金属学复习【4】 — 铁碳合金相图[通俗易懂]

第一部分 — Fe – C相图与Fe – Fe3C相图

在铁三碳中按质量分数来分的话，碳占6.69% 纯铁在常压下具有三种结构，每种结构都有专门的符号命名

bcc(体心立方结构) fcc（面心立方结构）

这三个从左往右分别在常温（α铁），中高温，高温

同素异晶转变（同一元素，结构变化）

912℃这个转变温度被称为A3点

1394℃这个转变温度被称为A4点

热分析图中最终的α铁偏离理论线路的原因是 — 磁性转变

热膨胀曲线 — 将纯铁熔化化后降温，记录降温过程中铁的摩尔体积的变化

由于降温过程中会发生结晶转变，从液体转变为固态晶体 — 摩尔体积下降 — 而结晶反应又是不变反应，所以降温过程中会在某一个温度发生摩尔体积突变 — 这是第一次吊塔铁结晶突变的原因

接着是第二次摩尔体积突变γ铁是fcc密排结构，而吊塔铁是bcc疏排结构，所以再一次发生摩尔体积下降，不过这是固体转变为固体，所以转变不大

γ铁转变为α铁的时候又从密排变疏排（两个固态），所以摩尔体积微微上升

ps :过了结晶过程和同晶转变后的过程都是遵守热胀冷缩原理，随着温度的降低，摩尔体积在不断的变小

 graphite — 石墨碳

 最大碳含量发生在共析温度727℃

1148℃是共晶温度，wt.%是重量百分比

左边的图是bcc结构的八面体间隙，右边的图是fcc结构的八面体间隙 

左边八面体间隙的晶格常数是0.067a，a是晶格常数

C表示碳原子的个数，VA表示空着的八面体间隙个数

 渗碳体就是铁三碳，是亚稳态化合物，也是化学计量比化合物

α铁是铁素体，γ铁是奥氏体

第二部分 — 工业纯铁的平衡冷却过程

当往下降温的时候，如果碰上了共晶线的化就会发生共晶反应 

下面这一段PQ线是三次渗碳体（铁三碳）的析出线 

那些看起来比较粗的晶界就分布着薄片状的三次渗碳体

第三部分 —   铁碳合金的成分，组织与机械性能

 渗碳体有很多不同的组织形式，有一次（直接从液相中析出），二次（从奥氏体中析出），三次（从铁素体中析出），共析渗碳体是在珠光体中片层分布的渗碳体以及，在莱氏体重作为基体的共晶渗碳体。渗碳体的相就一个，但是它有五种不同的存在形式。

室温下铁碳合金只有两个相 — 铁素体和渗碳体，同时还有六个组织组成物

（珠光体是铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物用符号“P”表示。碳素钢中珠光体组织的平均碳含量约为0.77% 。它的力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著增高，塑性、韧性比铁素体要差，但比渗碳体要好得多。

珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织， [1]  是铁碳合金中最基本的五种组织之一。 [2]  代号为P）

Ld是高温莱氏体的代号，Ld‘是低温莱氏体的代号，二者的组成不同

最左边上面那个是工业纯铁 — 有铁素体和晶界处的片状三次渗碳体组成 

随着含碳量的增加来到了亚共析钢 ，其组成是先共析铁素体和珠光体（工业纯铁下面那个）

如果刚好在共析点的化则会的到一个百分百的珠光体

然后含碳量再增加就会来到过共析钢，其组成物是珠光体和在珠光体晶界上分布的二次渗碳铁

含碳量再次增加 — 来到了铁的范畴，首先是亚共晶白口铁

得到的是珠光体和珠光体晶界上分布的二次渗碳体

对于共晶成分得到的是一个低温莱氏体，过共晶成分则是低温莱氏体和一次渗碳体

铁碳合晶中只有两种相，一种是很软的铁素体，一种是很硬的渗碳体

线条上的符号从上往下分别是：

硬度  — 含碳量提高 ， 渗碳体相占比不断上升 — 硬度单调递增

抗拉强度 — 随着珠光体含量的增加，抗拉强度不断提高，但是在含碳量为1.0左右的时候，就到了过共析钢的范围，产生了二次渗碳体，二次渗碳体在晶界上的分布导致了材料沿晶界的断裂，所以在拉伸的时候其强度会降低

 紫色和红色的线所代表的物理量分别是伸长率和断面收缩率 — 它们都是塑性指标— 它们都会随着先共析铁素体的含量减少而不断的降低的

冲击韧性 — 有二次渗碳体出现的话，就会显著的降低，其它时候就是随着含碳量的增加而降低

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