鐵碳合金(史上最好用的)

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1、第一節(jié)鐵碳合金中的相與基本組織一、Fe的同素異晶轉(zhuǎn)變及晶格結(jié)構(gòu)Fe是元素周期表中第26號元素，相對分子質(zhì)量56、體積質(zhì)量7.8/cm3、熔點1538℃。Fe具有同素異晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。所謂同素異晶轉(zhuǎn)變是指金屬在結(jié)晶成固態(tài)之后繼續(xù)冷卻的過程中晶格類型隨溫度下降而發(fā)生變化的現(xiàn)象，也稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異晶轉(zhuǎn)變也是通過成核長大的過程來完成原子重新排列的，也是一種結(jié)晶過程，也有結(jié)晶潛熱產(chǎn)生。但是，它是在固態(tài)下進行的晶格類型的轉(zhuǎn)變，有別于液態(tài)金屬的凝固結(jié)晶，也有別于變形金屬再固態(tài)下的再結(jié)晶。因此，同素異晶轉(zhuǎn)變也被稱為重結(jié)晶，是一種固態(tài)相變。

2、由于晶格類型不同，其原子排列的致密度也不同。因此，在同素異晶轉(zhuǎn)變時，會引起宏觀體積的變化和內(nèi)應(yīng)力的增加。由于同素異晶轉(zhuǎn)變時也有潛熱釋放，所以，在金屬冷卻曲線上也會以一個平臺形式表現(xiàn)出來。只是比結(jié)晶平臺小些。圖5-1是鐵的冷卻曲線。從冷卻曲線上可見到第一個1538℃的平臺是鐵的結(jié)晶溫度。結(jié)晶后是體心立方晶格dFe。當溫度降到1394℃出現(xiàn)第二個平臺。這是Fe在固態(tài)下第一次同素異晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變成為面心立方的gFe。當繼續(xù)冷卻到912℃時出現(xiàn)第三個平臺，這是Fe的第二次同素異晶轉(zhuǎn)變。變成體心立方的bFe。當繼續(xù)冷卻到769℃時出現(xiàn)第

3、四個平臺。這個平臺對應(yīng)的溫度稱為居里點。它不是同素異晶轉(zhuǎn)變，因為沒有晶格類型的變化。只是Fe原子的外層電子排列的變化引起Fe的磁性狀態(tài)的改變。使Fe由順磁性變成鐵磁性，使透磁率增加數(shù)萬倍。晶格類型雖然仍是體心立方，但是晶格常數(shù)減小了。由0.293nm變成0.233nm。這種具有鐵磁性的體心立方晶格的鐵稱為aFe。在不是專門研究材料磁性時，同時體心立方結(jié)構(gòu)的bFe和aFe可不加以區(qū)分統(tǒng)稱為aFe。我們在這里主要是討論鐵碳合金的力學性能，可以不必區(qū)分bFe和aFe。認為912℃的同素異晶轉(zhuǎn)變是由gFe轉(zhuǎn)變成aFe。鐵的同素異晶轉(zhuǎn)

4、變可簡單的記作：dFe←→gFe←→aFe。正因為Fe具有這種同素異晶轉(zhuǎn)變才使得鋼也存在多種固體相變。這正是鋼可以進行各種熱處理的基礎(chǔ)。二、鐵碳合金中的相鐵碳合金的組元Fe與C相互作用可以形成幾種很重要的相。碳在Fe-C合金中的存在形式主要有三種：固溶到鐵晶格間隙中的固溶碳、與Fe形成間隙化合物的化合碳、游離在Fe-C合金中的游離碳。鐵與碳相互作用形成的主要相有以下幾種：1.鐵素體：鐵素體是碳原子固溶到a-Fe中形成的間隙固溶體。代號為F或a。雖然aFe的體心立方晶格總空隙度較大（32％），但是每個具體的空隙直徑都不大，僅有

5、0.072nm，遠小于碳原子的直徑（0.154nm）。所以，碳在a-Fe中的溶解度很小。室溫時溶解度Wc≤0.0008％≈0。最大溶解度在727℃，Wc≈0.0218％。碳原子在aFe晶格間隙中的可能位置見圖5-2。鐵素體是一種強度不高但是塑性很好的相，見表5-1。鐵素體是鋼鐵材料在室溫室時的重要相，常作為基體相存在。2.奧氏體：它是碳原子固溶到gFe中所形成的間隙固溶體。代號為A或g。它存于727℃以上。面心立方的gFe雖然總間隙為26％，小于aFe。但是，具體間隙的直徑卻較大，最大的直徑是0.104nm近于碳原子直徑。所

6、以碳原子在gFe中的溶解度大于在a-Fe中的溶解度。在727℃時，wc＝0.77％最大溶解度在1148℃時，wc≈2.11％。碳原子在gFe晶格間隙中的可能位置，見圖5-3。奧氏體是一種強度不高塑性很好的高溫相。是熱變形加工所需要的相。一般情況奧氏體不存在于室溫。3.滲碳體它是鐵與碳形成的間隙化合物。分子式是Fe3C。其晶體結(jié)構(gòu)見圖2-16。有固定的Wc＝6.69％，熔點為1227℃?？梢暈槭且环N組元。滲碳體是具有高硬度、高脆性、低強度和低塑性的相見表5-1。滲碳體也是鋼鐵材料在室溫下的重要相。常作為鋼的第二相彌散強化的強化

7、相。4.石墨它是Fe-C合金中游離存在的碳，代號G。它以簡單六方晶格結(jié)構(gòu)存在。強度、塑性、硬度都很低。在鋼中通常是不允許它存在。否則會降低鋼的力學性能。但是在鑄鐵材料中為了增加鑄鐵的切削加工性和降低鑄鐵的脆性并能保證一定的強度和韌性，常采用一些工藝措施使大多數(shù)的化合碳轉(zhuǎn)變成游離碳的石墨。使鑄鐵由白口變成灰口，成為有用的工程材料（詳見鑄鐵一章）。還有，在1394℃以上有一個δ鐵素體相。它是碳固溶到δFe中形成的一種間隙固溶體高溫相，在1495℃時有最大的溶解度為Wc≈0.09％。但是在我們所討論的范圍內(nèi)一般用不到這個相。此外，

8、鐵碳合金在液態(tài)時成為液相，代號是L。上述這些相，在Fe-C合金中的顯微組織中均被稱為相組成物。在室溫下，鐵碳合金中最重要的相是鐵素體和滲碳體。它們在鋼鐵材料中既可一獨立存在，也可以以機械混合物形式組成一些基本組織。三、鐵碳合金中的基本組織在鐵碳合金中，當wc=0.77％，溫度在727℃時，