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铁碳相图

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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%]
  • 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%]


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LBH⇌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。