铁碳合金的基本组织

铁碳合金的基本组织1、铁素体（F或α）铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。2、奥氏体（A或γ）奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；1148℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。3、碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。其硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。4、珠光体（P）奥珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发生共析转变的产物。显微组织是铁素体与渗碳体片层状交替排列。性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性5、莱氏体（Ld或Ld'）莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。是在1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。铁碳合金状态图分析铁碳合金状态图分析1、主要特性点1）A点纯铁的熔点，温度1538℃,Wc=02）G点纯铁的同素异晶转变点，冷却到912℃时,发生γ-F→α-Fe3）Q点600℃时,碳在α-Fe中的溶解度,Wc=0.0057%4）D点渗碳体熔点,温度1227℃,Wc=6.69%5）C点共晶点，温度1148℃，Wc=4.3%成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应：Lc→Ld（AE+Fe3C）6）E点目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。右图为简化后的Fe－Fe3C状态图。碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11%7）S点共析点，温度727℃，Wc=0.77%成分为S点的奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应：As→P（Fp+Fe3C）8）P点碳在α-Fe中的最大溶解度,温度727℃，Wc=0.0218%2、特性线1）ACD线液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。2）AECF线固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。）ECF水平线共晶线，Wc＞2.11%的铁碳合金，缓冷至该线（1148℃）时，均发生共晶转变，生成莱氏体。4）ES线碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为Acm线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（wC＝2.11％），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出二次渗碳体Fe3CⅡ。5）GS线奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通常称为A3线。6）PSK水平线共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度（727℃）时，将发生共析转变生成珠光体（P），wC＞0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。7）GP线0＜Wc＜0.0218%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终了线。8）PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃时，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃时，Wc=0.0057%。在727℃缓冷时，铁素体随着温度降低，溶碳量减少，铁素体中多余的碳将以渗碳体（三次渗碳体Fe3CⅢ）的形式析出。一般情况下，忽略Fe3CⅢ的存在。3、相区1）单相区有F、A、L和Fe3C四个单相区2）两相区五个两相区：L＋A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A＋F两相区、F+Fe3C两相区3）三相区ECF共晶线是液相、奥氏体、渗碳体的三相共存线（L、A、Fe3C）PSK共析线是奥氏体、铁素体、渗碳体的三相共存线（A、F、Fe3C）4、铁碳合金的分类5、典型铁碳合金的结晶过程分析1）共析钢的结晶过程1点温度以上，合金处于液态；缓冷到1点温度时，开始从液相结晶出奥氏体，温度继续下降，奥氏体量逐渐增加；直至2点温度结晶终止，液相全部结晶为奥氏体；2点至3点间为单一奥氏体的冷却；当温度降到S点时，奥氏体在恒温下发生共析转变，转变为珠光体；S点以下，珠光体冷却至室温。2）亚共析钢的结晶过程亚共析钢在3点以前的结晶过程与共析钢类似；当缓冷到3点时，从均匀的奥氏体中开始析出铁素体；温度继续下降，铁素体量逐渐增加，奥氏体量逐渐减少，尚未转变的奥氏体的碳含量沿GS线逐渐增加；当缓冷到4点(727℃)时，剩余的奥氏体的Wc=0.77%，发生共析转变而形成珠光体；共析转变结束后，合金组织由铁素体加珠光体组成，冷却到4点以下，组织不再产生改变。所有亚共析钢的室温平衡组织均为铁素体+珠光体，随着碳含量的增加，铁素体量减少，珠光体量增加。3）过共析钢的结晶过程过共析钢在3点以前与共析钢类似；当缓冷到3点温度时，奥氏体的溶碳量随着温度的下降而逐渐降低，并沿着奥氏体晶界析出二次渗碳体；随着温度继续下降，二次渗碳体不断析出，而剩余奥氏体的碳含量沿ES线逐渐减少；温度降到4点(727℃)时；剩余奥氏体恒温下发生共析转变而形成珠光体；共析转变结束后，合金组织为珠光体加二次渗碳体，直至室温。所有过共析钢的室温平衡组织都是珠光体+网状二次滲碳体。但随着含碳量的增加，组织中珠光体的数量减少，网状二次滲碳体的数量增加，并变得更粗大。6、铁碳合金的成分、组织与性能的关系1）含碳量与铁碳合金平衡组织间的关系铁碳合金的室温组织都是由铁素体和滲碳体两相组成。随着含碳量的增加，铁素体量逐渐减少，滲碳体量逐渐增多，且它的形状和分布也有所不同，从而形成不同的组织。2）含碳量与力学性能间的关系强度：当Wc0.9％时，随着Wc增加，不断提高；当Wc0.9％时，由于渗碳体在晶界呈网状分布，使钢的强度下降。硬度：随Wc的增加而提高塑性：随Wc的增加而迅速降低冲击韧性：随Wc的增加而迅速降低。