第3章铁碳合金 延伸率δ:30%~50% 断面收缩率v:70%~80% 冲击韧性a4:160J/cm2~200Jm2 硬度(HB):50HB~80HB 铁有很好塑性和韧性,但其强度和硬度很低,很少用作结构材料。纯铁的主要用途 是利用它所具有的铁磁性。工业上炼制的电工纯铁和工程纯铁具有高的磁导率,可用于要 求软磁性的场合,如各种仪器仪表的铁芯等。 312碳与渗碳体 碳的原子序数为6,原子量为1201,原子半径07m,20℃时的密度为225gym3 自然界中,碳以石墨和金刚石两种形态存在。铁碳合金中碳不会以金刚石形态存在。石墨 空间点阵属于六方晶系,具有简单六方晶体结构,六方层中邻近原子间距为0.142nm, 层间距为0.340nm,碳原子在六方层中具有很强的共价键,层与层之间则结合较弱,因此 石墨很容易沿着这些层滑动。其硬度很低,只有3HB~5HB,而塑性几乎接近于零。铁碳 合金中的石墨常用符号G或C表示。 2.渗碳体 在铁碳合金中,铁与碳可以形成间隙化合物 Fe3C,其含碳量为669%,称为渗碳体,可用符 号Cm表示,是铁碳合金中重要的基本相。 渗碳体属于正交晶系,晶体结构十分复杂, 三个晶格常数分别为a=04524nm,b= 0.5089nm,c=06743nm。图3.3是滲碳体晶胞的 立体图,其中含有12个铁原子和4个碳原子,符 合Fe:C=3:1的关系。为了进一步分析渗碳体的 结构特征,图34(a)画出了4个渗碳体晶胞沿[001 方向的俯视图。图中较大的圆圈表示铁原子,较 ●C原子 小的圆圈表示碳原子。用双圈画的是(XY)坐标完 ○Fe原子 全相同,但Z坐标不同的两个铁原子。用打剖面 线和不打剖面线的办法表示Z坐标不同的铁、碳 图33渗碳体晶胞中的原子位置 原子。由图中可以看出,每个碳原子周围有6个 铁原子,这6个铁原子组成一个三角棱柱,碳原子就位于这个三角棱柱的中心。这样的一 个单独三角棱柱如图34(b)所示,位于三角棱柱顶角的铁原子均为相邻两个三角棱柱所共 有。因此,每个三角棱柱有3个铁原子和1个碳原子,构成FeC分子。这样的三角棱柱共 有两层(见图34(a),用虚线连接的是下面的一层,用点画线连接的则是上面的一层。 渗碳体具有很高的硬度,约为800HB,但塑性很差,伸长率接近于零。渗碳体于低温 下具有一定的铁磁性,但是在230℃以上,铁磁性就消失了,所以230℃是渗碳体的磁性转 变温度,称为A转变。根据理论计算,渗碳体的熔点为1227℃。第 3 章 铁碳合金 ·55· ·55· 延伸率δ ：30%～50% 断面收缩率ψ ：70%～80% 冲击韧性αk ：160J/cm2 ～200J/cm2 硬度(HB)：50HB～80HB 纯铁有很好塑性和韧性，但其强度和硬度很低，很少用作结构材料。纯铁的主要用途 是利用它所具有的铁磁性。工业上炼制的电工纯铁和工程纯铁具有高的磁导率，可用于要 求软磁性的场合，如各种仪器仪表的铁芯等。 3.1.2 碳与渗碳体 1. 碳 碳的原子序数为 6，原子量为 12.01，原子半径 0.77nm，20℃时的密度为 2.25g/cm3 。 自然界中，碳以石墨和金刚石两种形态存在。铁碳合金中碳不会以金刚石形态存在。石墨 的空间点阵属于六方晶系，具有简单六方晶体结构，六方层中邻近原子间距为 0.142nm， 层间距为 0.340nm，碳原子在六方层中具有很强的共价键，层与层之间则结合较弱，因此 石墨很容易沿着这些层滑动。其硬度很低，只有 3HB～5HB，而塑性几乎接近于零。铁碳 合金中的石墨常用符号 G 或 C 表示。 2. 渗碳体 在铁碳合金中，铁与碳可以形成间隙化合物 Fe3C，其含碳量为 6.69%，称为渗碳体，可用符 号 Cm表示，是铁碳合金中重要的基本相。 渗碳体属于正交晶系，晶体结构十分复杂， 三个晶格常数分别为 a ＝ 0.4524nm ， b ＝ 0.5089nm，c＝0.6743nm。图 3.3 是渗碳体晶胞的 立体图，其中含有 12 个铁原子和 4 个碳原子，符 合 Fe:C＝3: 1 的关系。为了进一步分析渗碳体的 结构特征，图 3.4(a)画出了 4 个渗碳体晶胞沿[001] 方向的俯视图。图中较大的圆圈表示铁原子，较 小的圆圈表示碳原子。用双圈画的是(X,Y)坐标完 全相同，但 Z 坐标不同的两个铁原子。用打剖面 线和不打剖面线的办法表示 Z 坐标不同的铁、碳 原子。由图中可以看出，每个碳原子周围有 6 个 铁原子，这 6 个铁原子组成一个三角棱柱，碳原子就位于这个三角棱柱的中心。这样的一 个单独三角棱柱如图 3.4(b)所示，位于三角棱柱顶角的铁原子均为相邻两个三角棱柱所共 有。因此，每个三角棱柱有 3 个铁原子和 1 个碳原子，构成 Fe3C 分子。这样的三角棱柱共 有两层(见图 3.4(a))，用虚线连接的是下面的一层，用点画线连接的则是上面的一层。 渗碳体具有很高的硬度，约为 800HB，但塑性很差，伸长率接近于零。渗碳体于低温 下具有一定的铁磁性，但是在 230℃以上，铁磁性就消失了，所以 230℃是渗碳体的磁性转 变温度，称为 A0 转变。根据理论计算，渗碳体的熔点为 l227℃。 图 3.3 渗碳体晶胞中的原子位置