第三章4 金属的结晶与相图之Fe-C相图
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Fe-Fe3C相图
塑性、韧性、硬度介于
α和Fe3C之间。
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B. 两条磁性转变线
①A0线(虚线) : 渗碳体的磁性转变线 ，230℃以上无磁性， 230℃以下铁磁性。 ② MO(A2线）： 铁素体的磁性转变线 。770℃以上无磁性， 770℃以下铁磁体。 A2温度又称居里点。
A0、A1、A2、A3、Acm 线 温度依次升高。
Wc=0.0218～0.77%
▪ 过 共 析 钢 （ hypereutectoid steel）： Wc=0.77～2.11%
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（3）白口铸铁
白 口 铸 铁 （ white cast iron） 是 含 碳 量 在 Wc=2.11～6.69%之间的Fe、C合金。其特点液态合 金结晶时都发生共晶反应，液态时有良好的流动 性，因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶 产物是以Fe3C为基的莱氏体组织，所以性能硬、 脆，不能锻造。其断口呈银白色，故称为白口铸 铁。 上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁(生 铁)的理论分界线。
magnetic transformation）。
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纯铁的同素异构转变
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纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
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概念
▪ 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。
▪ 奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间 隙固溶体。
▪ 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 ▪ 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（
F+Fe3c 含碳0.8%） ▪ 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳
4.3%）
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(2) 渗碳体(Fe3C)－A
▪ 渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以 化合物(Fe3C)形式出现的。
第三章铁碳合金相图详解版
第 二 节 铁碳合金状态图
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
一、Fe - Fe3C 相图的建立
4. 铁碳合金分类
（1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
（2） 碳钢 共析钢 0.77% C 过共析钢 >0.77% C 亚共晶白口铸铁<4.3% C
（3） 白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3% C 过共晶白口铸铁 >4.3% C
三、典型铁碳合金的结晶过程
1 1)共析钢的结晶过程
1 3)过共析钢的结晶过程
T12钢组织
室温组织：P+Fe3CⅡ
1
补充：工业纯铁的结晶过程
4）共晶白口铁结晶过程
室温组织为： Ld‘ （ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
5）亚共晶白口铁的结晶过程 室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
1
6）过共晶白口铁的结
晶过程
室温组织为：Fe3CⅠ +Ld‘ Ld‘（ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
一 、含碳量对碳钢室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
钢铁 分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁 亚共析钢 过共析钢
白口 铸 铁
共晶白口铸铁
Fe-C相图
Fe-Fe3C相图
1.Fe—C合金中的组元 铁碳合金中组元：纯铁(Fe) 渗碳体（Fe3C）
(1)
纯铁（Fe）
纯铁（pure iron） 纯 铁 固 态 下 具 有同 素 异 构 转 变 （allotropic transformation） 纯铁具有磁性转变（770℃磁性转变、 magnetic transformation）。
钢锭及其冶炼
冶炼工艺的主要任务 冶炼工艺的主要方法
钢锭的结构
钢锭是由冒口、锭 身、 底部组成
钢锭的内部缺陷
激冷结晶区（细小等轴结晶区） 没问题 柱状结晶区 没多大问题 树枝状结晶区 多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷 自由结晶区（粗大等轴结晶区） 多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈 所谓疏松组织 淀淀结晶区 常产生夹渣类缺陷
疏松
它主要集中在钢锭中心部位，产生的原因与 缩孔相同。
影响钢锭冶金缺陷的条件
综上所述，钢锭的冶金缺陷与冶炼、浇注过 程、冷凝结晶条件、钢锭模具设计、耐火材 料质量等有关。
实例（接管段锻件用钢生产方案 ）
采用双真空处理的工艺进行生产。 .1、冶炼浇注方案 采用电炉（3#、4#、5#）冶炼温度较高、成份合 适的粗炼钢水，分别热兑到130t和90t精炼炉内进行 精炼及一次真空处理。依据炉前快速分析的结果， 适时调整钢水成份，直至达到目标值。 当精炼炉钢水成份、温度合适时，分别采用200t 及250t天车吊包出钢，在250t真空室（1#真空室）、 利用真空浇注及中间包芯杆吹氩（LB3），在浇注 过程中对钢水进行二次真空处理。 钢锭在浇注完并冷凝一定时间后，脱模，用300t送 锭车热送至水锻
3金属的结晶与相图PPT课件
非均匀形核更为普遍。
均匀形核
10
3、晶核的长大方式
晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状 长大。
树枝状长大的实际观察
均匀长大
11
实际金属结晶主要以树枝状长大. 这是由于存在负温度梯度，且晶
核棱角处的散热条件好，生长快， 先形成一次轴，一次轴又会产生 二次轴…，树枝间最后被填充。 负温度梯度
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
14
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
15
2、固态转变的特点
⑴形核一般在某些特定部位发 生（如晶界、晶内缺陷、特定 晶面等）。
固态相变的晶界形核
(Sn-0.5%Cu铸态，255K)
12
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
13
三、同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
构转变。同素异构转变属于 相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
线。
21
二、二元相图的基本类型与分析
1、二元匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
22
相图由两条线构成， 上面是液相线，下面 是固相线。
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线 以下为固溶体区， 两条线之间为两相共 存的两相区（L+ ）。
均匀形核
10
3、晶核的长大方式
晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状 长大。
树枝状长大的实际观察
均匀长大
11
实际金属结晶主要以树枝状长大. 这是由于存在负温度梯度，且晶
核棱角处的散热条件好，生长快， 先形成一次轴，一次轴又会产生 二次轴…，树枝间最后被填充。 负温度梯度
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
14
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
15
2、固态转变的特点
⑴形核一般在某些特定部位发 生（如晶界、晶内缺陷、特定 晶面等）。
固态相变的晶界形核
(Sn-0.5%Cu铸态，255K)
12
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
13
三、同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
构转变。同素异构转变属于 相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
线。
21
二、二元相图的基本类型与分析
1、二元匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
22
相图由两条线构成， 上面是液相线，下面 是固相线。
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线 以下为固溶体区， 两条线之间为两相共 存的两相区（L+ ）。
Fe-C相图解析
室温组织
过共晶白口铸铁 在室温时的组织由一次渗碳体和莱氏体组成。用硝酸酒精溶 液浸蚀后，在显微镜下可观察到在暗色斑点状的莱氏体基本上分布着亮白色 的粗大条片状的一次渗碳体，其显微组织如图所示。
当wc=4.3％，温度为1148℃时铁碳合金发生共晶转变。 L4.3←→（A+Fe3C）≡Ld即碳的质量分数为4.3％铁碳 合金液相结晶时发生共晶转变产生了奥氏体和渗碳体机 械混合物的共晶体。这个共晶体命名为高温莱氏体，代 号为Ld。高温莱氏体是存在于727℃以上的一种基本组 织。 在727℃以下高温莱氏体中的奥氏体又发生共析转变变 成珠光体。这是的莱氏体就变成由 P和Fe3C 组成。成为 低温莱氏体，低温莱氏体是铁碳合金在室温下的另一个 基本组织。 另外，各个相若是独立存在于铁碳合金中，也都可以看 作是单相的基本组织。这些基本组织均被称为铁碳合金 显微组织的组织组成物。
室温组织 过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体（即二次渗碳体）组 成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2 ％的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二 次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色 网络状。
过共析钢(1.2％C)室温显微组织
共晶白口铸铁
平衡态下的相变过程 合金⑤是碳的质量分数为共晶成分（wc=4.3%）的共晶铁碳合金。从相图上可 看到当温度在1点（1148C）之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发生 恒温共晶转变。即 L4.3→(A2.11+Fe3C)≡Ld。液相全部以共晶转变的方式结晶成 高温莱氏体（Ld）。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥氏体 和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但当温 度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶奥氏 体也同样会析出Fe3CⅡ，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在1～2点 之间合金⑤的显微组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3CⅡ，时其本身的碳 的质量分数也不断下降，当温度降到2点（727℃）时共晶奥氏体的wc＝0.77%， 随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合金⑤的显微 组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微组织称为低温莱氏 体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3CⅡ+Ld` 。
Fe-C相图--2016
共晶白口铸铁 (4.3%C)
LLd
Ld
Ld
Ld L’d
L’d
共晶白口铸铁室温组织:莱氏精体品文L档d (P+ Fe3CII +Fe3C)
共晶白口铸铁铸态组织 300×
L 显微组织：莱氏体 d (P+ Fe3CII +Fe3C)
精品文档亚共晶白口铸铁的结晶过程分析
亚共晶白口铸铁(2.11%4.3%C)
20钢(0.2%C)
40钢(0.4%C)
60钢(0.6%C)
根据金相组织中的P所占的面积百分比，反推含碳量
精品文档 过共析钢的结晶过程分析
过共析钢的结晶过程分析
过共析钢 (0.77%-2.11%C)
过共析钢室温组织:珠光体+网状二次渗碳体 P+Fe3CII
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T12钢退火组织
T12钢退火组织 400×
三个重要的点：
共晶EUTECTIC点C
共析EUTECTOID点S
包晶PERITECTIC点J
铁碳合金相图中重要的线：
液相线ABCD，固相线AHJECF 水平线HJB
水平线ECF
水平线PSK GS线、ES线、PQ线
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包晶点J和包晶线HJB
包晶点J和包晶线HJB
温 度 ： 1495℃ ； 成 分 ： 0.17%C。
亚共晶白口铸铁室温组织: 珠光体+网状二次渗碳体+莱氏体
P+ Fe3CII +Ld (P+ Fe精3品C文II档 +Fe3C)
亚共晶白口铸铁铸态组织 250× 显微组织：树枝状珠光体+二次渗碳体＋莱氏体
(P+ Fe3CII ＋Ld’)
金属材料与热处理 模块四 课题三 铁碳合金的组织和Fe-C合金相图
渗碳体的晶格
渗碳体的显微组织
必备知识
5.珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物， 用符号P表示。它是铁素体和渗碳体层 片相间、交替排列形成的混合物。其 显微组织图如图4-18所示其中白色为 铁素体基体，黑色线条为渗碳体。珠 光体的含碳量为0.77%，由于珠光体 是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的 混合物，所以其力学性能是两者的综 合，强度较高，硬度适中，具有一定 的塑性。
Fe—Fe3C相图中七个特性点的温度、含碳量以及含义
点的符号
A C D E G S P
温度℃ 1538 1148 1227 1148 912 727 727
含碳量（%）
含义
0
纯铁熔点
4.3
共晶点，L⇌Ld(A+Fe3C)
6.69
渗碳体的熔点
2.11
碳在奥氏体（γ-Fe）中的最大溶解度点
0
纯铁的同素异构转变点，α—Fe⇌γ-Fe
（2）AECF线。 固相线，对应成分的液态合金冷却到此线上的对应点时完成结晶过程，变为固态，此线之下为 固相区域。在液相线与固相线之间是液态合金从开始结晶到结晶终了的过渡区，所以此区域液相与固相并存。AEC 区内为液相合金与固相奥氏体，CDF区内为液相合金与固相渗碳体。
（3）GS线 。奥氏体冷却时析出铁素体的开始线 （或加热时铁素体转变成奥氏体的终止线），又称A3线。奥氏 体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。
（4）ES线 。 碳在奥氏体（γ-Fe）中的溶解度曲线，又称ACm线。 奥氏体的溶碳能力沿该线上的对应点变化。 在1148℃时，碳在奥氏体中的溶解度为2.11%（E点的含碳量），在727℃时降到0.77%（S点的含碳量）。在AGSE区 内为单相奥氏体。含碳量较高（>0.77%）的奥氏体，在从1148℃缓冷到727℃的过程中，由于其溶碳能力降低，多 余的碳会以渗碳体的形式从奥氏体中析出，称为二次渗碳体（Fe3CⅡ）。
Fe-C相图知识
铁碳相图和铁碳合金(一)钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC 和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图【说明】图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
第三章 金属的结晶与二元合金相图
液相区L 双相区L+α 固相区α 液相线 固相线
固相区
匀 晶 相 图 合 金 的 结 晶 过 程 (P33)
☆在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是 不相同的,其变化规律是沿着固相线变化.与此同 时剩余液相的化学成分也相应地沿着液相线变化.
2,晶内偏析——枝晶偏析 (P33)
晶内偏析: 晶内偏析: 在一个晶粒内,各处 成分的不均匀现象. 因为金属通常以枝晶 方式结晶,先形成的 主干和后形成的支干 就会有化学成分之差, 枝晶偏析. 所以也称枝晶偏析 枝晶偏析
第一节 金属结晶的基础知识
一,金属结晶的温度与过冷现象(P26) 金属结晶的温度与过冷现象 3,过冷度(△T):理论结晶温度与实际结 过冷度( 晶温度之差.对于纯金属: △T= T0- Tn 4,金属的结晶都 是在一定的过冷 度下进行的,这 种现象称过冷现 过冷现 象.
第一节 金属结晶的基础知识
(二)共晶相图 1,相图分析 (P35)
7)α固溶体溶解度变化曲线——cf 8) β固溶体溶解度变化曲线——eg 9)三个单相区:L,α,β
10)液相线——adb 11)固相线——acdeb 12)共晶线——cde
(二)共晶相图 1,相图分析 (P35)
13)三个两相区:L+α,L+β,α+β 14)一个三相区:L+α+β,在共晶转变过程中三相同时存在.
第一节 金属结晶的基础知识
一,金属结晶的温度与过冷现象(P26) 金属结晶的温度与过冷现象 1,理论结晶温度 0: 又称平衡结晶温度. 理论结晶温度T 理论结晶温度 (冷速极慢)也就是金属的熔点Tm. 2,实际结晶温度 n:在某一实际冷却速度下 实际结晶温度T 实际结晶温度 的结晶温度.
固体物理 第三章 相图
相图分析（相图三要素） （1）点：纯组元熔点；共晶点等。 （2）线：结晶开始、结束线；溶解度曲线；共晶线等。 （3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。
（1）Sn<2％的合金 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。
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共晶合金
%
de cd 100%; % 100% ce ce
合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）
（4）亚共晶合金 ① 凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。 ② 共晶线上两相的相对量计算。 ③ 室温组织（α＋βⅡ＋（α＋β））及其相对量计算。
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+ Ld c
+ e
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相 的转变。 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。 （液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共 晶反应）。 共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
特征：三相点的温度低于A 和B的纯组元的凝固点
Fe-C相图解析
铁碳合金中的基本组织
含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％ 的合金为白口铸铁。所有碳钢和白口铸铁在室温下的 组织均有铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本 相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相 对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
在铁碳合金中，当 wc=0.77 ％，温度在 727℃时，会 产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时， 一定成分的固相又重新结晶成两个不同的机械混合物。 这种两相的机械混合物称为共析体。铁碳合金中的共 析转变是指碳的质量分数为 0.77％的奥氏体在 727℃ 时发生重结晶，形成铁素体和渗碳体的两相机械混合 物。这种机械混合物的共析体命名为珠光体。代号为P 铁 碳 合 金 中 的 共 析 转 变 可 以 表 示 为 A0.77←→ （ F+Fe3C ） ≡ P 。珠光体和渗碳体以相间片层形式机 械混合在一起。
温 度
Fe
Fe3C Fe2C (6.69%C)
FeC
C
Fe-Fe3C合金中的相
铁的固溶体 碳溶解于铁或δ铁中形成的固溶体为铁素体 （ F或 ）；最大溶解度0.0218％. 碳溶解于铁中形成的固溶体为奥氏体（ A或 ）；最大溶解度2.11％. Fe3C（渗碳体） 渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的一种化合物， 含碳量为6.69％。
室温组织 含钢量在0.0218％～0.77％范围内的碳钢合金其组织由先共析 铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐 渐减少，而珠光体的数量则相应地增多；亮白色为铁素体，暗 黑色为珠光体。Biblioteka 20钢室温显微组织（250×）
60钢室温显微组织（250×）
过共析钢
在平衡态下的相变过程
当温度在1点以上合金④是均匀的液相状态。在1～ 2 点之间是该 合金的结晶温度区间，是A和L两相共存区。即当温度降到1点以 下从L相中按成核长大方式结晶出A相，当温度降到2点则L相全部 结晶成单相A。2～3点之间A单相区只有A的简单冷却，无相变。 3～4点之间是A和Fe3CⅡ的两相区。即温度降到3点以下，由于 碳在奥氏作中的溶解度下降，因而从奥氏体中以二次渗碳体 （Fe3CⅡ）的形式析出多余的碳。这种渗碳体也称先共析渗碳体。 随温度下降Fe3CⅡ的相对质量百分数逐渐增加，而A的相对质量 百分数逐渐减少，并且二次渗碳体沿着A的晶界呈网状分布。与 此同时A中碳的质量分数沿ES线也不断的减少。当温度降到4点 （727C）时A的Wc≈0.77%。于是A就发生恒温的共析转变，全 部A转变成P。这时合金④的显微组织是P+网状Fe3CⅡ；直到室 温这个显微组织保持不变。
金属材料Fe-C合金相图
液相线ABCD
固相线AHJECF 包晶线 HJB，包晶点 J 共晶线 ECF，共晶点C
L4.3(A2.11+Fe3C)
高温莱氏体,Le或Ld
共析线 PSK，共析点S
A0.77(F0.02+Fe3C)
珠光体, P
PQ线：C在F中的固溶线
GS-A3线，冷却时不同含 量的A中结晶F的开始线. ES-Acm线，碳在A中的固 溶线.
几种 常见 碳钢
类型
钢号 碳质量分数／％Βιβλιοθήκη 亚共析钢 20 45 60
0.20 0.45 0.60
共析钢 T8
0.80
过共析钢 T10 T12
1.00 1.20
(1)工业纯铁 ( C % ≤ 0.0218 % )结晶过程
室温组织
F + Fe3CⅢ (微量)
500×
(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程
(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
P % = ( 0.4 – 0.0218 ) / ( 0.77 – 0.0218 ) ≈ 51 % F % ≈ 1 – 51 % = 49 %
各相的相对量：
Fe3C % ≈ 0.4 / 6.69 = 6 % F % ≈ 1 – 6 % = 94 %
200×
(６)过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织:
Le′+ Fe3CI
500×
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系：
C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b） 含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
固相线AHJECF 包晶线 HJB，包晶点 J 共晶线 ECF，共晶点C
L4.3(A2.11+Fe3C)
高温莱氏体,Le或Ld
共析线 PSK，共析点S
A0.77(F0.02+Fe3C)
珠光体, P
PQ线：C在F中的固溶线
GS-A3线，冷却时不同含 量的A中结晶F的开始线. ES-Acm线，碳在A中的固 溶线.
几种 常见 碳钢
类型
钢号 碳质量分数／％Βιβλιοθήκη 亚共析钢 20 45 60
0.20 0.45 0.60
共析钢 T8
0.80
过共析钢 T10 T12
1.00 1.20
(1)工业纯铁 ( C % ≤ 0.0218 % )结晶过程
室温组织
F + Fe3CⅢ (微量)
500×
(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程
(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
P % = ( 0.4 – 0.0218 ) / ( 0.77 – 0.0218 ) ≈ 51 % F % ≈ 1 – 51 % = 49 %
各相的相对量：
Fe3C % ≈ 0.4 / 6.69 = 6 % F % ≈ 1 – 6 % = 94 %
200×
(６)过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织:
Le′+ Fe3CI
500×
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系：
C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b） 含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
铁碳合金相图
LC 1148CC (AE F3C)
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物，称莱氏 体，以符号Ld表示。含碳量在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。
第3章 铁碳合金相图
PSK水平线为共析反应线，S点为共析点。合金在平衡结晶 过程中冷却到727℃时，S点成分的奥氏体发生共析反应，生成P 点成分的铁素体和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中 奥氏体、铁素体、Fe3C三相共存。共析转变的表达式如下：
第3章 铁碳合金相图
(2) 相图中的特性线。相图中各条线都表示铁碳合金发生组 织转变的界限，这些线就是组织转变线，又称作特性线。下面 简单介绍一下主要特性线的含义。
ACD线为液相线。此线以上的区域是液相区，液态合金冷 却到此线温度时，便开始结晶。
AECF线为固相线。表示合金冷却到此线温度时将全部结晶 成固态。
图3-1所示为纯铁的冷却曲线。液态纯铁在1538℃进行结 晶，得到具有体心立方晶格的δ-Fe。继续冷却到1394℃时发生 同素异构转变，成为面心立方晶格的γ-Fe。再冷却到912℃时 又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格的α-Fe。正因为 纯铁具有同素异构转变，才使钢和铸铁通过热处理来改变其组 织和性能成为可能。
第3章 铁碳合金相图
(6) 莱氏体(合金的基本组织之一)。它是奥氏体和渗碳体的 机械混合物，由于其中的奥氏体属高温组织，这时称高温莱氏 体，用符号Ld表示。高温莱氏体冷却到727℃以下时，将转变 为珠光体和渗碳体的机械混合物(P+Fe3C)，称低温莱氏体，用 符号Ld′表示。
莱氏体的含碳量为4.3%。由于莱氏体中含有的渗碳体较多， 故其力学性能与渗碳体相近。
第3章 铁碳合金相图 图3-1 纯铁的冷却曲线
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物，称莱氏 体，以符号Ld表示。含碳量在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。
第3章 铁碳合金相图
PSK水平线为共析反应线，S点为共析点。合金在平衡结晶 过程中冷却到727℃时，S点成分的奥氏体发生共析反应，生成P 点成分的铁素体和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中 奥氏体、铁素体、Fe3C三相共存。共析转变的表达式如下：
第3章 铁碳合金相图
(2) 相图中的特性线。相图中各条线都表示铁碳合金发生组 织转变的界限，这些线就是组织转变线，又称作特性线。下面 简单介绍一下主要特性线的含义。
ACD线为液相线。此线以上的区域是液相区，液态合金冷 却到此线温度时，便开始结晶。
AECF线为固相线。表示合金冷却到此线温度时将全部结晶 成固态。
图3-1所示为纯铁的冷却曲线。液态纯铁在1538℃进行结 晶，得到具有体心立方晶格的δ-Fe。继续冷却到1394℃时发生 同素异构转变，成为面心立方晶格的γ-Fe。再冷却到912℃时 又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格的α-Fe。正因为 纯铁具有同素异构转变，才使钢和铸铁通过热处理来改变其组 织和性能成为可能。
第3章 铁碳合金相图
(6) 莱氏体(合金的基本组织之一)。它是奥氏体和渗碳体的 机械混合物，由于其中的奥氏体属高温组织，这时称高温莱氏 体，用符号Ld表示。高温莱氏体冷却到727℃以下时，将转变 为珠光体和渗碳体的机械混合物(P+Fe3C)，称低温莱氏体，用 符号Ld′表示。
莱氏体的含碳量为4.3%。由于莱氏体中含有的渗碳体较多， 故其力学性能与渗碳体相近。
第3章 铁碳合金相图 图3-1 纯铁的冷却曲线
Fe-C相图
4.4.3 合金铸件的组织与缺陷
铸件从宏观组织来看，可分为激冷晶区、柱状晶区和等 轴晶区。 铸件主要的宏观缺陷有缩孔、缩松、气泡、裂纹、偏析 等。
1.铸锭（件）的三晶区
铸件凝固后宏观组织具有 三个性质、晶体形态不同的 三个区域： 激冷区 柱状晶区 等轴晶区
（6）过共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁的凝固过程示意图
过共晶白口铸铁的光学显微组织照片
按组织分区的铁碳合金相图
A A F P A
Fe3CII
L
Ld L L'd Fe3CI + L Ld
L
+ A
P
+ A
P
L Ld L'd
+ A
Fe3CII
+ A
P
L'd
计算含碳量为3.0%的铁碳合金在室温下组织组成物的质量百 分比。 2.11 L 0.77 2.11 Ld
图 渗碳体结构示意图
渗碳体
• 渗碳体(Fe3C)：是铁和碳的化合物，含碳量为6.69％。熔 点为1227C，硬度很高(约为HB800)，脆性大，塑性很 低。在一定温度下能分解为石墨状的游离碳。 一次渗碳体：从液态合金中结晶析出的共晶深碳体。其 形态呈粗大较规则的板片状。 二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体称之为二此渗碳 体，一般在奥氏体晶界呈网状分布。 三次渗碳体：从-Fe中析出的渗碳体，沿奥氏体晶界分 布，呈片状。
图 Fe-S相图
5.磷的影响
磷在钢中的存在一般属于 有害元素。 在1049℃时，磷在Fe中的 最大溶解度可达2.55%，在室 温时溶解度仍在1%左右，因 此磷具有较高的固溶强化作 用，使钢的强度、硬度显著 提高，但也使钢的塑性，韧 性剧烈降低，特别是使钢的 脆性转折温度急剧升高，这 种现象称为冷脆。
金属的晶体结构、合金的组织及Fe-C相图
一、金属的晶体结构焊接材料的金属性能不仅取决于材料的化学成分，更需要研究其组织成分，因此在焊接材料选用种，必须研究金属的晶体结构。
1.晶体结构(1)晶体与非晶体晶体与非晶体的对比见表2-2-3。
(2)典型的金属晶体结构为了清楚地表示晶体中原子的排列规律，将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，形成一个能反映原子排列规律的空间格架，这种空间格架称为晶格。
金属晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图2-2-5所示。
1)体心立方晶格。
体心立方晶格立方体的中心和8个顶点各有1个原子。
属于这种晶格类型的金属有铬、钒、钨、钼及α-Fe等金属。
2)面心立方晶格，面心立方晶格立方体的8个顶点和6个面的中心各有1个原子。
属于这种晶格类型的金属有铝、铜、铅、镍及γ-Fe等金属。
2.同素异构转变在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。
例如，随着温度的变化，纯铁可以由一种晶格转变为另一种晶格。
纯铁在常温下是体心立方结构（称为α-Fe);当温度升高到910℃时，纯铁的晶格由体心立方晶格转变为面心立方晶格（称为γ-Fe);再升温到1390℃时，面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格（称为δ-Fe)，然后一直保持到纯铁的熔化温度。
纯铁的这种特性非常重要，是钢材通过各种热处理方法来改变其组织，从而改善性能的内在因素之一，也是焊接热影响区中具有不同组织和性能的原因之一。
二、合金的组织结构以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料称为合金，即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。
1.固溶体固溶体是合金中一种物质均匀地溶解在另一种物质内形成的单相晶体结构。
根据原子在晶格上分布的形式，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。
某一元素晶格上的原子部分被另一元素的原子取代，称为置换固溶体；如果另一元素的原子挤入某元素晶格原子之间的空隙中，称为间隙固溶体，如图2-2-6所示。
金属的结晶与二元相图
工程材料
3.4.1 二元合金相图的建立及意义
合金存在的状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素
表示。
温 度
/℃
液 态
纯金属
1083
1
固 态
纯铜的冷却曲线时及间相/图min
工程材料 二元合金
温度
M 合金成分
u横坐标上任一点代表一 种成分的合金。
u通过成分坐标上任一点 作的垂线称为合金线。
u合金线上不同的点表示 该成分合金处于某一温度 下的相组织。
枝状的晶体。
枝晶生长
12
工程材料
13
工程材料
3.1 金属的结晶特点
u 一个晶核长成一个晶粒 u 金属是由许多大小不一的晶粒形成的多晶体。
14
工程材料
1868年，短命的大炮？
炮筒断口金属晶体粗大。 金属晶粒的粗细会影响到材料的性能！ 如何影响？ 如何实现晶粒的细化呢？
15
工程材料
3.1 金属的结晶特点
D. 塑性好，强度高，硬度高
A. 硬而韧
B. 硬而脆
C. 软而韧
D. 软而脆
（4）同一种元素在固态时发生晶格类型的转变，称为（ ）。
A. 同素异构转变
B. 磁性转变
C. 同分异构转变
（5）铁在固态下有（ ）、（ ）和（ ）三种同素异构体。
Hale Waihona Puke （6）铸造条件下，冷却速度越大，则（ ）。
A. 过冷度越小，晶粒越细
工程材料
2、变质处理
措施：向液态金属中加入可以做变质剂的物质，以增加结晶 时异质形核的核心，达到提高材料性能的目的。 举例：铸造铝合金中加入B、Zr、Ti等变质剂后细化晶粒的效果。
工程材料
第三章 金属的结晶和铁碳相图
第三章材料的凝固一、名词解释1、结晶：指物质从液态转化为晶体的过程，称为结晶。
2、过冷：液态金属在理论结晶温度T m时并不产生结晶，而需冷却至理论结晶温度T m以下某一温度T n时才能结晶，这种现象称为过冷。
3、过冷度：理论结晶温度T m与实际结晶温度T n的差值，称为过冷度。
4、变质处理：在液态金属中加入一定量的难熔金属或合金，以增加形核率，达到细化晶粒、改善组织的目的，这种方法称为变质处理。
5、同素异构转变：固态金属的晶体结构随着温度的变化而变化的现象，称为同素异构转变。
同素异构转变又称为重结晶或二次结晶。
6、合金：将两种或两种以上的金属元素或金属和非金属元素结合在一起形成的具有金属特性的物质，称为合金。
8、相：合金中成分相同、晶格结构相同，并与其它部分有界面分开、物理化学性能均匀的组成部分称为相。
7、显微组织：在显微镜下观察到的组成相的形状、尺寸、分布以及各相之间的组合状态，称为显微组织。
9、组织应力：固态金属或合金随着温度的变化，组织变化，导致体积变化，这种由于体积变化产生的内应力称为组织应力。
10、二元匀晶相图：二元合金系中，二组元在液态和固态下均能无限互溶所构成的相图，称为二元匀晶相图。
11、枝晶偏析：在一颗晶粒中，先结晶的晶轴的成分和后结晶的晶间成分上的差异，即在一颗晶粒内化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。
12、扩散退火：将有枝晶偏析的合金加热到高温，长时间保温，使合金中原子充分扩散，以达到成分的均匀化，这种热处理方法称为扩散退火又称为均匀化退火。
二、是非题1、物质由液体状态冷却转变为固体状态的过程称为结晶。
2、金属由液态转变成晶体状态的过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。
3、液态金属在结晶时进行振动，使晶粒破碎，从而达到细化晶粒的目的。
4、金属的实际结晶温度与冷却速度有关，而且结晶后晶体结构不再发生变化。
5、实际金属和合金在结晶过程中，非自发形核常常起着优先和主导的作用。
Fe-C相图的基本知识
2、在铸造生产上的应用
由Fe- Fe3C相图可见，共晶成分的铁碳合金熔点低，结晶 温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，在铸造生产中， 经常选用接近共晶成分的铸铁。
图1-46 铁碳相图与铸锻 工艺间的关系
3、在锻压生产上的应用
钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难。而奥氏体的强 度较低，塑性较好，便于塑性变形。因此在进行锻压和热轧加工时， 要把坯料加热到奥氏体状态。加热温度不宜过高，以免钢材氧化烧损 严重，但变形的终止温度也不宜过低，过低的温度除了增加能量的消 耗和设备的负担外，还会因塑性的降低而导致开裂。所以，各种碳钢 较合适的锻轧加热温度范围是：始锻轧温度为固相线以下100~200，以便打碎网状二次渗碳体。
知识点二
Fe- Fe3C相图分析 Fe- Fe3C相图分析
图1-30 Fe- Fe3C相图
简化的Fe- Fe3C相图
1、主要特性点
简化Fe- Fe3C相图中的特性点 表1-4简化 简化 相图中的特性点 特性点 符号 A C D E G S P Q 温度/ 温度/℃ ωc（%） 1538 1148 1227 1148 912 727 727 室温 0 4.3 6.69 2.11 0 0.77 0.0218 0.0008 含义
任务三 铁碳合金相图
衡阳财经工业职业技术学院 机械工程系
教学目的与要求
掌握Fe掌握Fe-C合金的基本相、组织以及它们的性能特点。 掌握Fe-Fe3C相图特征点、线的含义及区域组织分析。 掌握Fe-Fe3C相图特征点、线的含义及区域组织分析。 熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe- Fe3C相图的应用 熟悉典型铁碳合金结晶过程及Fe- Fe3C相图的应用
4、在焊接生产上的应用
焊接时，由于局部区域（焊缝）被快速加热，所以从焊缝到母材各区域 的温度是不同的，由Fe- Fe3C相图可知，温度不同，冷却后的组织性能 就不同，为了获得均匀一致的组织和性能，就需要在焊接后采用热处理 方法加以改善。
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铁
（三）Ｆe－Fe3C相图 ）Ｆe Fe3C相图
1.铁碳相图中两个主要转变 (1)共晶转变 一定成分的液相，在一定温度下， 共晶转变: (1)共晶转变:一定成分的液相，在一定温度下，同时结晶出两 种成分固相的转变。共晶反应式： 种成分固相的转变。共晶反应式： Lc(4.3％C)1148℃ C)Ｌ Lc(4.3％C)1148℃ (AE+Fe3C)Ｌd莱氏体 C点共晶点,4.3%C共晶 点共晶点,4.3%C共晶 ,4.3%C 成分,1148℃共晶反应温度。 ,1148℃共晶反应温度 成分,1148℃共晶反应温度。 共晶转变的产物(AE+Fe3C) 共晶转变的产物(AE+Fe3C) 称共晶体。 Fe3C称共 Ｌd称共晶体。 Fe3C称共 Fe3C。 晶Fe3C。 ECF(2.11～6.69％)间 ECF(2.11～6.69％ 的合金平衡结晶时都要发 生共晶转变, ECF称共晶线 生共晶转变, ECF称共晶线 共晶合金,亚共晶合金, 共晶合金,亚共晶合金, 过共晶合金
1 工 业 纯 铁 的 平 衡 结 晶
. . . .
2.共析钢的平衡结晶 2.共析钢的平衡结晶
L→Ａ奥氏体→ 极少可忽略) L→Ａ奥氏体→As→(Fp+Fe3C)P+Fe3CIII (极少可忽略)
3.亚共析钢的平衡结晶 3.亚共析钢的平衡结晶
亚共析钢的平 衡组织:F :F＋Ｐ 衡组织:F＋Ｐ +Fe3CIII忽略 不计。 不计。 随碳含量增加， 随碳含量增加， 亚共析钢中珠 光体的相对量 增加， 增加，铁素体 量减少。 量减少。
(四)、典型铁碳合金的平衡结晶 四 、
根据碳含量的多少，铁碳合金可分为三大类： 根据碳含量的多少，铁碳合金可分为三大类： 析 金 工业纯铁（ 0218％ 工业纯铁（Ｗc≤0.0218％） 。 的 0218％ 11％ 钢（0.0218％<Ｗc≤2.11％） 平 衡 0218% c<0 77% 亚共析钢 0.0218%<Ｗc<0.77% 结 77% 共析钢 Ｗc = 0.77% 晶 过 77% c≤2 11% 共析钢 0.77%<Ｗc≤2.11% 程 铁（ 11％ 铁（2.11％<Ｗc< . ％） 进 11% 亚共晶 铁 2.11%<Ｗc< . % 行 分 共晶 铁 Ｗc = . % 共晶 铁 . %<Ｗc< . % 下 面 分 别 对 这 七 种 铁 碳 合
２．奥氏体: 奥氏体
碳在γ-Fe中的间隙固溶体，面心立方晶格，以符号A或γ表示。 中的间隙固溶体，面心立方晶格，以符号 或 表示 表示。 碳在 中的间隙固溶体 1148℃溶解度最大 ℃溶解度最大2.11%C，727℃ 溶解度为０.77%C。 ， ℃ 溶解度为０ 。 强度、硬度比铁素体高，塑性、韧性也较好， 强度、硬度比铁素体高，塑性、韧性也较好，HB=170220,δ=(40-50)%, 易于锻压成型 无铁磁性。 易于锻压成型,无铁磁性 无铁磁性。
工业纯铁 亚共析钢的平 衡组织
共析钢的平衡组织
过共析钢的平衡组织
亚共晶白口铸铁的平衡组织
共晶白口铸铁的平 衡组织
过共晶白口铸铁的平衡组织
用杠杆定律计算0.4%C碳钢 用杠杆定律计算0.4%C碳钢 F+(F+ Fe3C)P+ Fe3CIII的 0.4%C 各个组织和相的相对量: 各个组织和相的相对量: 珠光体Ｐ和铁素体F的相对量： 珠光体Ｐ和铁素体F的相对量： F％=(0.77-0.40)/(0.77-0.0218)×100％＝49.5% =(0.77-0.40) 0.77-0.0218) 100％＝49.5% 0.77 ％＝ P％＝(0.40-0.0218)/(0.77-0.0218)×100％＝50.5% ％＝(0.40-0.0218)/(0.77-0.0218)×100％＝50.5% ％＝ 从先共析铁素体中析出的Fe3CⅢ相对量为： 从先共析铁素体中析出的Fe3CⅢ相对量为： Fe3C =(0.0218 0.0008)/(6.69-0.0008)×49.5％ 0.0218Fe3C％=(0.0218-0.0008)/(6.69-0.0008)×49.5％ =0.16% 的相对量为： 室温下的相组成物为 F和Fe3C 的相对量为： F%＝（6.69-0.40） F%＝（6.69-0.40）/（6.69-0.0008）×100％＝94% ＝（6.69 6.69-0.0008） 100％＝94% ％＝ Fe3C％＝(0.04-0.0008)/(6.69-0.0008)×100％＝6% Fe3C％＝(0.04-0.0008)/(6.69-0.0008)×100％＝6% ％＝ ％＝
过 共 晶 白 口 铸 铁 的 平 衡 结 晶
L→Fe3CI+Lc(1148℃)→Fe3CI+Ld(AE+Fe3C)→Fe3CI+Ld( ℃ As+Fe3CII+Fe3C)(727℃)→Fe3CI+Ld'(P+Fe3CII+Fe3C) I ℃
组织:合金在结晶的不同阶段 由于形成方式和机 组织 合金在结晶的不同阶段(由于形成方式和机 合金在结晶的不同阶段 理不同)所形成的具有清晰轮廓和微观形貌特征的 所形成的具有清晰轮廓和微观 理不同 所形成的具有清晰轮廓和微观形貌特征的 独立组成部分。组织由数量、形态、 独立组成部分。组织由数量、形态、大小和分布 方式不同的各种相组成。 方式不同的各种相组成。合金的性能一般是由合 金的成分和组织决定的。 金的成分和组织决定的。 组织组成物:F,P, Fe3Ｃ Fe3Ｃ 组织组成物 相组成物:组成组织的基本相 Fe3Ｃ 相组成物 组成组织的基本相A, Fe3Ｃ,F 组成组织的基本相
3．渗碳体:渗碳体是铁和碳形成的一种结构复杂间隙化合物， 渗碳体:渗碳体是铁和碳形成的一种结构复杂间隙化合物， 分子式是Fe3Ｃ，碳含量为6.69%。 Fe3Ｃ，碳含量为6.69% 分子式是Fe3Ｃ，碳含量为6.69%。 硬度很高950～1050ＨＶ，而塑性韧性几乎为零,脆性极大, 硬度很高950～1050ＨＶ，而塑性韧性几乎为零,脆性极大,只 950 ＨＶ，而塑性韧性几乎为零 有被软基体包围时才表现出一定的塑性。230℃以下有弱铁磁 有被软基体包围时才表现出一定的塑性。230℃以下有弱铁磁 230℃以上失去铁磁性 以上失去铁磁性。 性，230℃以上失去铁磁性。 在钢和铸铁中，渗碳体随形成条件的不同有粗大片状、网状、 在钢和铸铁中，渗碳体随形成条件的不同有粗大片状、网状、 薄片状、球状、棒状等形态。 薄片状、球状、棒状等形态。渗碳体的形态数量及分布对钢 铁的组织和性能起决定性的作用。 铁的组织和性能起决定性的作用。 4.珠光体: 铁素体F和渗碳体Fe3 Fe3Ｃ 4.珠光体: 铁素体F和渗碳体Fe3Ｃ组成的层片状的机械混合 珠光体 碳含量为0.77%C, 表示。力学性能与F Fe3Ｃ 物, 碳含量为0.77%C, 用P表示。力学性能与F和Fe3Ｃ的层片 间距有关, 综合了铁素体和渗碳体的性能, 间距有关, 综合了铁素体和渗碳体的性能,有较好的强韧性配 合。 5.莱氏体:铁素体和渗碳体组成的机械混合物, 5.莱氏体:铁素体和渗碳体组成的机械混合物, 碳含量为 莱氏体 Ld表示 生铁组织, 性能差脆性大。 表示, 4.3%C, 用Ld表示,生铁组织, 性能差脆性大。
L → Ａ奥氏体 →Fe3CII+ As →Fe3CII+(F
p
+ Fe3C)P
5.共晶白口铸铁的平衡结晶 5.共晶白口铸铁的平衡结晶
Lc(1148℃)→Ld (AE+Fe3C) → Ld (As + Fe3CII +Fe3C) (727℃) →Ld' (P+ Fe3CII + Fe3C)室温组织
２．铁碳相图中的特性曲线 ＧＳ线 ＧＳ线:冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的临界温 度线。 度线。 ＥＳ线 碳在奥氏体中的溶解度线。又是Fe Fe3 ＥＳ线:碳在奥氏体中的溶解度线。 又是Fe3CII开始 析出线。 析出线。 ＰＱ线 碳在铁素体中的溶解度线。 Fe3 ＰＱ线:碳在铁素体中的溶解度线。是Fe3CIII开始析 出线。 出线。 ３．相图中的特性点 ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中包括５ 为液相线， 为固相线。 为液相线 为固相线 相图中包括５ 个单相区、 个双相区和３个三相区。 个单相区、７个双相区和３个三相区。
Fp+Fe3C)P珠光体 ( Fp+Fe3C)P珠光体
相图中每个特性点的温度、 相图中每个特性点的温度、碳含量及意义
符号 A C D E F G H K N P S Q 温度, ℃ 1538 1148 1227 1148 1148 912 1495 727 1394 727 727 600 (室温) 碳含量ω(C)% 0 4.30 6.69 2.11 6.69 0 0.09 6.69 0 0.0218 0.77 0.0057 (0.0008) 含 义 纯铁的熔点 共晶点 Lc → AE+Fe3C Fe3C 的熔点 碳在 γ-Fe 中的最大溶解度 Fe3C 的成分 α-Fe→γ-Fe 同素异构转变点(A3) 碳在 δ-Fe 中的最大溶解度 Fe3C 的成分 γ-Fe→δ-Fe 同素异构转变点(A4) 碳在 α-Fe 中的最大溶解度 共析点(A1) As→ FP+Fe3C 600℃时碳在 α-Fe 中的溶解度 碳在 α-Fe 中的溶解度
6.亚共晶白口铸铁的平衡结晶 6.亚共晶白口铸铁的平衡结晶
亚共晶白口 铸铁室温下 的平衡组织 为：P+ Fe3CII + Ld'。组织组 Ld'。 成物的相对 量可两次利 用杠杆定律 求出； 求出；相组 成物仍为Ｆ 成物仍为Ｆ Fe3C。 和Fe3C。
L→A+Lc1148℃→AE+Ld(AE+Fe3C)→As+Fe3CII+Ld (As+Fe3CII+Fe3C)727℃→P+Fe3CII+Ld'(P+Fe3CII +Fe3C)