工程材料/鐵碳合金

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鐵碳合金就是基本組員為鐵和碳的合金,它是工業上應用最為廣泛的合金。

普通的碳鋼和鑄鐵都屬於鐵碳合金,合金鋼和合金鑄鐵實鑄鐵都屬於鐵碳合金,合金鋼和合金鑄鐵實際上都是加入合金元素的鐵碳合金。

鐵碳合金的基本相包括,鐵素體、奧氏體和滲碳體Fe3C。

鐵素體[編輯]

純鐵在912°C以下為具有體心立方晶格的α-Fe 。碳溶於α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體,常用符號F或α表示。

由於體心立方的間隙小,因此碳在α-Fe中的溶解度很小,在727°C時為0.0218%,在20°C時僅為0.0008% 。

鐵素體的力學性能特點是,強度、硬度較低,但塑性、韌性較好。

奧氏體[編輯]

純鐵在912°C~1394°C之間為面心立方晶格的γ-Fe,碳溶於γ-Fe中形成的間隙型固溶體成為奧氏體,常用符號A或γ表示。

由於γ-Fe的面心立方晶格中的間隙相對較大,所以碳在γ-Fe中的溶解度較大。1148°C時的最大溶解度為2.11%,在727°C的溶解度為0.77 %。

奧氏體具有較低的硬度、良好的塑性和較低的變形抗力,適用於壓力加工

滲碳體[編輯]

滲碳體是鐵和碳形成的共價鍵結合的金屬化合物,具有不同於鐵或碳的複雜晶體結構。滲碳體的分子式為Fe3C,其含碳量為6.69%。

滲碳體的強度低,硬度卻非常高,塑性幾乎為零,熔點為1227°C。

滲碳體是碳鋼中的強化相,它的形狀、大小、數量和分布對鋼的性能影響較大。

滲碳體是是一種亞穩相,在一定條件下分解形成石墨。

鐵碳合金在常溫下的相主要有鐵素體和滲碳體。由於碳在α-Fe中的溶解度很小,所以常溫下,碳主要以滲碳體的形式存在鐵碳合金中。又由於滲碳體是亞穩相,當鐵碳合金中的碳含量較大時(如鑄鐵中),將易於析出鐵素體和石墨。