工程材料/Fe-C相图
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Fe-C相图上的各种合金
[编辑]- 工业纯铁 [ω(C)≤0.0218%]
- 碳素钢 [0.0218%<ω(C)≤2.11%] 按含碳量又可分为三类:
- 亚共析钢[0.0218%<ω(C)<0.77%]
- 共析钢[ω(C)=0.77%]
- 过共析钢[0.77%<ω(C)≤2.11%]
- 亚共析钢[0.0218%<ω(C)<0.77%]
- 白口铸铁 [2.11%<ω(C)<6.69%] 按含碳量又可分为三类:
- 亚共晶白口铸铁[2.11%<ω(C)<4.3%]
- 共晶白口铸铁[ω(C)=4.3%]
- 过共晶白口铸铁[4.3%<ω(C)≤6.69%]
- 亚共晶白口铸铁[2.11%<ω(C)<4.3%]
Fe-C相图中的点和线
[编辑]Fe-C相图中的特性点
[编辑]| 符号 | 温度（摄氏度） | ω(C)（%） | 含义 | |
|---|---|---|---|---|
| 温度 | ω(C) | |||
| A | 1538 | 0 | 纯铁的熔点 | |
| B | 1495 | 0.53 | 包晶转变时液态合金的成分 | |
| C | 1148 | 4.30 | 共晶点 | |
| D | 1227 | 6.69 | 渗碳体的熔点 | 渗碳体的含碳量 |
| E | 1148 | 2.11 | 共晶转变温度 | 碳在γ-Fe中的最大溶解度 |
| F | 1148 | 6.69 | 渗碳体的含碳量 | |
| G | 912 | 0 | γ-Fe⇌α-Fe同素异构转变温度 | |
| H | 1495 | 0.09 | 碳在δ-Fe中的最大溶解度 | |
| J | 1495 | 0.17 | 包晶点 | |
| K | 727 | 6.69 | 共析转变温度 | 渗碳体的含碳量 |
| M | 770 | 0 | α-Fe的磁性转变温度 | |
| N | 1394 | 0 | δ-Fe⇌γ-Fe同素异构转变温度 | |
| O | 770 | 0.5 | ||
| P | 727 | 0.0218 | 共析转变温度 | 碳在α-Fe中的最大溶解度 |
| S | 727 | 0.77 | 共析点 | |
| Q | 室温 | 0.008 | 室温时碳在α-Fe中的溶解度 | |
Fe-C相图中的线
[编辑]- ABCD——液相线，铁碳合金冷却时开始结晶/加热时完全融化的理论温度连线，此线以上全部为液相。
- AHJECF——固相线，铁碳合金加热时开始融化/冷却时完全结晶的理论温度连线，此线以下全部为固相。
- HJB——包晶线，该线所在温度为1495℃。凡0.09%≤ωC≤0.53%（即ωC值落在H点和B点横坐标间的的铁碳合金)在此温度下均会发生包晶转变,反应式为LB+δH⇌AJ，包晶转变的产物是单相奥氏体。
- ECF——共晶线，该线所在温度为1148℃。凡2.11%≤ωC≤6.69%（即ωC值落在E点和F点横坐标间的的铁碳合金)在此温度下均会发生共晶转变,反应式为LC⇌(AE+Fe3C)，共晶转变的产物是由奥氏体和渗碳体组成的共晶体,称为莱氏体,用符号Ld表示。
- PSK——共析线，该线所在温度为727℃。凡0.0218%≤ωC≤6.69%（即ωC值落在P点和K点横坐标间的的铁碳合金)在此温度下均会发生共析转变,反应式为AS⇌(FP+Fe3C)，共析转变的产物是由铁素体与渗碳体组成的共析体,称为珠光体,用符号P表示。
- ES——碳在奥氏体中的溶解曲线,又称Acm线。在1148℃（E点处）时，碳在奥氏体中溶解度最大，为2.11%;在727℃（S点处）时，碳在奥氏体中溶解度最小，为0.77% 。所以凡是ωC≥0.77%的铁碳合金,在由1148℃缓冷至727℃时都会沿奥氏体晶界析出渗碳体,称为二次渗碳体,用符号Fe3CII表示。
- PQ——碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃（P点）时，碳在铁素体中的溶解度最大，为0.0218%;温度越低溶解度越小，室温下（Q点）处溶解的只有0.0008% 。因此凡是ωC≥0.0008%的铁碳合金,在由727℃缓冷至室温时都会沿着铁素体晶界析出渗碳体,称为三次渗碳体,用符号Fe3CIII表示。但三次渗碳体析出量很少,一般不予考虑。
- GS——奥氏体与铁素体之间的转变曲线，又称A3线。此线以上全部为奥氏体。
Fe-C相图的应用
[编辑]Fe-C相图在选材方面的应用
[编辑]建筑结构用钢材要求塑性、韧性好，宜选用低碳钢；
机械零件设计，由于要求强度、塑性和韧性具有良好的配合，宜选用中碳钢；
模具或工具要求材料硬度高、耐磨性好，宜选用高碳钢。
白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。
Fe-C相图在铸造工艺方面的应用
[编辑]根据Fe-Fe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50℃～100℃。
从相图上可看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。
在铸钢生产中, 碳质量分数在0.15%-0.6%之间, 因为这个范围内钢的结晶温度区间较小, 铸造性能较好。
Fe-C相图在热锻、热轧工艺方面的应用
[编辑]钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。
一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100℃～200℃范围内。一般始锻温度为1150℃～1250℃，终锻温度为750℃～850℃。
Fe-C相图在热处理工艺方面的应用
[编辑]Fe-Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退火、正火、淬火、回火的加热温度都是依据Fe-Fe3C相图确定的。这将在热处理一节中详细阐述。