第三章鐵碳合金[本章內容][重點掌握]3.1鐵碳合金的基本組織3.2鐵碳合金相圖3.3鐵碳合金成分、組織與性能之間的關系3.4鐵碳合金相圖的主要作用1.鐵碳合金的基本組織；鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體的結構和性能特點及顯微組織形貌；2.鐵碳合金相圖中各點、線、區(qū)的含義，了解成份、溫度、組織、相之間的關系和變化規(guī)律，根據(jù)相圖，分析各種典型成份的鐵碳合金的結晶過程；3.鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關系；4.鐵碳相圖的應用。[重點掌握]

3.2鐵碳合金相圖目前應用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為0～6.69%的鐵碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因為含碳量大于6.69％的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價值。右圖為簡化后的Fe－Fe3C狀態(tài)圖。

3.2.1Fe－Fe3C相圖分析鐵碳合金的分類

3.2.2典型鐵碳合金的結晶過程分析3.2.2典型鐵碳合金的結晶過程分析1)工業(yè)純鐵（C%≤0.0218%）組織組成物：F和Fe3CIIIL--->L+A--->A--->A+F--->F+Fe3CIII（鐵碳相圖）Fe3CⅢ以不連續(xù)網狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。2）共析鋼的結晶過程1點溫度以上，合金處于液態(tài)；緩冷到1點溫度時，開始從液相結晶出奧氏體，溫度繼續(xù)下降，奧氏體量逐漸增加；直至2點溫度結晶終止，液相全部結晶為奧氏體；2點至3點間為單一奧氏體的冷卻；當溫度降到S點時，奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉變，轉變?yōu)橹楣怏w（層片狀F+Fe3C）；S點以下，珠光體冷卻至室溫。共析鋼Wc=0.77%L--->L+A--->A--->A+P--->P相組成物：F和Fe3C珠光體共析鋼的顯微組織3）亞共析鋼的結晶過程

亞共析鋼在3點以前的結晶過程與共析鋼類似；當緩冷到3點時，從均勻的奧氏體中開始析出鐵素體；溫度繼續(xù)下降，鐵素體量逐漸增加，奧氏體量逐漸減少，尚未轉變的奧氏體的碳含量沿GS線逐漸增加；當緩冷到4點(727℃)時，剩余的奧氏體的Wc=0.77%，發(fā)生共析轉變而形成珠光體；0.0218%<Wc<0.77%L--->L+A--->A--->A+F--->A+P+F--->P+F

相組成物：F，F(xiàn)e3C

共析轉變結束后，合金組織由鐵素體加珠光體組成，冷卻到4點以下，組織不再產生改變。所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218～0.77%C

范圍內珠光體的量隨含碳量增加而增加。（白亮色部分為F，高倍放大時為層片狀的為P）4）過共析鋼的結晶過程過共析鋼在3點以前與共析鋼類似；當緩冷到3點溫度時，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；隨著溫度繼續(xù)下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；溫度降到4點(727℃)時；剩余奧氏體恒溫下發(fā)生共析轉變而形成珠光體；共析轉變結束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。L--->L+A--->A--->A+Fe3CII

--->A+P+Fe3CII--->P+Fe3CII相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：P，F(xiàn)e3CIIWc>0.77%T12鋼980℃退火組織(片狀或黑色—P白色網狀--Fe3CII)所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數(shù)量減少，網狀二次滲碳體的數(shù)量增加，并變得更粗大。含1.4%C鋼的組織5)共晶白口鐵（C%=4.3%）L--->L+Ld--->Ld(A+Fe3C共晶)--->Ld(A+Fe3C共晶+Fe3CII)--->L’d(P+Fe3CII+Fe3C)共晶白口鐵金相（斑點狀）

相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：L'd(黑色—P白色--Fe3C)6)亞共晶白口鑄鐵2.11%<C%<4.3%

相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：P，L’d，F(xiàn)e3CII亞共晶白口鐵金相

(黑色塊狀或樹枝狀—P基體—低溫萊氏體白亮色--Fe3CII)7)過共晶白口鑄鐵

過共晶白口鐵金相

相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：L’d，F(xiàn)e3CⅠ

(基體—Ld’

白色條狀--Fe3CⅠ)3.3鐵碳合金成分、組織與性能的關系1.含碳量對室溫平衡組織的影響

鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。根據(jù)杠桿定律的計算結果，可求出含碳量與緩冷后的相及組織組成物之間的定量關系：隨含碳量增加，組織中Fe3C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在F

基體內(P中Fe3C)變?yōu)榉植荚贏晶界上(Fe3CⅡ)，最后形成萊氏體時，F(xiàn)e3C已作為基體出現(xiàn)。

2.含碳量對力學性能的影響強度：當Wc<0.9％時，隨著Wc增加，P量增加，鋼的強度不斷提高；當Wc=

0.77%時，組織為100%P。當Wc>0.9％時，由于滲碳體在晶界呈網狀分布，使鋼的強度下降。當Wc＞2.11%,組織中有以Fe3C為基的L’d，合金太脆。硬度：隨Wc的增加而提高。

塑性：隨Wc的增加而迅速降低。

沖擊韌性：隨Wc的增加而迅速降低。

3.含碳量對工藝性能的影響⑴切削性能：中碳鋼比較合適。⑵可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。⑶鑄造性能：共晶成分附近的合金鑄造性能好。⑷焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。⑸熱處理性能：第四章介紹。焊縫組織鑄造3.4F