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第五章铁碳合金相图及应用铁碳合金：以铁和碳为基本元素的合金。钢:0.0218～2.11%C，铸铁大于2.11%C。低碳钢:0.25％C；中碳钢:0.25％-0.60％C；高碳钢0.60％C。铁与碳可以形成间隙固溶体、化合物Fe3C、Fe2C、FeC等。铁碳相图中的组元是Fe和Fe3C。第一节铁碳合金基本相一、铁素体δ相高温铁素体：δ固溶体。α相铁素体：α-Fe中的固溶体，“F”表示。F的强度、硬度低、塑性好溶解度：727℃：0.0218%C；室温：0.0008%C铁素体的力学性能σb180～230MPa/m2ψ70～80%σ0.2100～170MPa/m2δ30～50%硬度50～80HBSak160～200J/m2二、奥氏体碳溶于γ-Fe中的固溶体，“A”表示。溶解度：1148℃时2.11％C。727℃时0.77%C。A（727℃以上）强度低，易变形加工；A化是热处理重要步骤。三、渗碳体Fe3C相，由Fe与C组成一种复杂结构的间隙化合物。Fe3C中C含量6.69％，熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。Fe3C在钢中的形态：条状、网状、片状、粒状等,对机械性能影响很大。F≤0.0218%C的Fe-C合金板条马氏体(过饱和F)F+P0.2%C的Fe-C合金(20钢)过共晶白口铸铁5.0%C的Fe-C合金P＋Fe3C针状马氏体(过饱和F)1.0%C的Fe-C合金(T10)第二节Fe-Fe3C相图分析一、相图中的三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495℃，C%=0.09-0.53%L→L+δ→A（2）共晶转变线ECF,C点为共晶点。L→A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C）奥氏体与渗碳体的混和物,称莱氏体。（3）共析转变线PSK，S点为共析点。在727℃,S点成分的A发生共析反应：A→F+Fe3C（渗碳体）（0.0218%C）（6.69%C）铁素体与渗碳体的混合物,称珠光体,P表示。珠光体的强度较高,塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间：抗拉强度极限σb≈770MPa延伸率δ≈20%～35%硬度：180HBP中F与Fe3C的质量分数ωFωFe3C2．液固相线液相线ABCD固相线AECF二、Fe-C合金平衡结晶过程7种典型Fe-C合金的平衡结晶过程：1.工业纯铁2.共析钢3.亚共析钢4.过共析钢5.共晶白口铁6.亚共晶白口铸铁7.过共晶白口铸铁熔点或凝固点：1538℃；密度7.87；两次同素异构转变：1394℃δ→A912℃A→α1．工业纯铁(C%≤0.0218%）L→δ+L→δ→δ+A→A→A+F→F→F+Fe3CIII相组成物：F+Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：F和Fe3CIII1．工业纯铁（C%≤0.0218%）2．共析钢C%=0.77%2．共析钢C%=0.77%相组成物：F和Fe3C相相对量：组织组成物：PωFωFe3C共析钢的结晶过程如图及金相组织3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%L→A→A+F→A+P+F→P+F亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%相组成物：F，Fe3C相相对量：F%=Fe3C%=组织组成物：F、PP%=F%=3．亚共析钢0.0218%＜C%＜0.77%4．过共析钢4．过共析钢L→L+A→A→A+Fe3CII→A+P+Fe3CII→P+Fe3CII相组成物：F%=Fe3C%=组织相对量：Fe3CII%=P%=4．过共析钢5．共晶白口铁（C%=4.3%）L→L+Le→Le(A+Fe3C)→Le(A+Fe3C+Fe3CII)→Le’(P+Fe3CII+Fe3C)6．亚共晶白口铸铁，2.11%＜C%＜4.3%相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：P，Le’，Fe3CII7．过共晶白口铸铁相组成物：F%=Fe3C%=组织组成物：Le’%=Lc%=Fe3C%=第三节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系含碳量与性能:C%↑→硬度↑C%↑→σ↑C%≻0.9%→σ↓塑性、韧性：C%↑→塑性↓、韧性↓第四节、Fe-Fe3C相图的应用①力学性能②加工工艺建材用钢；汽车零件等相图的应用机械零件要求强度、塑性及韧性都较好的材料,选用碳含量适中的中碳钢。工具要用硬度高和耐磨性好的材料,选碳含量高的钢（大于0.60％C）。相图的应用相图的应用白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，不能锻造。但耐磨性好，铸造性能好，用于耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、犁铧、泵体、阀门等。相图的应用——铸造工艺方面的应用共晶白口铸铁的铸造性能最好,凝固温度区间最小,流动性好,分散缩孔少,精密铸件选在共晶成分附近。铸钢零件碳含量0.15-0.6%之间,这个范围内钢的结晶温度区间较小,铸造性能较好。相图的应用——热锻、热轧工艺方面的应用钢在奥氏体状态时强度较低,塑性较好,锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。一般始锻温度为1150℃～1250℃,终锻温度为750℃～850℃。制定钢的热处理工艺（退火、正火、淬火等），需要参照Fe-Fe3C相图。相图的应用——在热处理工艺方面的应用在运用Fe-Fe3C相图时应注意：①Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态,如含有其它元素,相图将发生变化。②Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金的组织状态,若快速冷却或加热时,其组织状态将有变化。作业：1）T12碳素工具钢是碳的质量分数为1.2％的过共析钢。①简述该钢平衡结晶（缓慢冷却）过程并画出其示意图；②计算T12钢平衡结晶后组织组成P和Fe3C的相对量（质量分数）；相组成F和Fe3C的相对量。2）某厂要用中碳钢作零件，但仓库的一批碳钢（退火态）却不知其化学成分，经金相观察，组织为F＋P，其中F占视野面积的45％。问这批钢的含碳量大约为多少？能否使用？本章结束