◆王彩霞

(衡水學(xué)院分院)

鐵碳合金相圖的教學(xué)分析

◆王彩霞

(衡水學(xué)院分院)

對(duì)Fe－Fe3C相圖進(jìn)行了全面分析，闡述了鐵碳合金基本相鐵素體、奧氏體和滲碳體的定義、力學(xué)性能、特點(diǎn)等，用鐵碳合金基本相和相圖的規(guī)律來(lái)分析鐵碳合金相圖的點(diǎn)、線和各區(qū)域組織。

鐵碳合金 教學(xué)過(guò)程 重點(diǎn)難點(diǎn)

一、鐵碳合金中的基本相

1.鐵素體(F)

鐵素體是碳在α－Fe中的間隙固溶體，體心立方晶格，雖然BCC的間隙總體積較大，但單個(gè)間隙體積較小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727℃時(shí))，室溫時(shí)幾乎為0，因此鐵素體的性能與純鐵相似，硬度低而塑性高，并有鐵磁性。

鐵素體的顯微組織與純鐵相同，用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮的多邊形等軸晶粒，在亞共析鋼中鐵素體呈白色塊狀分布，但當(dāng)含碳量接近共析成分時(shí)，鐵素體因量少而呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布在珠光體的周?chē)?/p>

2.奧氏體(A)

奧氏體是碳在γ－Fe中的間隙固溶體，面心立方晶格，雖然FCC的間隙總體積較小，但單個(gè)間隙體積較大，所以它的溶碳量較大，最多有2.11%(1148℃時(shí))，727℃時(shí)為0.77%。在一般情況下，奧氏體只存在于高溫時(shí)，即727℃以上，故奧氏體的硬度低、塑性較高，通常在對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行熱變形加工，如鍛造、熱軋等時(shí)，都應(yīng)將其加熱成奧氏體狀態(tài)，所謂“趁熱打鐵”正是這個(gè)意思。

3.滲碳體(Fe3C)

滲碳體是鐵和碳形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物，含碳量為6.69%，熔點(diǎn)1227℃。質(zhì)硬而脆，耐腐蝕。用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色，如果用4%苦味酸溶液浸蝕，滲碳體呈暗黑色。

滲碳體按含碳量和形成條件不同而形態(tài)各異。從鐵素體中析出的Fe3CⅢ由于很少而呈斷續(xù)的薄片狀分布于鐵素體的晶界上(在分析鐵碳合金的平衡組織時(shí)Fe3CⅢ可以忽略不計(jì));從奧氏體中析出的Fe3CⅡ呈網(wǎng)狀分布于珠光體的晶界上;從液體中直接析出的Fe3CⅠ則呈白色板條狀;珠光體中的共析滲碳體呈層片狀;萊氏體中的滲碳體由于量多以基體形式出現(xiàn)。

以相組成物標(biāo)注的鐵碳合金相圖

二、鐵碳合金相圖的分析

Fe－Fe3C相圖如圖所示?？梢钥闯?，F(xiàn)e－Fe3C相圖由三個(gè)基本相圖(包晶相圖、共晶相圖和共析相圖)組成。相圖中有五個(gè)基本相:液相L，高溫鐵素體相(，鐵素體相(，奧氏體相(和滲碳體相Fe3C。這五個(gè)基本相構(gòu)成五個(gè)單相區(qū)(其中Fe3C為一條垂線)，并由此形成七個(gè)兩相區(qū):L+δ、L+(、L+Fe3C、δ +(、(+Fe3C、(+(和(+Fe3C。

在Fe－Fe3C相圖中，ABCD為液相線，AHJECF為固相線。相圖中各特征點(diǎn)的溫度、成分及其含義如下表所示。

?

Fe－Fe3C相圖中有三條水平線(三相區(qū)):

HJB水平線(1495℃)為包晶線，與該線成分(0.09%～0.53%C)對(duì)應(yīng)的合金在該線溫度下將發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變:L0.53+(0.09((0.17(式中各相的下角標(biāo)為相應(yīng)的含碳量)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為奧氏體。

ECF水平線(1148℃)為共晶線，與該線成分(2.11%～6.69%C)對(duì)應(yīng)的合金在該線溫度下將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變:L4.3((2.11+Fe3C。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱(chēng)為萊氏體，用符號(hào)“Le”表示。萊氏體的組織特點(diǎn)為蜂窩狀，以Fe3C為基，性能硬而脆。

PSK水平線(727℃)為共析線，與該線成分(0.0218%～6.69%C)對(duì)應(yīng)的合金在該線溫度下將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變:(0.77((0.0218+Fe3C。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱(chēng)為珠光體，用符號(hào)“P”表示。珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布，性能介于兩相之間。共析線又稱(chēng)為A1線。

三、結(jié)合相圖使學(xué)生靈活掌握

當(dāng)學(xué)生對(duì)相圖的“形”有了認(rèn)識(shí)之后，再?gòu)膶W(xué)生已比較熟悉的點(diǎn)開(kāi)始，將相圖上點(diǎn)、線、面的意義進(jìn)一步介紹給學(xué)生，并應(yīng)特別注意共析與共晶的講解，因?yàn)橐敫钊氲姆治鲋v解相圖，就應(yīng)從不同成份的合金的結(jié)晶過(guò)程分析入手。在分析結(jié)晶的過(guò)程中重點(diǎn)是分析它們的結(jié)晶順序及結(jié)晶過(guò)程和重結(jié)晶過(guò)程時(shí)各相中含碳量的變化與相圖中溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即要以共析與共晶為基礎(chǔ)，在共晶溫度以上時(shí)，先結(jié)晶出的相要使用權(quán)剩余的液相成份向共晶成分(4.3%C)轉(zhuǎn)化;在共晶與共析溫度之間的奧氏體中析出的相要使未轉(zhuǎn)化的奧氏體中的含水量碳量向共析成份(0.77%C)轉(zhuǎn)化。當(dāng)余下的液相或奧氏體溫度降到共晶或共析成份時(shí)，便會(huì)發(fā)生共晶或共析反應(yīng)。只要學(xué)生掌握了這一規(guī)律，學(xué)生就很容易掌握相圖中各相的分布規(guī)律及成分、溫度與組織三者間的關(guān)系。

[1]董秀琦.消失模鑄造實(shí)用技術(shù).機(jī)械工藝出版社，2005.

[2]李鵬志.鐵碳合金相圖[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，(4).

[3]張琳.鐵碳合金相圖的實(shí)踐與探索[J].中國(guó)科技信息網(wǎng)，2008.