铁碳合金

铁碳合金系列知识 目录

第一节 铁碳合金的基本组织
第二节 Fe-Fe3C 相图
第三节 非合金钢（碳钢）

第一节  铁碳合金的基本组织

       铁碳合金中的 Fe 和 C 可形成铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体三个基本相。另：这些基本相以机械混合物的形式结合还可形成珠光体（P）和莱氏体（Ld)。铁碳合金中这些基本组织性能各异，其数量、形态、分布直接决定了铁碳合金的性能。

一、铁素体（ferrite）

    [铁素体]：是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”（或α）表示，呈体心立方晶格，碳在α-Fe中溶解度极小，室温时仅为0.0008%，在727℃时达到最大溶解度0.0218%。铁素体的显微组织为多边形晶粒。

    [铁素体性能]：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）。

铁素体晶体结构



铁素体显微组织
 

二、奥氏体（Austenite）

    [奥氏体]：是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”（或γ）表示，呈面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶解度要比在α-Fe中大，在727℃时为0.77%，在1148℃时溶解度最大，可达2.11%。

    [奥氏体性能]：具有一定的强度和硬度（σb=400 MPa，170~220HBS），塑性和韧性也好（δ=40%~50%）。

    奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为727~1394℃，显微组织为多边形晶粒，晶粒内常可见到孪晶（昌粒的平行的直线条），生产中利用奥氏体塑性好的特点，常将钢加热到高温奥氏体状态进行塑性加工。

 
 奥氏体晶体结构


 
奥氏体显微组织
 

三、渗碳体（Cementite）

    [渗碳体]：是铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物，用化学分子式“Fe₃C”表示。它的碳质量分数Wc=6.69％，熔点为1227℃，

    [渗碳体性能]：其力学性能特点是硬度高，脆性大，塑性几乎为零。

    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。

 
渗碳体晶体结构Fe3C
 

四、珠光体（Pearite）

    [珠光体]：是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号“P”表示，珠光体是奥氏体冷却时，在727℃发生共析转变的产物，碳质量分数平均为Wc=0.77%。显微组织为由铁素体片与渗碳体片交替排列的片状组织，高碳钢经球化退火后也可获得球状珠光体（也称粒状珠光体）。

    [珠光体性能]：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（σb=770MPa、180HBS、δ=20%~35%、AKU=24~32J）。

  
片状珠光体显微组织                         球状珠光体显微组织
 

五、莱氏体（Ledeburite）

    [莱氏体]：是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。莱氏体是碳的质量分数Wc=4.3%的铁碳合金冷却到1148℃时共晶转变的产物，存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，用符号“Ld”表示，组织由奥氏体和珠光体组成；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。

    [莱氏体性能]：莱氏体的力学性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零。

 
莱氏体显微组织