1、1FeFeFeC912C1394C1538000 纯铁液体体 心 立体 心 立方晶格方晶格面心立面心立方晶格方晶格体 心 立体 心 立方晶格方晶格 第五章第五章 铁碳合金相图及碳素钢铁碳合金相图及碳素钢一铁碳合金中的相与基本组织一铁碳合金中的相与基本组织一一 FeFe的同素异晶转变及晶格结构的同素异晶转变及晶格结构 铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大有一定的转变温度和过冷
2、度；也有晶核的形成和长大两个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素两个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构转变如下所示。异构转变如下所示。2碳在碳在-Fe-Fe中的固溶体称中的固溶体称-铁素体，用铁素体，用表示。表示。都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在在727727时最大为时最大为0.0218%0.0218%，室温下仅为，室温下仅为0.0008%0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体铁素体组元：组元：FeFe、FeFe3 3C C 相相1 1 铁素体铁素体
3、：碳在碳在-Fe-Fe中的固溶体称铁素中的固溶体称铁素体体,用用F F 或或 表示。表示。二二 铁碳合金中的相铁碳合金中的相 32 2 奥氏体奥氏体碳在碳在 -Fe-Fe中的固溶体称奥氏体。用中的固溶体称奥氏体。用A A或或 表示。表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，11481148时最大为时最大为2.11%2.11%。组织为不规则多面体晶组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热低、塑性好，钢材热加工都在加工都在 区进行区进行.碳钢室温组织中无奥氏碳钢室温组织中无奥氏体。体。奥氏体奥氏体43 3
4、 渗碳体：渗碳体：即即FeFe3 3C,C,含碳含碳6.69%6.69%FeFe3 3C C硬度高、强度低硬度高、强度低(b b 35MPa35MPa),),脆性大脆性大,塑性几塑性几乎为零乎为零FeFe3 3C C是一个亚稳相，在一是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：定条件下可发生分解：FeFe3 3C3Fe+C(C3Fe+C(石墨石墨),),该该反应对铸铁有重要意义。反应对铸铁有重要意义。由于碳在由于碳在-Fe-Fe中的溶解度中的溶解度很小，因而常温下碳在铁很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以碳合金中主要以FeFe3 3C C或石或石墨的形式存在。墨的形式存在。铸铁中的石墨铸铁中的石墨钢
5、中的渗碳体钢中的渗碳体51 1 珠光体珠光体P P：珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的是铁素体和渗碳体的机械混合物。其显微机械混合物。其显微组织如图，珠光体强组织如图，珠光体强度较高，塑性、韧性度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和和硬度介于渗碳体和铁素体之间。铁素体之间。图图 珠光体的显微组织珠光体的显微组织三三 铁碳合金中的基本组织铁碳合金中的基本组织62 2 莱氏体莱氏体LdLd 莱氏体在莱氏体在7277270 0C C以上，以上，由奥氏体与渗碳体组成的由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱机械混合物，称为高温莱氏体氏体LdLd；在；在7277270 0C C以下，以下，该组织转变为由珠
6、光体与该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物，渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体称为低温莱氏体LdLd。其。其显微组织如图，其力学性显微组织如图，其力学性能与渗碳体相似，硬度较能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。高，脆性较大。图莱氏体的显微组织图莱氏体的显微组织7一一 Fe-CFe-C相图与相图与Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图铁碳合金铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量为含碳量为0.0218%0.0218%2.11%2.11%的称钢的称钢;含碳量为含碳量为 2.11%2.11%6.69%6.69%的称铸铁。的称铸铁。铁和碳可形成
7、一系列稳定化合物：铁和碳可形成一系列稳定化合物：FeFe3 3C C、FeFe2 2C C、FeCFeC，它们都可以作为纯组元看待。，它们都可以作为纯组元看待。含碳量大于含碳量大于FeFe3 3C C成分（成分（6.69%6.69%）时，合金太脆，已）时，合金太脆，已无实用价值。无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图。二二 铁碳合金相图铁碳合金相图8 铁碳合金相图：表铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、组金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁用它可
8、以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程打压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一般下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图，两组元构成的状态图，如图所示。如图所示。910 点：点：1414个个 线：线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：线：GS,ES,PQGS,ES,PQ相区：相区：5 5个单相区，个单相区，7 7个两相区，个两相区，3 3个三相区。个三
9、相区。相图标注：相组成物标注的相图相图标注：相组成物标注的相图;组织图标注组织图标注:组织组成物标注的相图。组织组成物标注的相图。二二 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图分析相图分析111 1 特征特征点点LJNG +Fe+Fe3 3C C +Fe+Fe3 3C CL+Fe3CL+L+12132 2 特征线特征线 液相线液相线ABCDABCD，固相线固相线AHJECFD AHJECFD 三条水平线：三条水平线：HJBHJB：包晶线包晶线L LB B+H H J J ECFECF：共晶：共晶线线L LC C E E+Fe+Fe3 3C C共晶产物共晶产物是是 与与FeFe3 3C C的机的机械
10、混合物，称作莱氏体械混合物，称作莱氏体,用用L Ld d表示。为蜂窝状表示。为蜂窝状,以以FeFe3 3C C为基，性能硬而脆为基，性能硬而脆。莱氏体莱氏体14PSKPSK：共析线共析线 S S F FP P+Fe+Fe3 3C C共析转变的产物是共析转变的产物是 与与FeFe3 3C C的机械混合物，称的机械混合物，称作珠光体，用作珠光体，用P P表示。表示。珠光体珠光体L+L+L+Fe3C+Fe3C +F+Fe3C珠光体的组织特点是珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。PSKPSK线又称线又称A A1 1线线 。15 其它相线其它相线G
11、S,GPGS,GP 固溶固溶体转变线体转变线,GS,GS又称又称A A3 3线。线。HN,JNHN,JN 固溶体固溶体转变线，转变线，ESES碳在碳在 -Fe-Fe中的固中的固溶线。溶线。又称又称A Ac mc m线。线。PQPQ碳在碳在-Fe-Fe中的固中的固溶线。溶线。16 三个三相区：即三个三相区：即HJB(L+HJB(L+)、ECF(L+ECF(L+Fe+Fe3 3C)C)、PSK(PSK(+Fe+Fe3 3C)C)三条水平线三条水平线 3 相区相区 五个单相区：五个单相区：L L、FeFe3 3C C 七个两相区七个两相区:L+:L+、L+L+、L+FeL+Fe3 3C C、+、+F
12、e+Fe3 3C C、+、+Fe+Fe3 3C C 17三三 铁碳合金结晶过程分析铁碳合金结晶过程分析铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：工业纯铁工业纯铁(0.0218%C)(1.0%平均含碳量平均含碳量0.1%0.1%时，用一位数字表示时，用一位数字表示,如如2Cr132Cr13（平均含碳量为（平均含碳量为0.20%0.20%）当当0.1%0.1%含碳量上限含碳量上限 0.03%0.03%时，以时，以“0”0”表示，如表示，如0Cr18Ni90Cr18Ni9（含碳量上限为（含碳量上限为0.08%0.08%）当当0.03%0.03%含碳量上限含碳量上限0.0
13、1%0.01%时（超低碳），以时（超低碳），以“03”03”表示，如表示，如03Cr19Ni10(03Cr19Ni10(含碳量上限为含碳量上限为0.03%0.03%）当含碳量上限当含碳量上限0.01%0.01%时时(极低碳极低碳)，以，以“01”01”表示，表示，如如01Cr19Ni1101Cr19Ni11（含碳量上（含碳量上限为限为0.01%0.01%）。）。汽轮机叶片汽轮机叶片79*珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如15CrMo15CrMo注：旧标准含碳量表示方法为：注：旧标准含碳量表示方法为：当含碳量当含碳量0.08%0.08%时，以时，以“0”0”表示，如表示，如0Cr18.0Cr18.当含碳量当含碳量0.03%0.03%时，以时，以“00”00”表示，如表示，如00Cr18Ni10.00Cr18Ni10.不锈钢法兰不锈钢法兰不锈钢型材不锈钢型材80(7)(7)铸钢铸钢ZG+ZG+两位数字两位数字ZGZG表示表示“铸钢铸钢”；两位数字表示平均含碳两位数字表示平均含碳量的万分之几量的万分之几,如如ZG25.ZG25.铸钢件铸钢件2.52.5吨大齿轮铸件吨大齿轮铸件81of Chapter 5of Chapter 5
