機(jī)械工程材料第四章

§4-1鐵碳合金基本組元、組織及性能第四章鐵碳合金

鋼鐵是鐵基合金的總稱。

鐵碳合金兩個(gè)最基本的組元FeC鋼鐵鋼——0.0218%<Wc<2.11%鑄鐵——2.11%<Wc<6.69%碳素鋼（簡(jiǎn)稱碳鋼）合金鋼

白口鑄鐵麻口鑄鐵灰口鑄鐵§4-1鐵碳合金基本組元、組織及性能§4-1鐵碳合金基本組元、組織及性能一、

鐵碳合金基本組元⑴

Fe

鐵是過(guò)渡族元素，熔點(diǎn)為1538℃，密度是7.87g/cm3。

固態(tài)鐵隨溫度的改變，會(huì)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。-Fe912℃-Fe1394℃-Fe§4-1鐵碳合金基本組元、組織及性能（2）CFe3C——是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，通常稱滲碳體。含碳量6.69%，硬度很高，強(qiáng)度低，塑性韌性很差。理論熔化溫度1227℃。石墨——石墨具有層狀的六方晶格，層中的原子以很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，層與層之間的結(jié)合力很弱，硬度很低而塑性幾乎為零?！?-1鐵碳合金基本組元、組織及性能二、

鐵碳合金中的基本組織及其性能（1）鐵素體

碳溶于α-Fe所形成的間隙固溶體，稱為α相，呈體心立方晶格，其組織名稱叫鐵素體（F）。其中碳的固溶度室溫時(shí)約為0.0008%，600℃時(shí)為0.0057%，在727℃時(shí)為0.0218%。其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。（2）奧氏體碳溶于-Fe所形成的間隙固溶體，呈面心立方晶格稱為相，其組織名稱叫奧氏體。其中碳的固溶度在1148℃時(shí)為2.11%。其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度較低，硬度不高，易于塑性變形。（3）高溫鐵素體碳溶于δ-Fe中所形成的間隙固溶體，呈體心立方晶格，稱為δ相，其組織名稱稱為高溫鐵素體。在1394℃以上存在，1495℃時(shí)溶碳量為0.09%?！?-1鐵碳合金基本組元、組織及性能（4）滲碳體

它既是相的名稱也是組織名稱，根據(jù)形成條件不同往往加上定語(yǔ)，如一次滲碳體（從液體中結(jié)晶）、共晶滲碳體，二次滲碳體，共析滲碳體，三次滲碳體等。其硬度高、耐磨性好。（5）珠光體是α相和滲碳體的機(jī)械混合物，用P表示。珠光體的強(qiáng)度較高，塑性、韌性也較好?！?-2Fe-Fe3C相圖分析一、

相圖中的點(diǎn)、線、區(qū)(1)點(diǎn)

(見(jiàn)P100)(2)線液相線(3)區(qū)

4個(gè)單相區(qū)

L

L+

+

L+

L+Fe3C

+Fe3C

+Fe3C

+

三條特征線固相線三條水平線1條垂直線7個(gè)雙相區(qū)§4-2Fe-Fe3C相圖分析FeFe3C在1495℃發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變GSKP727℃BNALJH1495℃ECF1148℃D1227℃γJ1495℃LB+H在1148℃發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變1148℃LCγE+Fe3C在727℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)變

727℃γSP+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相圖分析包晶轉(zhuǎn)變勻晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變§4-2Fe-Fe3C相圖分析二、

典型合金的平衡結(jié)晶過(guò)程及其室溫平衡組織

L→γγ→α+Fe3C室溫組織:P室溫相：α+Fe3C

L

γ1、共析鋼

§4-2Fe-Fe3C相圖分析共析鋼室溫組織§4-2Fe-Fe3C相圖分析2、亞共析鋼γ→α+Fe3C

L

L→δ

L+δ

→γ

L→

γγ→α室溫組織:P+F室溫相：α+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相圖分析15鋼FP45鋼FP65鋼FP§4-2Fe-Fe3C相圖分析3、過(guò)共析鋼

L

L→γγ→Fe3CⅡγ→α+Fe3C室溫組織:P+Fe3CⅡ室溫相：α+Fe3C

γ§4-2Fe-Fe3C相圖分析T12鋼退火組織（4%硝酸酒精浸蝕）Fe3CⅡ§4-2Fe-Fe3C相圖分析4、共晶白口鐵

Lγ→α+Fe3C

L→γ+Fe3Cγ→Fe3CⅡ室溫組織:L'd即P+Fe3CⅡ+Fe3C室溫相：α+Fe3C§5-2Fe-Fe3C相圖分析共晶白口鑄鐵的室溫組織§5-2Fe-Fe3C相圖分析5、亞共晶白口鐵

L

L→γ

L→γ+Fe3Cγ→Fe3CⅡγ→α+Fe3C室溫組織:L'd+P+Fe3CⅡ

即(P+Fe3CⅡ+Fe3C)+P+Fe3CⅡ

室溫相：α+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相圖分析L'dAFe3CⅡP§4-2Fe-Fe3C相圖分析6、過(guò)共晶白口鐵

Lγ→Fe3CⅠ

L→γ+Fe3Cγ→α+Fe3C室溫組織:L'd+Fe3CⅠ

即(P+Fe3CⅡ+Fe3C)+Fe3CⅠ

室溫相：α+Fe3C§4-2Fe-Fe3C相圖分析過(guò)共晶白口鑄鐵室溫組織L'dFe3C?§4-2Fe-Fe3C相圖分析三、

杠桿定律的應(yīng)用+

Fe3C100%fe3c室溫下相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)§4-2Fe-Fe3C相圖分析室溫下組織的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%FPLd′F+PP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld′Ld′+Fe3CⅠF+Fe3CⅢFe3CⅠFe3CⅡ四、

鐵碳合金的碳含量與平衡組織、力學(xué)性能之間的關(guān)系（一）、

碳含量與平衡組織的關(guān)系§4-2Fe-Fe3C相圖分析1.工業(yè)純鐵

wc≤0.0218%F+Fe3CⅡ2.亞共析鋼0.0218≤wc≤0.77%F+PwP=wc/0.774.過(guò)共析鋼0.77≤

wc≤2.11%P+Fe3CⅡ5.亞共晶白口鑄鐵2.11≤

wc≤4.3%P+Fe3CⅡ+Ld′7.過(guò)共晶白口鑄鐵4.3≤

wc≤6.69%Ld′+Fe3C（二）、

碳含量與力學(xué)性能的關(guān)系§4-2Fe-Fe3C相圖分析強(qiáng)度塑性硬度§4-2Fe-F