1、合金及相图II,铁碳相图 铁碳合金相图是研究和分析铁碳合金在平衡条件下成分、温度与合金相及组织之间的相互关系及其变化规律的基本工具。 当碳含量大于6.69%（Fe3C的碳含量）时，铁碳合金性能很差，没有实用意义，故通常铁碳合金只是研究和使用Fe-Fe3C系。,铁碳合金基本相结构 纯铁：一般指含0.10.2%杂质的工业纯铁，其基本性能是塑性好、强度、硬度低，通常不用做结构材料。 通常向铁中加入碳改善其性能，是强度增加。碳在铁中的存在形式有三种：溶解于铁形成固溶体；与铁作用形成化合物（Fe3C）；与铁之间无相互作用，以自由态石墨的方式存在。,合金及相图II,铁碳合金的相结构 相：高温铁素体，碳在
2、-铁中的间隙固溶体，存在于13941538C，体心立方晶格。在1495 C时溶碳最大（0.09%）。 铁素体相（F）：碳在-Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格。软而韧的相，溶碳量很小，溶解度在727 C最大达到0.0218%。显微组织是等轴状的多边形晶粒。 铁素体是铁碳合金室温时的主要基本相和组织之一。,合金及相图II,奥氏体相（A）：碳在 -铁中的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在A中的溶解度较大，在727 C时为0.77%，在1148 C时达到最大，为2.11%。 奥氏体在高温状态具有良好的塑性和韧性，低的变形抗力，是热成型时较佳的组织相。 奥氏体比容最小，发生相变时体积会发生膨胀，产生内应力。
3、,合金及相图II,渗碳体（Fe3C）相：具有复杂晶格的间隙化合物。性能特点是硬而脆，具有很高的硬度。塑性、韧性几乎为0。室温下钢中的碳主要以Fe3C形式存在，可以呈片状、网状、球状、粒状、板条状等。 Fe3C是钢中的强化相，其数量、形态、大小、分布对钢的性能有很大的影响。,合金及相图II,莱氏体（A+Fe3C）：共晶转变产物，符号为Ld，缓冷至727C以下转变为变态莱氏体，符号为Ld。 珠光体（F+Fe3C） ：共析转变产物，符号为P。,合金及相图II,铁碳合金相图,合金及相图II,相图上的特性点：,相图中的J、C、S为三个重要的点。,合金及相图II,J为包晶点。合金在平衡结晶过程中冷却到14
4、95C时，B点成分的液相L与H点成分的相发生包晶反应，生成J点成分的奥氏体A。包晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A三相共存。,合金及相图II,C为共晶点。合金在平衡结晶过程温度冷却到1148C时，C点成分的液相L发生共晶反应，生成E点成分的奥氏体A和F点成分的渗碳体Fe3C。共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A 、 Fe3C三相共存。,合金及相图II,共晶反应产物为奥氏体与共晶渗碳体组成的机械混合物，称高温莱氏体Ld。其形态为柱状和粒状的A（室温时转变为珠光体P）分布在渗碳体基体上，所以其性能硬而脆，硬度高，塑性与韧性几乎为0。,合金及相图II,S为共析点。合金在平衡结晶过程温度冷却到72
5、7C时，S点成分的奥氏体A发生共析反应，生成P点成分的铁素体F和K点成分的渗碳体Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中A、F、 Fe3C三相共存。,合金及相图II,共析反应产物为铁素体与共析渗碳体组成的机械混合物，称珠光体P。其形态为渗碳体呈片状分布在软而韧的铁素体的基体上（放大倍数较高时），放大倍数较低时珠光体呈层片状。,合金及相图II,铁碳相图中的特性线 ABCD为液相线，AHJECF为固相线； HJB为包晶线； ECF为共晶线； PSK为共析线，又称A1线； GS线是A中开始析出F的相变线，又称A3线； ES是碳在A中的固溶线；PQ是碳在F中的固溶线； AHN和GPQ的左方分别为单相
6、和单相区，NJESG包围的是区。,合金及相图II,铁碳相图中各主要点的说明,合金及相图II,铁碳合金在平衡状态下的结晶过程,铁碳合金相图上的各种合金，按其含碳量和组织特征，通常可以分为三类：,合金及相图II,共析钢的结晶过程,合金为I的共析钢，冷却到在1点（即S点）时，将发生共析反应，A全部转变成珠光体P，如下图。,合金及相图II,亚共析钢的结晶过程,合金为II的亚共析钢，冷却到在1点时，A中开始析出铁素体F，随着温度的降低，F成分沿GP线变化，剩余A成分沿GS线向低温方向变化。当温度冷到2点时，剩余A成分达到S点发生共析转变。随着温度继续降低析出P。此时，亚共析钢的组织为F+P。,合金及相图
7、II,亚共析钢的组织白色为F晶粒，黑色为P团。,合金及相图II,过共析钢的结晶过程,合金为III的亚共析钢，冷却到在1点时，A中开始析出网状分布的Fe3C，随着温度的降低，剩余A成分沿ES线向低温方向变化。当温度冷到2点时，剩余A成分达到S点发生共析转变。随着温度继续降低析出P。此时，过共析钢的组织为Fe3C+P。,合金及相图II,过共析钢的组织白色为网状的Fe3C，黑色为P团。,合金及相图II,共晶白口铸铁的结晶过程,合金为（5）的白口铸铁冷却到在1点时，形成高温莱氏体Ld，随着温度的降低，其中的奥氏体含碳量沿ES线逐渐减少并析出Fe3C，当碳含量减少到S点发生共析反应。A转变成P。此时，其
8、组织为Ld ，即P+Fe3CII+Fe3C，称为低温莱氏体。,合金及相图II,共晶白口铸铁的结晶过程示意图,共晶白口铸铁显微组织,合金及相图II,合金元素对铁相图的影响,元素对奥氏体区的影响： 扩大奥氏体区的元素：锰、镍、铜、氮，使A3降低，足够量的锰可使奥氏体区扩大到室温（Mn13耐磨钢）。 缩小奥氏体区的元素：硅、铬、钨、钼、钛，使A3升高，A4降低。,合金及相图II,合金元素对铁相图的影响,元素对共晶和共析点的影响： 大多数合金元素都降低共晶点C、共析点S和奥氏体最大溶解度E点的含碳量。 C、S、E点位置的变化对组织和性能的影响很大。,合金及相图II,合金元素对铁相图的影响,共晶碳当量的
9、概念： 铁碳合金的共晶成分为4.3%，C+0.3Si称为碳当量。如果不按碳当量计算，有可能在估错铸铁的组织。,合金及相图II,碳对铁碳平衡组织和性能的影响,铁碳合金的室温组织均由铁素体F和渗碳体Fe3C组成。随着碳含量的增加，铁碳合金的室温组织发生如下变化：,合金及相图II,铁碳合金成分与组织的关系,合金及相图II,碳含量对铁碳合金力学性能的影响,随着碳含量的增加，1）合金的韧性和塑性下降，但是韧性下降更快；2）硬度增加；3）以铁素体为基体，渗碳体为强化相时强度增加，反之则强度下降。,合金及相图II,碳含量对铁碳合金工艺性能的影响,切削加工性：低碳钢中，容易粘刀；高碳钢硬度高容易磨损刀具；中碳钢铁素体和渗碳体比例合适，容易切削加工。锻造工艺性：随着碳含量的增加，可锻性逐渐变差。铸造性：随碳增加，流动性好；收缩率大；偏析严重。焊接性：碳含量越高，焊接性越差。,合金及相图II,
