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铁碳相图解释

铁碳相图解释

合金金属可以存在于不同阶段。阶段是合金的物理均匀状态。相具有精确的化学成分 - 在原子之间具有一定的布置和粘合。

该原子结构赋予不同阶段的不同性质。我们可以选择我们想要的阶段并在我们的应用程序中使用它。

只有一些特殊合金可以在多个阶段存在。将金属加热到特定温度使用热处理程序导致不同的阶段。在相同温度下,一些特殊合金可以在多个相中存在。

什么是相图?

相图是在不同温度,压力或化学成分的合金中存在的相的图形表示

该图描述了在平衡中存在两种或更多个相的合适条件。例如,水相图描述了一种点(三重点),其中水可以同时在三个不同的阶段共存。这恰好在冻结温度(0.01°C)和0.006个atm上发生。

使用图表

合金相图有四种主要用途:

  • 基于申请要求的新合金的开发。
  • 生产这些合金。
  • 开发和控制适当的热处理程序,以改善这些新合金的化学,物理和机械性能。
  • 在应用这些新合金中出现的问题故障排除问题,最终提高了产品可预测性。

谈到合金开发时,相图已帮助防止过度设计。这会使成本和处理时间保持下降。它们还有助于使用替代合金元素开发替代合金或相同的合金。它可以帮助减少使用稀缺,危险或昂贵的合金元素的需求。

性能明智,相图有助于冶金专家了解哪个阶段在长远来看是热力学稳定的,稳定的或不稳定。然后可以选择适当的元件以防止机械故障。例如,如果未正确选择,则排气管道材料可能导致较高温度下的故障。

作为相提片显示的服务生活还提高了如何解决晶间腐蚀,热腐蚀和氢气损坏等问题。

铁碳相图

钢和铸铁的相图

铁 - 碳相图广泛用于了解钢和铸铁的不同阶段。钢和铸铁都是铁和碳的混合物。而且,两种合金含有少量的微量元素。

该图是非常复杂的,但由于我们限制了我们对FE3C的探索,我们只会专注于碳的6.67%的碳。

该铁碳相图在X轴上以碳浓度的重量绘制,并在Y轴上的温度级绘制。

铁晶结构解释
铁晶结构解释

铁中的碳是间质杂质。合金可以形成一个面向中心的立方(FCC)格子或身体中心的立方(BCC)格子。它将形成具有铁的α,γ和δ相的固溶体。

相图上的黑色合金类型

铁碳相图X轴上的重量百分比刻度从0%高达6.67%。最高碳含量为0.008%的碳,金属简称为铁或纯铁。它以α-铁氧体形式存在于室温下。

从碳含量的0.008%至2.14%,铁碳合金称为钢。在这个范围内,有不同的钢等级称为低碳钢(或轻度钢),中碳钢和高碳钢。

当碳含量增加超过2.14%时,我们达到铸铁的阶段。铸铁非常努力,但其脆性严重限制了其应用和形成方法。

界限

在标题为A1,A2,A3,A4和ACM的图中可以看到多条线。他们名字的一个人代表着“逮捕”这个词。随着金属的温度增加或降低,当温度达到边界的值时,在这些边界处发生相变。

通常,当加热合金时,其温度增加。但是,沿着这些线(A1,A2,A3,A4和ACM),加热导致结构的重新调整成不同的相位,因此,温度停止增加,直到相位完全改变。随着温度保持恒定,这被称为热速率。

合金钢元素如镍,锰,铬和钼,影响了这些边界的位置。边界可以根据所使用的元素以任一方向转换。例如,在铁碳相图中,添加镍的添加降低A3边界,同时添加铬呈现。

共晶点

共晶点是多个阶段相遇的点。对于铁 - 碳合金图,共晶点是线A1,A3和ACM相遇的地方。这些点的形成是巧合的。

在这些点处,将液相冻结成两个固相混合物的共晶反应。在将共晶组成的液体合金冷却至其共晶温度时,会发生这种情况。

此时形成的合金称为共晶合金。在这一点的左侧和右侧,合金被称为低屈虑带和过度化合金('Hypo')的希腊语意味着小于“超级”意味着大于)。

阶段字段

边界,相互交叉,标记FE3C图上的某些区域。

在每个区域内,可以一起存在不同的相位或两个阶段。在边界,发生相变。这些区域是相位领域。

它们表示合金的某种组合物和温度存在的相位。让我们一点地了解铁碳合金的不同阶段。

不同阶段

α-铁素体

存在于低温和低碳含量下,α-铁素体是BCC Fe中的碳固体溶液。该阶段在室温下稳定。在图形中,它可以被视为左边缘的条子,左侧的y轴和右侧的A2。这一阶段是磁的低于768°C。

它的最大碳含量为0.022%,它将在912℃下转化为γ-奥氏体,如图所示。

γ-奥氏体

该相是FCC Fe中的碳固体溶液,最大溶解度为2.14%C.在进一步加热上,它在1395℃下转化为BCCδ-铁素体。除非快速冷却,否则γ-奥氏体在低于共晶温度(727℃)的温度下不稳定。这一阶段是非磁性

δ-铁氧体

该阶段具有与α-铁素体相似的结构,但仅存在于高温下。可以在图中的左上角发现阶段。它具有1538°C的熔点。

Fe3C或渗碳石

渗碳石是该合金的亚稳态,固定组合物为Fe3C。它在室温下分解非常缓慢,进入铁和碳(石墨)。

这种分解时间很长,比室温下应用的使用寿命需要多大。其他一些因素(高温和另一种合金元素的添加)可以影响这种分解,因为它们促进了石墨形成。

渗碳石坚硬且脆,这使其适合加强钢材。其机械性能是其微观结构的函数,这取决于它与铁氧体的混合方式。

Fe-C液体溶液

在图中标记为'L',可以在图中的上部区域中看到。顾名思义,它是铁中碳的液体溶液。如我们所知,δ-铁氧体在1538℃熔化时,显然铁的熔化温度随着碳含量的增加而降低。

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