 时溶解度只有0.77%。所以含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃ 时,会从奥氏体中析出渗碳体,称为二次渗碳体,标记为Fe3CII。二次渗碳体通常沿奥氏体晶界呈网状分布。ES线又称为Acm线。

PQ线为碳在 -Fe中的固溶线。在727℃,碳的溶解度最大,为0.0218%,随温度降低,溶解度下降,到室温时溶解度仅为0.0008%。所以铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中,将从铁素体中析出渗碳体,称为三次渗碳体,标记为Fe3CIII。因其析出量极少,在含碳量较高的合金中不予以考虑,但是对于工业纯铁低碳钢,因其以不连续网状或片状分布于铁素体晶界,会降低塑性,所以对于Fe3CIII的数量和分布还是要加以控制。

总结

综上所述可见,铁碳合金中的渗碳体根据形成条件不同可分为一次渗碳体Fe3CⅠ(由液相直接析出的渗碳体)、二次渗碳体Fe3CⅡ、三次渗碳体Fe3CⅢ、共晶渗碳体共析渗碳体五种。它们分属于不同的组织组成物,区别仅在于形态和分布不同,但都同属于一个相。由于它们的形态和分布不同,所以对铁碳合金性能的影响也不相同。

另外,Fe- Fe3C相图中还有两条物理性能转变线:MO线(770℃)是铁素体磁性转变温度。在770℃以上,铁素体为顺磁性物质,在770℃以下,铁素体转变为铁磁性物质。此线又称为A2线;UV线(230℃)是渗碳体磁性转变温度,又称为A0线。[4]

视频

铁碳合金相图

4-铁碳合金相图分析

参考资料

  1. 铁碳合金相图,百度文库, 2019年08月10日
  2. 铁碳相图详解要点,百度文库,2018-10-14
  3. 铁碳合金相图详解,百度文库,2019-12-16
  4. 铁碳合金相图分析,百度文库, 2019-04-24