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铁碳合金相图知识汇总[重点掌握]1、铁碳合金的基本组织和性能特点;2、根据铁碳相图,分析典型成份的结晶过程;3、成份、组织与性能之间的关系。铁碳相图是研究钢和铸铁的基础,对于钢铁材料的应用、热加工及热处理工艺的制定都具有重要的指导意义。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,Fe-Fe3C相图中的组元只有Fe和Fe3C。第一节铁碳合金基本相一、铁素体1.δ相高温铁素体:C固溶到δ-Fe中,形成δ相。2.α相铁素体(用F表示):C固溶到α-Fe中,形成α相。F强度、硬度低、塑性好(室温:C%=0.0008%,727度:C%=0.0218%)二、奥氏体(用A表示):C固溶到γ-Fe中形成γ相)强度低,易塑性变形三、渗碳体Fe3C相,由Fe与C组成一种复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高,性能:硬而脆,塑性、韧性几乎为零。按不同生成条件形状有:条状、网状、片状、粒状等形态,对铁碳合金的机械性能有很大影响。第二节Fe-Fe3C相图分析一、相图中的点、线、面:三条水平线和三个重要点(1)包晶转变线HJB,J为包晶点。1495摄氏度,C%=0.09-0.53%L+δ→A(2)共晶转变线ECF,C点为共晶点。在1148℃,C点成分的L发生共晶反应:L→A(2.11%C)+Fe3C(6.69%C,共晶渗碳体)。共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物,称莱氏体,以符号Le表示。(3)共析转变线PSK,S点为共析点。在727℃,S点成分的A发生共析反应:A→F+Fe3C(0.0218%C)(6.69%C共析渗碳体)共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物,称珠光体,以符号P表示。珠光体的强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间,其机械性能如下:抗拉强度极限σb≈770MPa冲击韧性ak≈3×105J/m2~4×105J/m2延伸率δ≈20%~35%硬度:180HB2.液固相线液相线ABCD固相线AECF二、Fe-C合金平衡结晶过程7种典型Fe-C合金的平衡结晶过程:(看动画:Fe-C合金平衡结晶过程3种)1.工业纯铁2.共析钢3.亚共析钢4.过共析钢5.共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁7.过共晶白口铸铁1.工业纯铁(C%≤0.0218%)铁熔点或凝固点为1538℃,相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后,继续冷却到1394℃及912℃时,先后发生两次同素异构转变。1.工业纯铁(C%≤0.0218%)L→L+A→A→A+F→F→F+Fe3CIII相组成物:F+Fe3C(C%0.0008%)或F(C%0.0008%)相相对量:F%=Fe3C%=组织组成物:F和Fe3CIII工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。主要机械性能如下:抗拉强度极限σb180MPa~230MPa抗拉屈服极限σ0.2100MPa~170MPa延伸率δ30%~50%断面收缩率ψ70%~80%冲击韧性ak1.6×106J/m2~2×106J/m2硬度50HB~80HB2.共析钢C%=0.77%2.共析钢C%=0.77%相组成物:F和Fe3C相相对量:F%=Fe3C%=组织组成物:P3.亚共析钢0.0218%<C%<0.77%L→L+A→A→A+F→A+P+F→P+F3.亚共析钢0.0218%<C%<0.77%相组成物:F,Fe3C相相对量:F%=Fe3C%=组织组成物:F、PP%=F%=3.亚共析钢0.0218%<C%<0.77%4.过共析钢L→L+A→A→A+Fe3CII→A+P+Fe3CII→P+Fe3CII4.过共析钢相组成物:F%=Fe3C%=组织相对量:Fe3CII%=P%=4.过共析钢5.共晶白口铁(C%=4.3%)L→L+Le→Le(A+Fe3C共晶)→Le(A+Fe3C共晶+Fe3CII)→Le’(P+Fe3CII+Fe3C)6.亚共晶白口铸铁,2.11%<C%<4.3%相组成物:F%=Fe3C%=组织组成物:P,Le’,Fe3CII7.过共晶白口铸铁相组成物:F%=Fe3C%=组织组成物:Le’%=Lc%=Fe3C%=小结:标注组织的铁碳相图第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系含碳量——铁碳合金在室温下的组织都由F和Fe3C两相组成,两相的质量分数由杠杆定律确定。随C%↑→F%↓,Fe3C%↑含碳量——性能HB:取决于相及相对量强度:C%↑→σ↑,而C%≻0.9%↑→σ↓塑性、韧性:C%↑→塑性↓、韧性↓第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系第四节、Fe-Fe3C相图的应用Fe-Fe3C相图在生产中具有巨大的实际意义,主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面。建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料,选用碳含量较低的钢材。相图的应用机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料,应选用碳含量适中的中碳钢。工具要用硬度高和耐磨性好的材料,则选碳含量高的钢钟。相图的应用相图的应用纯铁的强度低,不宜用做结构材料,但由于其导磁率高,矫顽力低,可作软磁材料使用,例如做电磁铁的铁芯等。白口铸铁硬度高、脆性大,不能切削加工,也不能锻造,但其耐磨性好,铸造性能优良,适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件,例如拔丝模、冷轧辊、犁铧、球磨机的磨球等。相图的应用——铸造工艺方面的应用根据Fe-Fe3C相图确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50℃~100℃。纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好,它们的凝固温度区间最小,因而流动性好,分散缩孔少,可以获得致密的铸件,所以选在共晶成分附近。在铸钢生产中,碳含量规定在0.15-0.6%之间,因为这个范围内钢的结晶温度区间较小,铸造性能较好。相图的应用——热锻、热轧工艺方面的应用钢处于奥氏体状态时强度较低,塑性较好,因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100℃~200℃范围内。一般始锻温度为1150℃~1250℃,终锻温度为750℃~850℃。一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe-Fe3C相图确定的。因此有重要的意义。相图的应用——在热处理工艺方面的应用在运用Fe-Fe3C相图时应注意以下两点:①Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态,如含有其它元素,相图将发生变化。②Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态,若冷却或加热速度较快时,其组织转变就不能只用相图来分析了。本章结束
本文标题:铁碳合金相图知识汇总
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