铁碳相图,你还记得吗?

 
铁碳相图,你还记得吗?

首先,想要了解铁碳合金、铁碳相图,则需要一些准备知识,比如合金、相、组元成分的概念等,基本如下:


合金:
一种金属元素与另外一种或几种元素,通过熔化或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。


相:
合金中同一化学成分、同一聚集状态,并以界面相互分开的各个均匀组成部分。


固溶体:
是一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中,而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体,固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。


固溶强化:
由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点,使晶格发生畸变,使固溶体硬度和强度升高,这种现象叫固溶强化现象。


金属化合物:
合金的组元间以一定比例发生相互作用儿生成的一种新相,通常能以化学式表示其组成。


铁碳合金相图实际上是Fe-Fe
3
C
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。

 


在铁碳合金中一共有三个相,即铁素体,奥氏体和渗碳体。


1.
铁素体


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,*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。


δ=30%~50%,AKU=128~160J σb=180~280MPa,50~80HBS.


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。


2.
奥氏体


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,*多有2.11%(1148℃时),727℃时为0.77%.


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.


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.


3.
渗碳体


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%溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑色.


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.


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。

 


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