鐵碳合金狀態(tài)圖

1、圖 3-1 滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)第三章鐵碳合金狀態(tài)圖鋼和鑄鐵是機(jī)械工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬材料，它主要由鐵和碳兩種元素組成，統(tǒng)稱為鐵碳合金。鐵碳合金狀態(tài)圖就是研究鐵碳合金的成分、溫度和組織之間變化關(guān)系的圖解。第一節(jié) 鐵碳合金的基本組織鐵碳合金在液態(tài)時(shí)，鐵和碳可以無(wú)限互溶，在固態(tài)時(shí)碳能溶解于鐵的晶格中，形成間隙固溶體。當(dāng)含量超過(guò)鐵的溶解度時(shí)，多余的碳與鐵形成化合物(fe3c)。此外，還可以形成由固溶體與化合物組成機(jī)械混合物。鐵碳合金的基本組織有以下五種。一、鐵素體 (f)鐵素體是指碳溶于a-fe 中而形成的間隙固溶體。碳在 a-fe 中溶解度極小， 在 727時(shí)最大溶解度為00218，而在室溫時(shí)只有00

2、08。因此，鐵素體強(qiáng)度、硬度較低( b=l80 280mpa 。 5080hbs)， 塑性，韌性較好 ( =30 500% 、 ku=160200jcm2)。鐵索體組織適于壓力加工。二、奧氏體 (a) 奧氏體是指碳溶于-fe 碳在 fe 中而形成的間隙固溶體。溶解度較大，在1148時(shí)最大溶碳量為2.11 ，在 727時(shí)最大溶碳量為077。因此，固溶強(qiáng)化效應(yīng)較高，其強(qiáng)度、硬度較高( b=400 mpa，160200hbs) 而塑性、韌性也較好 ( =40 50) 。奧氏體組織也適用于壓力加工。三、滲碳體 (fe3c) 滲碳體是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，化學(xué)式近似于fe3c(碳化三鐵 )

3、。fe3c 的含碳量為6.69%，如圖 31 所示。它無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，熔點(diǎn)約為1227。其硬度極高 (800hbw) ，塑性和韌性極低(0、ku0) ，即硬而脆。滲碳體不能單獨(dú)使用，只能作為強(qiáng)化相存在于鐵碳合金中。它的數(shù)量、形態(tài)( 片狀、粒狀、網(wǎng)狀等) 、大小和分布對(duì)合金的性能產(chǎn)生不同的影響。四、珠光體 (p) 珠光體是指奧氏體從高溫緩慢冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的，其立體形狀為鐵索體薄層和碳化物( 包括滲碳體 ) 薄層交替重疊的層狀復(fù)相物。珠光體組織是由鐵索體( 軟) 和滲碳體 ( 硬) 復(fù)相組成的混合物，平均含碳量為077。其強(qiáng)度 (ab=770mpa)較高，硬度(180hbs)適中，有一定

4、的塑性( 20一35) 和韌性 ( ku40jcm2) ，是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。珠光體適于壓力加工及切削加工。五、萊氏體 (ld 和 ld)萊氏體是指高碳的鐵基合金在凝固過(guò)程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體和碳化物( 或滲碳體 ) 所組成的共晶體。萊氏體分為：高溫萊氏體(ld) 和低溫萊氏體(ld) 。高溫萊氏體是指含碳量大于211的鐵碳合金，從液態(tài)緩冷至1148時(shí)，從液相中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體呈均勻分布的復(fù)相組成的機(jī)械混合物。低溫萊氏體是指在727以下，由高溫萊氏體中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，則由珠光體和滲碳體呈均勻分布的復(fù)相組成的機(jī)械混合物。萊氏體組織由于含碳量高(wc=4.3) ，

5、fe3c相對(duì)量也較多( 約占 64以上 ) ，故萊氏體的性能與滲碳體相似，即硬而脆。第二節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖是用熱分析法通過(guò)實(shí)驗(yàn)而獲得的，因?yàn)楹剂看笥?69的鐵碳合金在工業(yè)上無(wú)實(shí)用價(jià)值，并常用fe-fe3c 狀態(tài)圖表示，如圖3-2 所示。為了便于研究圖 3-2 fe-fe3c狀態(tài)圖分析，我們把fe-fe3c狀態(tài)圖進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖3-3 所示。鐵碳合金狀態(tài)圖是研究鋼鐵材料的理論依據(jù)。因此，掌握鐵碳合金狀態(tài)圖具有十分重要的意義。一、 fe-fe3c狀態(tài)圖分析(一) 狀態(tài)圖上的主要特性點(diǎn)( 如表 31 所示 ) 表 3-1 fe-fe3c狀態(tài)圖主要特性點(diǎn)特性點(diǎn)溫度（）含碳量（ % ）含義a

6、 1538 0 純鐵的熔點(diǎn)c 1148 4.3 共晶點(diǎn)有共晶轉(zhuǎn)變l4.3 a2.11+fe3c d 1227 6.69 fe3c熔點(diǎn)e 1148 2.11 碳在-fe(a) 中最大溶解度點(diǎn)或稱鋼與生鐵 ( 鑄鐵 ) 的分界點(diǎn)g 912 0 純鐵同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)p 727 0.0218 碳在 a-fe(f) 中最大溶解度點(diǎn)s 727 0.77 共析點(diǎn)，有共析轉(zhuǎn)變cffaec30218.072777.00(二) 狀態(tài)圖上的主要特性線四條曲線：1acd線它是液相線，在此線以上所有鐵碳合金處于液體狀態(tài)，冷卻時(shí)含碳量小圖 3-3 簡(jiǎn)化后的fe-fe3c狀態(tài)圖于 4 3的合金在ac線開(kāi)始結(jié)晶出奧氏體，大于

7、4 3的合金在cd線開(kāi)始結(jié)晶出fe3c，稱一次滲碳體，用fe3ci表示。 2ae線它是固相線，鋼液冷卻到此曲線溫度時(shí)，全部結(jié)晶為奧氏體。 3cs(a3)線它是亞共析鋼 (wc1.0時(shí)，因?yàn)橛芯W(wǎng)狀fe3cii存在，所以強(qiáng)度下降。圖 3-5 鐵碳合金的成分、組織及性能的變化規(guī)律四、鐵碳合金狀態(tài)圖的主要用途 1.選材的重要理論依據(jù)。根據(jù)合金的成分、組織與性能的變化規(guī)律，可按照零件或工具的性能要求，進(jìn)行合理的選材。 2制訂熱加工工藝規(guī)程的重要理論依據(jù)。 (1)鑄造工藝根據(jù)液相線與固相線位置高低與距離判斷合金的鑄造性能，制訂鑄造工藝。 (2)鍛造工藝根據(jù)不同成分的材料所對(duì)應(yīng)的奧氏體區(qū)溫度范圍，確定鍛造工

8、藝的加熱溫度范圍及鍛造溫度范圍。 (3)焊接工藝根據(jù)狀態(tài)圖可了解各種材料的焊接性能，正確選擇焊接材料、焊件結(jié)構(gòu)及焊接工藝。 (4)熱處理工藝鐵碳合金狀態(tài)圖是熱處理加熱規(guī)范的重要依據(jù)。 3研究開(kāi)發(fā)新材料的重要理論依據(jù)。復(fù)習(xí)思考題3-1 默寫(xiě)簡(jiǎn)化的鐵碳合金狀態(tài)圖，說(shuō)明圖中主要點(diǎn)、線的含義，填出各相區(qū)的相和組織組成物。3-2 分析 45 鋼、 t8鋼和 t12 鋼的結(jié)晶過(guò)程，并指出室溫平衡組織。3-3 簡(jiǎn)述鐵碳合金的成分、組織與性能之間的關(guān)系。3-4 根據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖，解釋下列現(xiàn)象：1. 在室溫下wc=0.8% 的碳鋼比wc=0.4% 碳鋼硬度高，比wc=1.2% 的碳鋼強(qiáng)度高。2. 綁扎物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機(jī)吊重物時(shí)都用鋼絲繩（用60