2.3铁碳合金及其相图(课件）--2022-2023学年高二劳动版《金属材料及热处理（第三版）》

03 铁碳合金及其相图 在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合物，也可以形成固溶体，还可以形成混合物。在铁碳合金中有以下几种基本组织： 任务三　铁碳合金及其相图 一、铁碳合金的基本组织与性能 1．铁素体 碳溶解在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 表示，如图2-20 所示。由于α-Fe 是体心立方晶格，晶格间隙较小，因此碳在α-Fe 中的溶解度很小。在727 ℃时，α-Fe 中的最大溶碳量仅为0.021 8%。随着温度的降低，α-Fe 中的溶碳量逐渐减小，在室温时碳的溶解度几乎为零。 由于铁素体的含碳量低，其性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度较低。铁素体的显微组织如图2-21 所示。 任务三　铁碳合金及其相图 2．奥氏体 碳溶解在γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A 表示，如图2-22 所示。由于γ-Fe 是面心立方晶格，晶格间隙较大，因此奥氏体的溶碳能力较强。在1 148 ℃时，其溶碳量可达2.11%。随着温度下降，溶碳量逐渐减小，在727 ℃时溶碳量为0.77%。 奥氏体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性，是绝大多数钢在高温锻造和轧制时所要求的组织。奥氏体的显微组织如图2-23 所示。 任务三　铁碳合金及其相图 3．渗碳体 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，含碳量为6.69%，其化学式为Fe3C。渗碳体具有复杂的斜方晶体结构（参见图2-19），与铁和碳的晶体结构完全不同。 渗碳体的熔点为1 227 ℃，硬度高，脆性大，断后伸长率和冲击韧性值几乎为零，是一个硬而脆的组织。渗碳体是铁碳合金中主要的强化相，它的形状、大小与分布状况对钢的力学性能影响很大。 渗碳体在适当条件下（如高温长期停留或缓慢冷却）能分解为铁和石墨，这对铸铁的性能具有重要意义。 任务三　铁碳合金及其相图 4．珠光体 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P 表示。它是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形成的混合物，如图2-24 所示。 在缓慢冷却条件下，珠光体的含碳量为0.77%。由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，其性能取决于铁素体和渗碳体的含量，大致是两者性能的平均值。故珠光体的强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。 任务三　铁碳合金及其相图 5．莱氏体 莱氏体是含碳量为4.3% 的铁碳合金，在1 148 ℃时从液相中同时结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld 表示。由于奥氏体在727 ℃时还将转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，这种混合物称为低温莱氏体，用符号L'd 表示。 莱氏体的力学性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。 任务三　铁碳合金及其相图 上述五种基本组织中，铁素体、奥氏体和渗碳体都是单相组织，称为铁碳合金的基本相；珠光体、莱氏体则是由基本相混合组成的多相组织。铁碳合金基本组织及力学性能见表2-4。 任务三　铁碳合金及其相图 1．铁碳合金相图的概念 铁碳合金相图是在极其缓慢冷却（或极其缓慢加热）的条件下，不同成分铁碳合金的组织状态随温度变化的图解。 工业用铁碳合金的含碳量一般不大于5%，含碳量大于6.69% 的铁碳合金脆性很大，没有实用价值。因此，一般所说的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C 相图，图2-25 所示是简化后的Fe-Fe3C 相图。 任务三　铁碳合金及其相图 二、铁碳合金相图 2．铁碳合金相图的含义与分析 （1）Fe-Fe3C 相图中的特性点及其含义 Fe-Fe3C 相图中的特性点及其含义见表2-5。 任务三　铁碳合金及其相图 （2）Fe-Fe3C 相图中的特性线及其含义 在Fe-Fe3C 相图上，有若干合金状态的分界线，它们是不同成分的合金具有相同含义的临界点的连线。几条主要特性线的含义如下。 1）ACD 线（液相线）。此线以上区域全部为液相，用L 表示。液态合金冷却到此线开始结晶，在AC 线以下从液相中结晶出奥氏体，在CD 线以下结晶出渗碳体。 2）AECF 线（固相线）。液态合金冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固相区。 液相线与固相线之间为液态合金的结晶区域。这个区域内液相与固相共存，AEC 区域内为液相与奥氏体，CDF 区域内为液相与渗碳体。 3）GS 线。冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始线（或加热时铁素体转变成奥氏体的终止线），用符号A3 表示。奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。 任务三　铁碳合金及其相图 4）ES 线。碳在奥氏体中的饱和溶解度曲线（固溶线），用符号Acm 表示。 在1 148 ℃时，碳在奥氏体中的溶解度为最大溶解度2.11%（即E 点含碳量），在727 ℃时降到0.77%（即S 点含碳量）。从1 148℃缓慢冷却到727℃的过程中，由于碳在奥氏体中的溶解度减小，多余的碳将以渗碳体的形式从奥氏体中析出。为了区别自