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1、工程材料2013年10月第3章鐵碳合金與鐵碳相圖工程材料3.1Fe-Fe3C系合金的組元和基本相3.2Fe-Fe3C相圖3.3鐵碳合金的平衡結(jié)晶3.4含碳量對鐵碳合金組織與力學性能的影響3.5鋼中的雜質(zhì)元素3.6金屬鑄錠宏觀組織第3章鐵碳合金與鐵碳相圖重點與難點教學重點教學難點鐵碳合金的組元及基本相鐵碳相圖分析鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織含碳量對鐵碳合金組織與力學性能的影響鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織含碳量對鐵碳合金組織與力學性能的影響碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解和掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工
2、工藝的制訂以及工藝廢品原因分析有很重要的指導意義。第3章鐵碳合金與鐵碳相圖鐵和碳可以形成一系列的化合物：Fe3C、Fe2C、FeC等，由于鋼中的含碳量最多不超過2.11%,鑄鐵中的含碳量最多不超過5%,所以在研究鐵碳合金相圖時一般僅研究Fe-Fe3C部分(碳含量不超過6.69%)。鐵碳合金中的碳存在形式：滲碳體Fe3C和石墨。在通常情況下，碳以Fe3C形式存在。但Fe3C是一個亞溫相，在一定條件下可以分解為更穩(wěn)定的Fe和石墨。所以，鐵碳相圖就有Fe-Fe3C和Fe-石墨兩種形式，本章只研究前一種。第3章鐵碳合金與鐵碳相圖Fe-C相圖說明Fe3CFe2CFeC溫度FeC(6.69%
3、C)3、1、1組元（1）純鐵：介紹鐵元素§3.1Fe-Fe3C系合金的組元和基本相同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——是指金屬在結(jié)晶成固態(tài)以后繼續(xù)冷卻的過程中晶格類型隨溫度下降而發(fā)生變化的現(xiàn)象，也稱同素異晶轉(zhuǎn)變。1394℃1534℃10006008001200溫度時間16001500500700900110013001400912℃δ-Feγ-Feα-Fe純鐵的冷卻曲線純鐵的主要力學性能指標：σb=176-274MPa σ0.2=98-166MPaHB=50-80純鐵具有良好的塑性、韌性，但強度、硬度太低，故工業(yè)上應用很少,多用鐵碳合金。（2）Fe3C（滲碳體）是鐵與碳形成的間隙化合物Fe3C，含碳
4、量為6.69%,用符號Cm表示,也是鐵碳相圖中的重要基本相。滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)非常復雜，在此不作介紹。滲碳體的性能：具有很高的硬度，約為800HB;塑性很差，延伸率接近于零；在低溫下具有一定的鐵磁性，但在230℃以上這種磁性就消失了。所以，230℃是滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變溫度，稱為A0轉(zhuǎn)變；滲碳體的熔點為1227℃。3、1、2基本相Fe-Fe3C相圖中除了高溫時存在的液相L，化合物相Fe3C外，還有碳溶于鐵形成的幾種間隙固溶體相：（1）高溫鐵素體（δ）：碳溶于δ-Fe中的間隙固溶體，為體心立方晶格，用符號δ表示。（2）鐵素體（F或a）：是碳溶于a-Fe中的間隙固溶體，為體心立方晶格，用符
5、號F或a表示。鐵素體中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃時，為0.0218%，隨著溫度的降低，其溶解度逐漸減小，室溫時鐵素體中只能溶解0.0008%的碳。其力學性能與工業(yè)純鐵相當。3、1、2基本相（3）奧氏體（A或γ）：是碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，為面心立方晶格，用符號A或γ表示。奧氏體的強度、硬度低，塑性、韌性高。在鐵碳合金平衡狀態(tài)時，奧氏體為高溫下存在的基本相，也是絕大多數(shù)鋼種進行鍛壓、軋制等加工變形所要求的組織。注意：δ和a是相同的合金相，都是碳在體心立方的鐵中的間隙固溶體，僅是存在溫度區(qū)間不同，溶解度不同。3.2Fe-C相圖與Fe-Fe3C相圖鐵和碳可形成一系列穩(wěn)
6、定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它們都可以作為純組元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時，合金太脆，已無實用價值。實際所討論的鐵碳合金相圖是Fe-Fe3C相圖。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎,是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝的依據(jù)。Fe-Fe3C相圖的建立FeT°Fe3C點溫度碳量含義A15380純鐵熔點B14950.53包晶轉(zhuǎn)變時的液相成分C11484.3共晶點LC---------(AE+Fe3C)≡LdD12276.69Fe3C熔點E11482.11C在γ-Fe中的最大溶解度F11486
7、.69共晶Fe3C成分點G9120γ-Fe-----α-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點H14950.09C在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶成分點LB+δH--------AJK7276.69共析Fe3C成分點N13940δ-Fe-----γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點P7270.0218C在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析點AS---------(FP+Fe3C)≡PQ室溫0.0008（一）狀態(tài)圖中的特性點二、相圖分析主要線溫度（℃）含義ACD1538~1227液相線AECF
