金相组织识别——铁碳相图

格式：ppt
大小：6.96 MB
文档页数：30

下载文档原格式

金相组织识别——铁碳相图

方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心， 1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到 727℃时含碳量降到0.77%。奥氏体的硬度 (HB170~220)较低，塑性(延伸率δ 为 40%~50%)高。
奥氏体的显微组织及晶胞示意图
金相组织识别——铁碳合金的基本相
珠光体
727℃
金相组织识别——贝氏体
如果将共析钢过冷到550℃~230℃之间并没有产生片间距更细的珠光体，而是产生了另一种新组织称为贝氏体 (Bainite）。它也是由铁素体加碳化物组成，但碳化物是非层片状分布的。这是因为珠光体转变是受碳在奥氏体中的扩散控制，同时铁原子也要发生扩散。如果过冷度很大，转变的温度达到相当的低，使铁原子无法发生扩散，同时碳的扩散也受到影响，显然不可能发生珠光体转变了，就会使转变的规律发生变化，产生贝氏体组织。
三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ +γ ) 共晶线——水平线ECF(L+γ +Fe3C) 共析线——水平线PSK(γ +α + Fe3C)
金相组织识别——铁碳合金的基本相
铁素体 Ferrite
碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（727℃时， α－Fe
由于形成的温度不同使贝氏体的形貌有所不同，又将贝氏体分成上贝氏体(Upper Bainite)与下贝氏体(Lower Bainite)。其形貌如图8、9所示。
金相组织识别——贝氏体
上贝氏体
上贝氏体在500℃~350℃形成，从图中可见在光学显微镜下呈羽毛状，电镜照片表明，它是由平行分布的铁素体片和分布在片间的断续而细小的渗碳体片共同组成。

铁碳相图简介

铁碳合金相图的分析Fe-Fe3C相图如图3-25所示。

可以看出，Fe-Fe3C相图由三个基本相图（包晶相图、共晶相图和共析相图）组成。

相图中有五个基本相：液相L，高温铁素体相δ，铁素体相α，奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C。

这五个基本相构成五个单相区（其中Fe3C为一条垂线），并由此形成七个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+ Fe3C 、γ+α和α+ Fe3C。

图3-25 以相组成物标注的铁碳合金相图在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。

相图中各特征点的温度、成分及其含义如表3-2所示。

Fe- Fe3CHJB水平线（1495︒C）为包晶线，与该线成分（0.09%~0.53%C）对应的合金在该线温度下将发生包晶转变：L0.53+ δ0.09→γ0.17（式中各相的下角标为相应的含碳量），转变产物为奥氏体。

ECF水平线（1148︒C）为共晶线，与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共晶转变：L4.3→γ2.11 + Fe3C。

转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号“Le”表示。

莱氏体的组织特点为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。

PSK水平线（727︒C）为共析线，与该线成分（0.0218%~6.69%C）对应的合金在该线温度下将发生共析转变：γ0.77→α0.0218 + Fe3C。

转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用符号“P”表示。

珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布，性能介于两相之间。

共析线又称为A1线。

此外，Fe- Fe3C相图中还有六条固态转变线：GS、GP为γ⇄α固溶体转变线，HN、JN为δ⇄γ固溶体转变线，例如，GS线是冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线。

GS线又称为A3线，JN线又称为A4线。

ES线为碳在γ-Fe中的固溶线。

在1148︒C，碳的溶解度最大，为2.11%，随温度降低，溶解度下降，到727︒C 时溶解度只有0.77%。

钢铁知识必备—铁碳相图

钢铁知识必备—铁碳相图铁碳相图铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，对于轧钢来说也是制定各种轧制温度、加热制度、热处理的物理依据。

一、Fe-Fe3C相图的组元1．Fe组元纯铁从液态结晶为固态后, 继续冷却到1394℃及912℃时, 先后发生两次同素异构转变。

工业纯铁的机械性能特点：强度低、硬度低、塑性好。

2．CC在Fe-C合金中的存在形式有三种：①C溶入Fe的不同晶格中形成固溶体；②C与Fe形成金属化合物，渗碳体(Fe3C)；③C以游离态石墨存在于合金中。

渗碳体(cementite)在铁碳合金中是一种亚稳定相，熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。

在长时间高温下可分解为铁和石墨：Fe3C→Fe + C石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性和韧性都极低。

二、Fe-Fe3C相图中的相1．液相L2．δ相高温铁素体（C固溶到δ -Fe中——δ相）C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称高温铁素体。

3．α相铁素体F （C固溶到α-Fe中——α相）C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记为 F (Ferrite)或α。

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。

C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为 A (Austenite)或γ。

5．Fe3C铁和碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂斜方晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm (Cementite)。

三、相图分析1．三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB：这是一包晶反应，发生在高温，并且在随后的冷却过程中组织还会发生变化。

铁碳合金的相图的最全详细讲解

名称
A金属
B金属
熔点
高
低
合金1
100%
0%
合金2
90%
10%
合金3
80%
20%
……..
……..
…….
合金9
20%
80%
合金10
10%
90%
合金11
0%
100%
相图的建立
热分析法
B 温度
A
时间
温度
A
温度
单击此处输入你的正文
温度
ab : 液相线
01
A
温度
02
L + S
L
03
S
ab : 固相线
Fe - Fe3C 相图的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
分析零件的工作条件, 根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律进行选择材料。
根据铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律 , 确定选定材料的工作范围。
二.制定热加工工艺方面的应用
本章小结
三种典型的金属晶体结构晶体缺陷：点、线、面过冷度、结晶过程晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法同素异构合金的相结构、固溶强化铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
奥氏体
⑵ 奥氏体: 碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
奥氏体组织金相图
Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应对铸铁有重要意义。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)资料

2018/12/21 53
1、铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 )
金属凝固后晶粒较为粗大（宏观可见）
三个晶区：激冷区、柱状晶区、等轴晶区
2018/12/21 54
1、铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 )
①激冷区：紧邻型壁的一个外壳层，它由无规则排列的细小等轴晶组成； ②柱状晶区：它由垂直于型壁，彼此平行的柱状晶组成； ③等轴晶区：它处于铸锭(件) 的中心区域，由等轴晶粒组成。
2018/12/21 22
Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
（ 3 ） GP 线：碳在铁素体 (α) 中的固溶度线在 α+γ 两相区，温度变化时，铁素体中的含碳量沿这条线变化。
2018/12/21 23
Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
（ 4 ） PQ 线：碳在铁素体 (α) 中的固溶度线 ( 共析温度以下) 在 727℃时，铁素体含碳量为 0.0218 ％，在 600℃ 时仅为 0.008 ％，因此温度下降时铁素体中将析出渗碳体，称为三次渗碳体记作Fe3CIII。图中 (770℃) 线表示铁素体的磁性转变温度 ( 居里温度)，常称A2温度。 230℃水平虚线表示渗碳体的磁性转变温度 24
由于凝固过程中所发生的包括液-固相变的一系列物理化学变化，造成了铸件(铸锭)在宏观范围内的不均匀。（不均匀性分为三类）
2018/12/21 52
三、合金铸件的组织与缺陷
不均匀性分为三类（根据形态）：物理不均匀性，包括缩孔、疏松、气泡、裂纹等；结晶不均匀性，指初生树枝状晶的大小、形状、位向和分布；化学不均匀性，包括树枝状偏析(晶内偏析)和区域偏析。

铁碳相图C曲线与金相组织介绍课件

~900MPa，硬度：180 ~280HBS,伸长率为20 ~25%,冲击功为24 ~32J.力学性能
介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好
索氏体S
索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体
(GB/T7232标准)。其实质是一种珠光体，是钢的高温转变产物，是片层的铁
（临界点A1～550℃）、过冷度小，P型组织转变区，A→P。
(2).M型转变：低温区（在MS以下）、过冷度大，发生M转变的区域，A→M。 (3).B型转变：中温区（550℃～MS），发生B转变的区域，A→B。 3、奥氏体化后的冷却方式通常有两种：等温处理和连续冷却。共析钢过冷奥氏
体等温转变C曲线包括三个转变区：高温转变区，也称珠光体转变区；中温转变
余奥氏体的分解基本结束.
3. 300-400℃渗碳体的形成,钢在回火的这一阶段,从过饱和固溶体中析出的碳化物转变为颗粒状的渗碳体(Fe3C).当温度达到400℃时,α 固溶体中过饱和的碳已基本完全析出,α -Fe晶格恢复正常,由过饱和固溶体转变为铁素体.钢的内应力基本清除.
4. 400℃以上渗碳体的聚集长大,在第三阶段结束时,钢内形成了细粒状
向稳定的组织(铁素体和渗碳体两相混合物)转变的倾向.但在室温下,原子活动
能力很差,这种转变速度极慢.随着回火温度的升高,原子活动能力加强,组织转变便以较快的速度进行.由于组织的变化,钢的性能也发生相应的变化.
按回火温度的不同,回火时淬火钢的组织转变可分为四个阶段. 1. 80-200℃马氏体分解,当钢加热到约80℃时,其内部原子活动能力有所增加,马氏体中的过饱和碳开始逐步以碳化物的形式析出,马氏体中碳的过饱和程度不断降低,同时,晶格畸变程度也减弱,内应力有所降低. 这种出过饱和程度较低的马氏体和极细的碳化物所组成的组织,称为回火马氏体. 2. 200-300℃残余奥氏体分解,当钢加热温度超过200℃时,马氏体继续分解,同时,残余奥氏体也开始分解,转变为下贝氏体或回火马氏体,到300℃时,残

铁碳合金相图（超清楚版）

600700800900
F 温度/
℃Fe-Fe 3C 合金相图
Fe K
D
1、铁素体：碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 或α表示。

碳在α-Fe 中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低，但具有良好的塑性、韧性。

2、奥氏体：碳在γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A 或γ表示。

3、渗碳体：渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，它的分子式为Fe 3C ，渗碳体既是组元，又是基本相。

4、珠光体：用符号P 表示，它是铁素体与渗碳体薄层片相间的机械机械混合物。

5、莱氏体：用符号Ld 表示，奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。

特性点符号温度/℃ ωc （%）含义
A 1538 0熔点：纯铁的熔点
C 1148 4.3共晶点：发生共晶转变L4.3→Ld(A2.11%+Fe3C 共晶)
D 1227 6.69熔点：渗碳体的熔点
E 1148 2.11碳在γ-Fe 中的最大溶解度点
G 912 0同素异构转变点
S 727 0.77共析点：发生共析转变A0.77%→p(F0.0218%+Fe3C 共析)P 727 0.0218碳在α-Fe 中的最大溶解度点
Q 室温 0.0008室温下碳在α-Fe 中的最大溶解度。

铁碳相图

过共晶白口铁
二、典型合金的平衡凝固过程
（一）工业纯铁
1
．当T在
L→δ
T1
～T2时
，由
2．分在不T2变～T3时，δ的成
3.在T3～T4时，由δ→A 4. T4～T5,A成分不变
5. T5～T6, 由A→F 室温组织为：F+Fe3CⅢ
5.2 铁碳合金相图分析
典型铁碳合金在Fe-Fe3C相图中的位置
F:白色等轴晶粒；Fe3C：呈小白片状分布于F晶界
工业纯铁
碳素钢
白口铸铁
5.2 铁碳合金相图分析
过共析钢共析钢亚共析钢
亚共晶白口铁过共晶白口铁共晶白口铁
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
亚共析钢用途实例
45＃钢碳含量0.45％
60＃钢碳含量0.60％
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
共析钢的应用举例
T8钢碳含量 0.80％
a＋Fe3C
0
C％(重量)
Fe
C
D L＋Fe3C F
4.3
K
6.69 Fe3C
8
一、相图分析
5.2 铁碳合金相图分析
符号温度（℃）含碳量（%）说明
A
1538
0
纯铁的熔点
B
1495
0.53
包晶转变时液相合金的成分
C
1148
4.30
共晶点
D
1227
6.69
渗碳体的熔点(计算值)
E
1148
2.11
C在奥氏体中的最大溶解度
相：L、d、A、F、Fe3C 五个相。
相区：五个单相区：L、 d、 A、F、Fe3C 。七个双相区：L＋A、 L＋ d、 L+ Fe3C、 d ＋A、 A

铁碳相图简介

▪ 共析钢（eutectoid steel）：Wc=0.77%
▪ 亚共析钢（ hypoeutectoid steel）： Wc=0.0218～0.77%
▪ 过共析钢（ hypereutectoid steel）： Wc=0.77～2.11%
（3）白口铸铁
白口铸铁（ white cast iron）是含碳量在 Wc=2.11～6.69%之间旳Fe、C合金。其特点液态合金结晶时都发生共晶反应，液态时有良好旳流动性，因而铸铁都具有良好旳铸造性能。但因共晶产物是以Fe3C为基旳莱氏体组织，所以性能硬、脆，不能铸造。其断口呈银白色，故称为白口铸铁。
(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) ▪ Tube sheet ▪ Primary head (channel
head)
实例
▪ Upper head ▪ Core shell ▪ Lower head
我国铸造生产旳历史，现状及发展趋势
▪ 历史 ▪ 现状 ▪ 趋势
铸造生产措施旳分类
▪ 按所用工具不同，铸造能够分为自由锻和模锻两大类
铁碳相图
iron-carbon diagram
主要旳内容
1.铁碳合金状态图 2.铁碳合金旳结晶过程和组织变化 3.铁碳合金旳成份、组织与性能间旳关系
Fe—C合金概述
▪ 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是当代机械制造工业中
应用最广旳金属材料，虽然种类诸多，成份不一，其基本构成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金（alloys of the iron－carbon system）。 ▪ 铁碳相图(iron-carbon diagram)描述了钢铁材料旳成份、温度与组织（相）之间旳关系，是了解钢铁材料旳基础。

金属材料及热处理：铁碳相图

◆渗碳体（Cementite）or Fe3C
◆珠光体（Pearlite）（F+ Fe3C）机械混合物
片状P :α 和 Fe3C 呈片状相间分布粒状P: Fe3C呈粒状分布在α 基体上
◆高温莱氏体（Ledeburite）or Ld
奥氏体呈颗粒状
（A+ Fe3C ）机械混合物，727℃以上 ◆低温莱氏体用Le’or Ld’表示
铁碳合金相图
简介 1.铁碳合金基本相和组织 2.铁碳合金相图分析 3.铁碳合金成分、组织与性能的关系
简介铁碳合金— 碳钢和铸铁使用最广泛的金属材料。铁与碳两个组元可形成的化合物：
Fe3C (wC=6.67%) , Fe2C, FeC
工业纯铁： wC ≤ 0.0218 % 碳钢：0.0218 %< wC ≤ 2.11% 铸铁：2.11% < wC ≤ 6.67%
S——共析点，727℃， wC=0.77%
As → （ F+ Fe3C ） P
E——A体中最大溶C量， wC=2.11% 也是钢、铁的分界点
G——Fe的同素异构转变的温度，912 ℃
α-Fe γ-Fe
1.主要特性线
ECF——共晶线，1148℃，
L4.3 1148oC A2.11 Fe3C6.67
体心立方
2.铁素体 F (Ferrite) ①铁素体 — C 在 -Fe 中形成的间隙固溶体，具有体心立方晶格，用符号 F 表示
② 铁素体的溶碳能力差 — 由于体心立方晶格的间隙远小于碳的原子半径；
最大溶碳量：727℃， wC=0.0218% 最小溶碳量：室温， wC=0.0008%
③ 强度、硬度低，塑性好。
或块状分布在渗碳体的基体上

材料科学基础——铁碳相图

6.69 0.77 共晶成分铁-石墨相图凝固
但石墨的表面能很大，只有在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。
% 88% 所以，S是一种有害元素。
组织组成： Fe3C+P——Ld‘
6.69 3）P和Cu一起加入钢中，可以提高钢在大气中的抗蚀性。
要求：保证化学成分和力学性能，需要热处理获得需要的性能。
温度
Fe Fe3C Fe2C FeC
C
(6.69%C)
渗碳体是个亚稳定的相，石墨才是稳定的相。但石墨的表面能很大，只有在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。
因此，铁碳相图有两类：
Ⅰ 液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡，是紧靠铁端部分，其中C含量的范围是0～6.69％
相组成： α +Fe3C 这种现象叫做应变时效。
组织组成：P
渗碳体是指晶体点阵为复杂正交点阵，化学式近似于Fe3C的一种间隙式化合物，用符号Fe3C表示，其含碳量为wc=6.
如果钢液脱氧不良，含较多FeO，还会形成熔点更低的（Fe＋FeO＋FeS)三相共晶体，其危害更大。
T8 T10
蓝脆就是指钢在加热到150～300℃时，产生硬度升高，塑性、韧性下降的现象。与Fe-Fe3C相图的不同之处：
铸铁(cast iron)： C%： 2.11～6.69%，有较好的铸造性能、质脆，不能锻造。又分为：共晶铸铁(eutectic cast iron)： C%： 4.30% 亚共晶铸铁(hypoeutectic cast iron) ： C%： 2.11～ 4.30% 过共晶铸铁(hypereutectic cast iron) ： C%： 4.30～ 6.69%

铁碳相图原理及应用

4. 珠光体( P )
珠光体( P ):铁素体和渗碳体的机械混合物(F+Fe3C) ① 由一片铁素体,一片渗碳体相间呈片层状形成 ② 其性能介于 Fe 和 Fe3C之间 ③ 由成分为0.77%的A缓冷至727℃分解得到

5.莱氏体(ld)
莱氏体(ld):奥氏体和渗碳体的机械混合物( A+ Fe3C ) ① 由成分为 4.3% 的铁碳合金,在1148℃时从液相结晶得到 ② 727℃ 以上的莱氏体称高温莱氏体,用ld表示 727℃ 以下的莱氏体称低温莱氏体,用 ld´表示 ③ 性能接近于渗碳体,硬度＞700HB,塑性很差.

1、铁素体（α-Fe）

铁素体（ F ）：C 溶在 α—Fe中的一种间隙固溶体 ① 晶体结构：体心立方晶格 ② 溶碳能力：较小，常温下0.008%以下，在 727℃时溶碳能力达到最大0.0218%。 ③ 组织形态：多边形等轴晶粒 ④ 机械性能：与纯 Fe 性能相似，属软韧相，强度和硬度不高，塑性、韧性好。 ⑤ 表示方法：一般用 F 表示，也有用α—Fe、 α 、φ等

典型合金平衡结晶过程和组织
1.工业纯铁(0.01%C,合金①)
工业纯铁的平衡凝固过程及组织组织 F+（Fe3C）III

1.工业纯铁(0.01%C,合金①)
2.共析钢(0.77%C,合金②)
共析转变转变产物为珠光体 ,转变过程 L → L+A → A → P ( Fe3C +F )

1.2.2相图中的点、线、区及其意义
Fe-Fe3C相图中各点的成分、温度及其特性综合

铁碳金相图

铁碳合金相图从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。

一、铁碳合金中的基本相铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。

铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。

不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。

由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。

1,铁素体(ferrite)铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或α)表示,体心立方晶格;虽然BCC的间隙总体积较大,但单个间隙体积较小,所以它的溶碳量很小,最多只有0.0218%(727℃时),室温时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑性高,并有铁磁性.铁碳合金中的基本相铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度低.δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS.铁碳合金中的基本相铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围.铁碳合金中的基本相2,奥氏体(Austenite )奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或γ)表示,面心立方晶格;虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,所以它的溶碳量较大,最多有2.11%(1148℃时),727℃时为0.77%.铁碳合金中的基本相在一般情况下, 奥氏体是一种高温组织,稳定存在的温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时,都应将其加热成奥氏体状态,所谓"趁热打铁"正是这个意思.σb=400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%.另外奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,可用于要求不受磁场的零件或部件.铁碳合金中的基本相奥氏体的组织与铁素体相似,但晶界较为平直,且常有孪晶存在.铁碳合金中的基本相3,渗碳体(Cementite)渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,用化学分子式"Fe3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔点为1227℃,质硬而脆,耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈白色,如果用4%苦味酸溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑色.铁碳合金中的基本相渗碳体是钢中的强化相,根据生成条件不同渗碳体有条状,网状,片状,粒状等形态,它们的大小,数量,分布对铁碳合金性能有很大影响.铁碳合金中的基本相总结:在铁碳合金中一共有三个相,即铁素体,奥氏体和渗碳体.但奥氏体一般仅存在于高温下,所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体.由于铁素体中的含碳量非常少,所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中.这一点是十分重要的.铁和碳可以形成一系列化合物,如Fe3C,Fe2C,FeC等,有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分,通常称其为Fe-Fe3C相图, 此时相图的组元为Fe和Fe3C._由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下,因此成分轴从0~6.69%.所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图.二、铁碳合金相图分析Fe—Fe3C相图看起平比较复杂,但它仍然是由一些基本相图组成的,我们可以将Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析.1.上半部分-------共晶转变在1148℃,4.3%C的液相发生共晶转变:Lc (AE+Fe3C),转变的产物称为莱氏体,用符号Ld表示.存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体,用符号Ld表示,组织由奥氏体和渗碳体组成;存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体,用符号Ldˊ表示,组织由渗碳体和珠光体组成.低温莱氏体是由珠光体,Fe3CⅡ和共晶Fe3C组成的机械混合物.经4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察,其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3C基体上,Fe3CⅡ和共晶Fe3C交织在一起,一般无法分辨.2.下半部分-----共析转变在727℃,0.77%的奥氏体发生共析转变:AS (F+Fe3C),转变的产物称为珠光体.共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不非液体.3.相图中的一些特征点相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G(A3点),S(A1点),它们的含义一定要搞清楚.根据相图分析如下点：相图中重要的点(14个)：1.组元的熔点: A (0, 1538) 铁的熔点;D (6.69, 1227) Fe3C的熔点2.同素异构转变点:N(0, 1394)δ-Fe γ-Fe;G(0, 912)γ-Fe α-Fe相图3.碳在铁中最大溶解度点: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),室温下碳在α-Fe 中的溶解度三相共存点:S(共析点,0.77,727),(A+F +Fe3C)C(共晶点,4.3,1148),( A+L +Fe3C)J(包晶点,0.17,1495)( d+ A+L )其它点B(0.53,1495),发生包晶反应时液相的成分F(6.69,1148 ) , 渗碳体K (6.69,727 ) , 渗碳体4. 铁碳相图中的特性线相图中的一些线应该掌握的线有:ECF线,PSK线(A1线),GS线(A3线),ES线(ACM线)水平线ECF为共晶反应线.碳质量分数在2.11%～6.69%之间的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共晶反应.5.水平线PSK为共析反应线碳质量分数为0.0218%～6.69%的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共析反应.PSK线亦称A1线.GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线, 通常称A3线.ES线是碳在A中的固溶线, 通常叫做Acm线.由于在1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%, 而在727℃时仅为0.77%, 因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中, 将从A中析出Fe3C.析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII). Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线.PQ线是碳在F中固溶线.在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%, 室温时仅为0.0008%, 因此碳质量分数大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中, 将从F中析出Fe3C.析出的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII).PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线.Fe3CIII 数量极少,往往予以忽略.6.相图中的相区1.单相区(4个+1个): L,δ,A,F ,(+ Fe3C)2.两相区(7个):L + δ,L + Fe3C,L + A, δ+ A ,A + F ,A + Fe3C ,F + Fe3C.三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响1．含碳量对铁碳合金平衡组织的影响按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时的组织组成物和相组成物间的定量关系2．含碳量对机械性能的影响渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；但当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低。

铁碳相图详解

Fe-C相图详解图1 Fe-Fe3C合金相图1、相图中的基本相及其符号表示（1）液相（L）：铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体。

（2）高温铁素体（δ）：碳固溶在δ-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，在1394℃以上存在；在1495℃时溶碳量最大，碳的质量分数为0.09%。

（3）铁素体（α/F）：碳固溶在α-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；由于晶格间隙很小，其溶碳能力很低，常温下仅能溶解为0.0008%的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02%，因此其性能几乎和纯铁相同，强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。

（4）奥氏体（γ/A）：碳固溶在γ-Fe中形成的间隙固溶体, 呈面心立方晶格结构，是钢铁的一种层片状的显微组织；由于八面体间隙较大，因此可以容纳更多的碳；奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。

（5）渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物；渗碳体的含碳量为ωc=6.67%，熔点为1227℃；其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大；在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对合金的性能有直接影响：一次渗碳体（Fe3C I）：液相合金冷却到液相线以下时析出的渗碳体，为块状。

共晶渗碳体（Fe3C共晶）：莱氏体中的渗碳体，呈骨骼/树枝状。

二次渗碳体（Fe3C II）：由奥氏体中析出的渗碳体，为网状。

共析渗碳体（Fe3C共析）：珠光体中的渗碳体，呈片状。

三次渗碳体（Fe3C III）：从铁素体晶界上析出，沿铁素体晶界呈断续片状/短棒状分布。

（6）珠光体（P）：铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物；力学性能介于两者之间。

（7）莱氏体（Ld/Ld’）：常温下是珠光体、渗碳体和共晶渗碳体的混合物；当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示；在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏。

铁碳相图原理及应用

① 由一片铁素体,一片渗碳体相间呈片层状形成
② 其性能介于 Fe 和 Fe3C之间 ③ 由成分为0.77%的A缓冷至727℃分解
得到
5.莱氏体(ld)
莱氏体(ld):奥氏体和渗碳体的机械混合物( A+ Fe3C )
① 由成分为 4.3% 的铁碳合金,在1148℃时从液相结晶得到
② 727℃ 以上的莱氏体称高温莱氏体,用ld表示 727℃ 以下的莱氏体称低温莱氏体,用 ld´表示 ③ 性能接近于渗碳体,硬度＞700HB,塑性很差.
ES线 Acm线，C在A中溶解度曲线,当温度低于此曲线时，要从A中析出
次生渗碳体Fe3CⅡ，所以这条线又是次生渗碳体开始析出线
ECF线物，莱共氏晶体线。，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合
PSK线 A1线(共析线)，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出
7.过共晶白口铸铁 (C%=5.0%为例,合金⑦)
7.过共晶白口铸铁 (C%=5.0%为例,合金⑦)
1.2.4按组织分区的铁碳合金相图
1.2.5碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响
根据铁碳合金平衡状态图和对各种铁碳合金平衡组织的分析可知，不同含C量的铁碳合金室温平衡组织都是由F和Fe3C这两个基本相组成。但含C量不同，铁碳合金中这两相的相对数量、形状和分布情况不同，因而各种成分的铁碳合金呈现出不同的组织形态，从而导致它们之间在性能上的差异。
C%=0.77%的合金为共析钢,组织为P。 0.77%＜C%＜2.11%的为过共析钢，其组
织为P＋CmII。 2.11%＜C%＜4.3%的合金为亚共晶铸铁，
组织为P＋CmII+Ld'。 C%=4.3%的合金为共晶铸铁，其组织为

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

金相组织识别——贝氏体
上贝氏体
上贝氏体在500℃~350℃形成，从图中可见在光学显微镜下呈羽毛状，电镜照片表明，它是由平行分布的铁素体片和分布在片间的断续而细小的渗碳体片共同组成。
金相组织识别——贝氏体
下贝氏体
下贝氏体在350℃~230℃形成，从图11可见在光学显微镜呈黑色针状，针的基体是铁素体，内部分布着细小的碳化物。
金相组织识别——铁碳合金的基本相
铁素体
Ferrite
碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（727℃时， α－Fe 最大溶碳量仅为0.0218％，室温下含碳仅为 0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度 (HB50~80)低，塑性(延伸率δ 为 30%~50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相似。
部分奥氏体不发生转变，而保留下来，称为残余奥氏体。此特征称为转变不完全性。
金相组织识别——典型钢铁组织
铁素体成分：C 0.03%, Si 0.33%, Mn 0.22%, P 0.014%, S 0.012%
热处理：950℃退火
金相组织识别——典型钢铁组织
珠光体+铁素体
成分：C 0.44%, Si 0.19%, Mn 0.73%, P 0.022%, S 0.011%
金相组织识别——铁碳合金的基本相
渗碳体 Fe3C
渗碳体是铁和碳形成的金属化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的斜方晶体结构，熔点为1227℃。渗碳体硬度极高（HB800），塑性几乎等于0，是硬脆相。在钢中，渗碳体以不同形态和大小的晶体出现在组织中，对钢的力学性能影响很大。在一定条件下（如高温长期停留或缓慢冷却），渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。
热处理：850℃水淬后，350℃回火
金相组织识别——典型钢铁组织
索氏体成分：C 0.81%, Si 0.18%, Mn 0.33%, P 0.022%, S 0.014%
热处理：820℃水淬；580℃回火
金相组织识别——典型钢铁组织
残留奥氏体成分：C 1.13%, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
金相组织识别——贝氏体
贝氏体转变的基本规律
根据实验的结果，贝氏体相变有如下的规律：贝氏体转变也是形核与长大的过程。因相变是由一种成分的奥氏体分解出铁素体及碳化物两相组织，转变必有碳的扩散，但铁原子与合金元素不发生扩散。且在许多的钢种中存在转变的不完全性。由于形成温度较低，碳原子扩散困难使得贝氏体中的碳化物的尺寸比珠光体中的碳化物细小，铁素体中碳的过饱和度增加。贝氏体的组织形态主要决定于形成温度，还与奥氏体中的含碳量有关。为了得到下贝氏体,奥氏体中的含碳量胞示意图
金相组织识别——珠光体
• 在727℃时，奥氏体（0.77%C） — 铁素体(0.02%C)+渗碳体Fe3C(6.67%C) • 奥氏体过冷到727℃以下在奥氏体晶界首先形成Fe3C晶核。Fe3C是高碳相必须依靠周围的奥氏体不断的供碳使它长大。随Fe3C核的横向长大在它两侧的奥氏体形成贫碳区。为铁素体的形成创造了条件，在侧面的贫碳区就形成铁素体晶核。 • 贫碳区形成铁素体的晶核长大。因铁素体是贫碳相随着它的长大必有一部分碳排出使相邻的奥氏体中富碳，又为Fe3C形核创造了条件。就在富碳区形成Fe3C核。如此反复形成层片状分布的组织。且铁素体与Fe3C同时向纵深长大形成珠光体组织。层片状分布大致分别相同的区域称为珠光体团。显然这是典型的扩散型相变。
珠光体
727℃
金相组织识别——贝氏体
如果将共析钢过冷到550℃~230℃之间并没有产生片间距更细的珠光体，而是产生了另一种新组织称为贝氏体 (Bainite）。它也是由铁素体加碳化物组成，但碳化物是非层片状分布的。这是因为珠光体转变是受碳在奥氏体中的扩散控制，同时铁原子也要发生扩散。如果过冷度很大，转变的温度达到相当的低，使铁原子无法发生扩散，同时碳的扩散也受到影响，显然不可能发生珠光体转变了，就会使转变的规律发生变化，产生贝氏体组织。由于形成的温度不同使贝氏体的形貌有所不同，又将贝氏体分成上贝氏体(Upper Bainite)与下贝氏体(Lower Bainite)。其形貌如图8、9所示。
金相组织识别——典型钢铁组织
球状渗碳体成分：C 1.13 %, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
热处理：780℃退火1小时后徐冷
金相组织识别——典型钢铁组织
屈氏体成分：C 0.81%, Si 0.25%, Mn 0.36%, P 0.014%, S 0.009%
金相组织识别——马氏体
当高温的奥氏体获得极大的过冷（对共析钢要过冷到230℃以下）造成碳无法扩散，碳化物无法从奥氏体中析出，就形成一种非平衡的新组织。试验表明，虽然碳无法从奥氏体中扩散出来，但是奥氏体仍然从原来γ—Fe的FCC结构转变成α—Fe的BCC结构。因为没有碳化物的析出，所以碳就过饱和的溶解在BCC结构中将晶格拉长变成了BCT结构。钢中形成的这种碳在α—Fe中过饱和的固溶体就被称为马氏体（Martensite）。有两种典型的组织：板条马氏体与片状马氏体。
金相组织识别——铁碳相图
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和 Fe-石墨双重相图。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论
热处理：1030℃油冷
金相组织识别——典型钢铁组织
马氏体＋球状渗碳体成分：C 1.13 %, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
热处理：球化珠光体组织加热到800℃水冷，100℃回火
金相组织识别——典型钢铁组织
屈氏体＋马氏体成分：C 0.41%, Si 0.25%, Mn 0.73%, P 0.015%, S 0.011%
金相组织识别——铁碳相图
铁碳相图
纯铁的同素异晶转变如下：
共析成分的Fe-C合金升温转变成奥氏体之后,在不同冷却条件下奥氏体所发生的相变。主要有三种不同的相变过程：珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变。
金相组织识别——铁碳相图
单相区——5个液相区(L)——ABCD以上区域 δ 固溶体区——AHNA 奥氏体区(γ )——NJESGN 铁素体区(α )——GPQ以左渗碳体区(Fe3C)——DFK直线两相区——7个 L+δ ——AHJBA L+γ ——BJECB L+ Fe3C——DCFD δ +γ ——HNJH γ +α ——GPSG γ + Fe3C——ESKFCE α + Fe3C——PQLKSP 三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ +γ ) 共晶线——水平线ECF(L+γ +Fe3C) 共析线——水平线PSK(γ +α + Fe3C)
热处理：850℃油冷
金相组织识别——典型钢铁组织
马氏体+铁素体成分：C 0.33%, Si 0.17%, Mn 0.74%, P 0.027%, S 0.015%
热处理：从950℃炉冷到750℃后水淬
金相组织识别——典型钢铁组织
魏氏组织成分：C 0.33%, Si 0.17%, Mn 0.74%, P 0.027%, S 0.015%
热处理：930℃退火
金相组织识别——典型钢铁组织
珠光体+网状渗碳体成分：C 1.13%, Si 0.17%, Mn 0.45%, P 0.022%, S 0.009%
热处理：900℃退火
退火或者正火时，由于加热温度过高或者冷却过分缓慢会造成先共析相沿奥氏体晶界析出。亚共析钢中的先共析铁素体或过共析钢中的二次渗碳体析出后形成网状组织。此乃网状渗碳体的形成原因 .知道了形成原因就不难解决问题了。即热处理时温度不能升的太高，冷却速度不能过于缓慢。在进行淬火时，亚共析钢中的网状组织会自行消除，而过共析钢中的网状组织则不能，必须进行一次正火处理，即把过共析钢的温度加热到Accm温度以上30-50度，网状组织也就是二次渗碳体会自动溶入奥氏体当中。
金相组织识别——马氏体
板条状马氏体板条状马氏体光学显微镜下的特征是：束状组织，每一束内有条，条与条间以小角度晶界分开，而束与束间有较大的夹角。
金相组织识别——马氏体
片层状马氏体片层状马氏体光学显微镜下的特征是：细针状或竹叶状，片与片之间以一定的夹角相交。一个重要的规律是：奥氏体的晶粒越粗大，马氏体的片也越粗大。
金相组织识别——马氏体
对马氏体的转变机理目前尚不完全清楚。但根据大量的试验结果可归纳出以下的转变特征(相对于扩散性相变具有的一些特点)： • 因为转变温度很低，相变驱动力大，使铁原子发生迁移，奥氏体由原来的FCC 结构变成BCC结构。Fe原子的移动时是以马氏体与母相的界面为固定的平面，每一个原子均相对于相邻的原子以相同的矢量移动，且移动的距离不超过原子间距，移动后仍然保持原有的近邻关系。这种方式为切变。 • 因转变的温度很低，碳及合金元素均无法扩散，造成原奥氏体中的化学成分与马氏体中的化学成分完全一致，这一特征称为无扩散性。 • 马氏体的形成的速度极快。只要有过冷度到马氏体开始转变的温度（Ms点）会立即以高速形成相当数量的马氏体，在一般的钢中如果在Ms点以下的某一温度延长时间，马氏体的数量不会增加。只有不断的降温，马氏体的数量才可以不断的增加。一旦到了马氏体转变终了温度（Mf点）再降温马氏体的数量也不再增加。这种特征称为变温形成瞬时长大。 • 根据变温形成瞬时长大特征可知，即使到了Mf点（一般在室温以下）也会有一

金相组织识别——铁碳相图

合集下载