超級詳細的鐵碳相圖

看到題目，想必材料人都很熟悉了，今天鑠思百小編一起重溫當年經(jīng)典的鐵碳相圖基礎知識，記得收藏學習哦~

一、準備知識

首先，想要了解鐵碳合金、鐵碳相圖，則需要一些準備知識，比如合金、相、組元成分的概念等，基本如下：

合金：一種金屬元素與另外一種或幾種元素，通過熔化或其他方法結合而成的具有金屬特性的物質。

相：合金中同一化學成分、同一聚集狀態(tài)，并以界面相互分開的各個均勻組成部分。

固溶體：是一個（或幾個）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。

固溶強化：由于溶質原子進入溶劑晶格的間隙或結點，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強化現(xiàn)象。

金屬化合物：合金的組元間以一定比例發(fā)生相互作用兒生成的一種新相，通常能以化學式表示其組成。

二、鐵碳合金相

鐵碳合金相圖實際上是Fe-Fe3C相圖，鐵碳合金的基本組元也應該是純鐵和Fe3C。鐵存在著同素異晶轉變，即在固態(tài)下有不同的結構。不同結構的鐵與碳可以形成不同的固溶體，F(xiàn)e—Fe3C相圖上的固溶體都是間隙固溶體。由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特點不同，因而兩者的溶碳能力也不同。在鐵碳合金中一共有三個相,即鐵素體,奧氏體和滲碳體。

1、鐵素體

鐵素體是碳在α-Fe中的間隙固溶體，用符號"F"(或α)表示，體心立方晶格；雖然BCC的間隙總體積較大，但單個間隙體積較小,所以它的溶碳量很小,最多只有0.0218%(727℃時),室溫時幾乎為0，因此鐵素體的性能與純鐵相似，硬度低而塑性高，并有鐵磁性。δ=30%~50%, AKU=128~160J， σb=180~280MPa, 50~80HBS。鐵素體的顯微組織與純鐵相同,用4%硝酸酒精溶液浸蝕后,在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮的多邊形等軸晶粒,在亞共析鋼中鐵素體呈白色塊狀分布,但當含碳量接近共析成分時,鐵素體因量少而呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布在珠光體的周圍。

2、奧氏體

奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙固溶體,用符號"A"(或γ)表示,面心立方晶格；雖然FCC的間隙總體積較小,但單個間隙體積較大,所以它的溶碳量較大，最多有2.11%(1148℃時),727℃時為0.77%。

在一般情況下, 奧氏體是一種高溫組織,穩(wěn)定存在的溫度范圍為727~1394℃,故奧氏體的硬度低,塑性較高,通常在對鋼鐵材料進行熱變形加工,如鍛造,熱軋等時,都應將其加熱成奧氏體狀態(tài),所謂"趁熱打鐵"正是這個意思.σb=400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%。另外奧氏體還有一個重要的性能,就是它具有順磁性，可用于要求不受磁場的零件或部件。奧氏體的組織與鐵素體相似，但晶界較為平直，且常有孿晶存在。

3、滲碳體

滲碳體是鐵和碳形成的具有復雜結構的金屬化合物,用化學分子式"Fe3C"表示.它的碳質量分數(shù)Wc=6.69%,熔點為1227℃,質硬而脆,耐腐蝕.用4%硝酸酒精溶液浸蝕后,在顯微鏡下呈白色,如果用4%苦味酸溶液浸蝕,滲碳體呈暗黑色。滲碳體是鋼中的強化相,根據(jù)生成條件不同滲碳體有條狀,網(wǎng)狀,片狀,粒狀等形態(tài),它們的大小,數(shù)量,分布對鐵碳合金性能有很大影響.

小結:

在鐵碳合金中一共有三個相，即鐵素體，奧氏體和滲碳體。但奧氏體一般僅存在于高溫下，所以室溫下所有的鐵碳合金中只有兩個相，就是鐵素體和滲碳體。由于鐵素體中的含碳量非常少,所以可以認為鐵碳合金中的碳絕大部分存在于滲碳體中，這一點是十分重要的。

三、鐵碳相圖

鐵和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C，F(xiàn)e2C，F(xiàn)eC等，有實用意義并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常稱其為 Fe-Fe3C相圖，此時相圖的組元為Fe和Fe3C。由于實際使用的鐵碳合金其含碳量多在5%以下，因此成分軸從0~6.69%。所謂的鐵碳合金相圖實際上就是Fe—Fe3C相圖。

鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類：

⑴工業(yè)純鐵（<0.0218% C），其顯微組織為鐵素體晶粒，工業(yè)上很少應用。

⑵碳鋼（0.0218%-2.11%C），其特點是高溫組織為單相A，易于變形，碳鋼又分為亞共析鋼（0.0218%-0.77%C）、共析鋼（0.77%C）和過共析鋼（0.77%-2.11%C）。

⑶白口鑄鐵（2.11%-6.69%C），其特點是鑄造性能好，但硬而脆，白口鑄鐵又分為亞共晶白口鑄鐵（2.11%-4.3%C）、共晶白口鑄鐵（4.3%C）和過共晶白口鑄鐵（4.3—6.69%C）

四、相圖分析

Fe—Fe3C相圖看起來比較復雜，但它仍然是由一些基本相圖組成的，我們可以將Fe—Fe3C相圖分成上下兩個部分來分析：

1、共晶轉變

在1148℃,4.3%C的液相發(fā)生共晶轉變:

Lc(AE+Fe3C),

轉變的產(chǎn)物稱為萊氏體,用符號Ld表示。存在于1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體,用符號Ld表示,組織由奧氏體和滲碳體組成;存在于727℃以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體,用符號Ldˊ表示,組織由滲碳體和珠光體組成。低溫萊氏體是由珠光體,Fe3CⅡ和共晶Fe3C組成的機械混合物.經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后在顯微鏡下觀察,其中珠光體呈黑色顆粒狀或短棒狀分布在Fe3C基體上,Fe3CⅡ和共晶Fe3C交織在一起,一般無法分辨.

2、共析轉變

在727℃,0.77%的奧氏體發(fā)生共析轉變:

AS(F+Fe3C),轉變的產(chǎn)物稱為珠光體.

共析轉變與共晶轉變的區(qū)別是轉變物是固體而非液體.

3、特征點

相圖中應該掌握的特征點有:A,D,E,C,G(A3點),S(A1點),它們的含義一定要搞清楚.根據(jù)相圖分析如下點：

相圖中重要的點(14個)：

1.組元的熔點: A (0, 1538) 鐵的熔點；D (6.69, 1227) Fe3C的熔點

2.同素異構轉變點：N(0, 1394) δ-Fe γ-Fe；G(0, 912)γ-Fe α-Fe

3.碳在鐵中最大溶解度點:

P(0.0218,727),碳在α-Fe 中的最大溶解度

E(2.11,1148),碳在γ-Fe 中的最大溶解度

H (0.09,1495),碳在δ-Fe中的最大溶解度

Q(0.0008,RT),室溫下碳在α-Fe 中的溶解度

三相共存點:

S(共析點,0.77,727),(A+F +Fe3C)

C(共晶點,4.3,1148),( A+L +Fe3C)

J(包晶點,0.17,1495),(δ+ A+L )

其它點

B(0.53,1495),發(fā)生包晶反應時液相的成分

F(6.69,1148 ), 滲碳體

K(6.69,727 ), 滲碳體

4、特性線

相圖中的一些線應該掌握的線有:ECF線，PSK線(A1線)，GS線(A3線)，ES線(ACM線)

水平線ECF為共晶反應線.

碳質量分數(shù)在2.11%～6.69%之間的鐵碳合金, 在平衡結晶過程中均發(fā)生共晶反應.

水平線PSK為共析反應線

碳質量分數(shù)為0.0218%～6.69%的鐵碳合金, 在平衡結晶過程中均發(fā)生共析反應.PSK線亦稱A1線.

GS線是合金冷卻時自A中開始析出F的臨界溫度線, 通常稱A3線.

ES線是碳在A中的固溶線, 通常叫做Acm線.由于在1148℃時A中溶碳量最大可達2.11%, 而在727℃時僅為0.77%, 因此碳質量分數(shù)大于0.77%的鐵碳合金自1148℃冷至727℃的過程中, 將從A中析出Fe3C.析出的滲碳體稱為二次滲碳體(Fe3CII). Acm線亦為從A中開始析出Fe3CII的臨界溫度線.

PQ線是碳在F中固溶線.在727℃時F中溶碳量最大可達0.0218%, 室溫時僅為0.0008%, 因此碳質量分數(shù)大于0.0008%的鐵碳合金自727℃冷至室溫的過程中, 將從F中析出Fe3C.析出的滲碳體稱為三次滲碳體(Fe3CIII).PQ線亦為從F中開始析出Fe3CIII的臨界溫度線.Fe3CIII數(shù)量極少,往往予以忽略.

5、相圖相區(qū)

1.單相區(qū)(4個+1個): L,δ,A,F ,(+ Fe3C)

2.兩相區(qū)(7個):L + δ,L + Fe3C,L + A, δ+ A ,A + F ,A + Fe3C ,F + Fe3C.

接下來讓我們們看一下含碳量不同的液相的析晶過程：

C%很低

亞共析

共析

過共析

亞共晶

共晶

過共晶