⑴ 铁碳合金有几种基本相
铁碳合金的基本组织有五个,分别是:铁素体(Fe)、奥氏体(A)、渗碳体(Fe3C或Cm)、珠光体(P)、莱氏体(Ld)。
⑵ 铁碳合金相图的具体分析过程
铁碳合金相图主要涉及铁素体、奥氏体和渗碳体三种基本相。铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,具有体心立方晶格,室温下几乎不含碳,因此硬度低、塑性高,具有铁磁性。其力学性能特点是塑性、韧性好,强度和硬度较低。在亚共析钢中,铁素体呈白色块状分布,而在含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体周围。
奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,具有面心立方晶格,最高溶碳量为2.11%,在727℃时溶碳量为0.77%。奥氏体是一种高温组织,硬度低、塑性高,适用于热变形加工。奥氏体具有顺磁性,适用于要求不受磁场的零件或部件。其组织与铁素体相似,但晶界较为平直,常有孪晶存在。
渗碳体是铁和碳形成的金属化合物,化学分子式为Fe3C,熔点为1227℃。渗碳体硬度高、脆性大,耐腐蚀。在显微镜下,渗碳体呈白色,用4%苦味酸溶液浸蚀后呈暗黑色。渗碳体是钢中的强化相,根据生成条件不同,渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态,其大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响。
铁碳合金相图分为上下两部分,上半部分涉及共晶转变,下半部分涉及共析转变。在1148℃,4.3%的液相发生共晶转变,产物为莱氏体。存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体,组织由奥氏体和渗碳体组成;在727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或低温莱氏体,组织由渗碳体和珠光体组成。
在727℃,0.77%的奥氏体发生共析转变,产物为珠光体。共析转变与共晶转变的区别在于转变物是固体而非液体。相图中的特征点包括A、D、E、C、G(A3点)、S(A1点),这些点的含义需要掌握。特性线包括ECF线、PSK线(A1线)、GS线(A3线)、ES线(ACM线)。水平线ECF为共晶反应线,碳质量分数在2.11%~6.69%之间的铁碳合金在平衡结晶过程中均发生共晶反应。
水平线PSK为共析反应线,碳质量分数为0.0218%~6.69%的铁碳合金在平衡结晶过程中均发生共析反应。GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线,通常称A3线。ES线是碳在A中的固溶线,通常叫做Acm线。碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中,将从A中析出Fe3C,析出的渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)。PQ线是碳在F中固溶线,在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%,室温时仅为0.0008%。
含碳量对铁碳合金组织和性能的影响显著。含碳量增加会使材料硬度和强度提高,但塑性和韧性降低。渗碳体含量越多,分布越均匀,材料的硬度和强度越高,塑性和韧性越低。含碳量过高或过低都会降低切削加工性能。低碳钢的塑性适中、硬度在HB200左右,切削加工性能最好。铸铁的流动性比钢好,靠近共晶成分的铸铁结晶温度低,流动性好,具有良好的铸造性能。
一般而言,含碳量越低,钢的焊接性能越好,因此低碳钢比高碳钢更容易焊接。