讲座2铁碳合金的平衡组织与非

铁碳合金缓冷时的相变与组织（小结）重点掌握纯铁的同素异构转变；铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的结构和性能特点及显微组织形貌；铁碳合金相图中各点、线、区的含义，了解成份、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程；铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系；Fe-Fe3C相图的组元1．Fe组元δ-Fe(bcc)——1394℃——γ-Fe(fcc)——912℃——α-Fe(bcc)(同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好2．Fe3C组元熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。一次渗碳体：过共晶白口铸铁在液态结晶时，从铁碳合金液相中析出的渗碳体，称为一次渗碳体。一次渗碳体是从液态中析出的，长大很少受阻，所以一般比较粗大。二次渗碳体Fe3CII铁碳合金冷却时，从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体。二次渗碳体一般沿奥氏体晶界析出，所以一般呈网状分布。三次渗碳体铁碳合金冷却时，从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。由于铁素体溶碳量很低，析出三次渗碳体很少，往往可忽略不计。渗碳体的鉴别渗碳体硬而脆，硬度为HBW800，（相当于HRC72～75）很耐磨；无延展性，强度很低，塑性、韧性几乎为零。渗碳体在钢和铸铁中与其它相共存时，可以呈片状、粒状、网状或板状。渗碳体的特点渗碳体是钢中主要强化相，它的形态、大小及分布对相的性能有很大影响。具有金属特性，定义为金属化合物。渗碳体是一种不稳定的相，在一定条件下，能分解而形成石墨状的自由碳，即Fe3C→3Fe十C（石墨）这一分解过程对于研究钢和铸铁具有重大意义。Fe-Fe3C相图中的相（组织中具有特定结构与性质的单元，比如珠光体组织由铁素体与渗碳体两个相组成）1．液相L2．δ相：高温铁素体（C固溶到δ-Fe中—δ相）3．α相：铁素体F（C固溶到α-Fe中——α相）强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）4．γ相、A奥氏体（C固溶到γ-Fe中——γ相）强度低，易塑性变形5．Fe3C,铁的最常见碳化物，具有金属特性，属于金属化合物。Fe-C相图与相区三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB：1495摄氏度，C%=0.09-0.53%LB+δH------AJ即L0.53+δ0.09-------A0.17（2）共晶转变线ECF,1148摄氏度，C%=2.11---6.69%L4.3----A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）（3）共析转变线PSK，727摄氏度，C%=0.0218---6.69%As----FP+Fe3C（共析渗碳体）A0.77----F0.0218+Fe3C——P（珠光体）珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间2．液固相线液相线ACD固相线AECF3．溶解度线ES线碳在A中的固溶线（饱和溶解度曲线）1148摄氏度，2.11%；727摄氏度,0.77%；Fe3CII型PQ线碳在F中的固溶线，727摄氏度,0.0218%室温，0.0008%，Fe3CIII型4．GS线:奥氏体向铁素体转变温度线基于Fe-Fe3C相图的Fe-C合金分类1．工业纯铁，C%≤0.0218%2．钢0.0218%C%≤2.11%（无莱氏体共晶体，适合热变形加工）其中：亚共析钢0.0218%C%0.77%共析钢0.77%过共析钢0.77%C%≤2.11%3．白口铸铁2.11%C%6.69%，且碳以渗碳体形式出现。其中：亚共晶白口铸铁2.11%C%4.3%共晶白口铸铁4.3%过共晶白口铸铁4.3%C%6.69%其中，铸铁工业中讲的灰口铸铁、球墨铸铁等均是通过添加石墨化元素或变质剂等一定条件下获得的。Fe-C合金平衡结晶过程1．工业纯铁（C%≤0.0218%）冷却温度曲线与相变特征其中：相组成物为F+Fe3CC%0.0008%FC%0.0008%（室温下的碳溶解度）2．共析钢C%=0.77%，冷却温度曲线与相变特征共析钢转变过程：L——L+A——A——A+P——P相组成物：F和Fe3C组织组成物：P（珠光体，F%+Fe3C%）3．亚共析钢0.0218%C%0.77%，冷却温度曲线与相变特征亚共析钢相组成物：F，Fe3C组织组成物：F、P4．过共析钢冷却温度曲线与相变特征L---L+A---A---A+Fe3CII---A+P+Fe3CII---P+Fe3CII相组成物：F，Fe3C组织组成物：P，Fe3CII5．共晶白口铁与莱氏体（Le)（C%=4.3%）L---L+Le---Le(A+Fe3C共晶)---Le(A+Fe3C共晶+Fe3CII)---Le’(P+Fe3CII+Fe3C)共晶白口铁相组成物：F，Fe3C组织组成物：Le‘（室温Le)6亚共晶白口铸铁，2.11%C%4.3%7．过共晶白口铸铁标注组织的铁碳相图复线铁碳相图（注意一些沿晶界析出的软相或硬相，往往对钢性能产生重要影响）复线铁-碳、铁-渗碳体相图复线铁碳相图，是在实线的Fe-Fe3C相图上再叠加上虚线的Fe-G相图，不同点在于：（1）Fe-G共晶、共析温度高些，1154℃,738℃（2）Fe-G共晶、共析成分左移4.26%,0.68%（3）溶解度曲线也向左移E',2.08%（4）液相线C'D'稍高于Fe-Fe3C相图共晶：Lcl---G+AE(1154℃)共析：As1---G+F(738℃)铸铁的石墨化过程铸铁组织中析出石墨的过程——石墨化1．两种形式a.按Fe-G相图从液相中或A中直接析出G。b.接Fe-Fe3C相图，先结晶出Fe3C，随后其在一定条件下发生分解：Fe3C→Fe+G2．液态直接析出石墨的过程（需要孕育剂、或变质剂来促进形核）a.第I阶段过共晶成分L→L+GI(1154℃)→AE+G（共晶）+GI(1154℃)共晶成分L→AE+G（共晶）(1154℃)亚共晶成分L→AE+G（共晶）+AE初生b.第II阶段——析出二次石墨A→A+GII(1154→738℃)c.第三阶段——共析石墨As'→Fp+G（共析）（738℃)铸铁的组织（参铸铁及其熔炼）作业1）解释稳定系Fe-G相图、亚稳定系Fe-Fe3C相图的存在与适用条件；2）了解碳在钢水中的饱和溶解度，解读当前常见铁碳平衡相图中碳成分范围的依据。