铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)
铁碳合金与铁碳合金相图
铁碳合金与铁碳合金相图1 铁碳合金的基本组织1.1. 铁素体碳与α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。
强度和硬度低，塑性和韧性好。
1.2. 奥氏体碳与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。
高温组织，在大于727℃时存在。
塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A，提高塑性，易于加工。
1.3. 渗碳体铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。
用Fe3C1.4. 珠光体F与Fe3C混合物。
强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。
1.5. 莱氏体A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。
2 铁碳合金状态图2.1 状态图主要点线主要点主要线：ABCD线液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。
AHJECF线固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化GS线A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线Acm线，C在A中溶解度曲线ECF线共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。
PSK线共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体2.2 铁碳合金分类2.2.1 钢含C量0.0218～2.11%共析钢含C量0.77%亚共析钢0.0218-0.77%过共析钢0.77-2.11%2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69%共晶白口铸铁 4.3%亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%过共晶白口铸铁 4.3-6.69%2.3 铁碳合金相图的作用在铸造方面选择合适的浇铸温度，流动性好在煅造方面选择合适的温度区，奥氏体区在热处理方面退火，正火，淬火等2.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响一、含碳量对平衡组织的影响室温下，铁碳合金均由α+ Fe3C两相组成随含碳量不同，可分为七个典型组织区二、含碳量对机械性能的影响•珠光体P：为F + Fe3C的混合物，呈层片状，由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；•亚共析钢：由F + P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能提高；•过共析钢：P+ Fe3C(II)组成，当含碳量<1%，Fe3C(II)断续分布在晶界处，强度提高；当含碳量>1%，Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。
最全的铁碳相图
最全的铁碳相图首先，想要了解铁碳合金、铁碳相图，则需要一些准备知识，比如合金、相、组元成分的概念等，基本如下：合金：一种金属元素与另外一种或几种元素，通过熔化或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。
相：合金中同一化学成分、同一聚集状态，并以界面相互分开的各个均匀组成部分。
固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。
金属化合物：合金的组元间以一定比例发生相互作用儿生成的一种新相，通常能以化学式表示其组成。
铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。
铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。
由于α-Fe和γ-Fe 晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。
在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。
1.铁素体铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”(或α)表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有0.0218%(727℃时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。
δ=30%~50%，A KU=128~160J，σb=180~280MPa，50~80HBS.铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。
2.奥氏体奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”(或γ)表示，面心立方晶格；虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有2.11%(1148℃时)，727℃时为0.77%。
铁碳合金及相图
• 1.定义 •
匀晶相图
二组元在液态和固态下均无 限溶解的二元相图叫做匀晶相 图。形成此类相图的合金系有 Cu-Ni、Bi-Sb,W-Mo,Ti-Zr,TiHf等。
• 2. 相率 在单相区f=C-P+1=2
在两相区f=C-P+1=1，即只有1 个独立变量。假定T为独立变量， 则相的成分就是温度的函数。 给定温度就可以确定相的成分。
化来建立相图的。后两种方法适用于测定材料在固态
下发生的转变。
合金成分的表示方法有两种：质量分数和摩尔分数。 如A组元的质量分数为wA、摩尔分数为xA，其 相对原子量为MA；B组元的质量分数为wB、摩尔 分数为xB，其相对原子量为MB，则：
xA=(wA/MA)/(wA/MA + wB/MB)
xB=(wB/MB)/(wA/MA + wB/MB)
其它相图。
• 2. 相图的组成元素
组元 • 组成相图的独立组成物。组元可 以是纯的元素，如金属材料的纯金 属，也可以是稳定的化合物，如陶 瓷材料的Al2O3，SiO2等。
相区 相图中代表不同相的状态的区域叫相区，相区可分为单相 区、双相区和三相区。单相区中液相一般以L表示，当有几个 固态单相区时，则由左向右依次以、、等符号表示。在两 个单相区之间有对应的两相区存在。
与一个固相在恒定温
度下转变成另外一个
成分不同的固相的过 程。
L + 。
包晶反应机理
由于相是在包围初生相，并使之与液相格开的形 式下生长的，故称之为包晶反应。
§2 铁碳合金中的组元和基本相
组 元： 纯铁、渗碳体 基 本 相： 高温铁素体（δ）、 铁素体（α）、 奥氏体（γ） 基本组织： 珠光体（P）、 莱氏体（Le/Le’）
铁碳合金相图
碳钢，自液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。
第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
运用杠杆定律求得含碳量与铁碳合金缓冷后的组织组分及相组分间 的定量关系（如图4-16所示）
图4-16 铁碳合金中含碳量与组织组分及相组分间的关系
二、含碳量与力学性能间的关系
由图4-17可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中含碳量的增 加，钢的强度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时，因渗碳体 网的存在，不仅使钢的塑性、韧 性进一步降低，而且强度也明显 下降。
Fe3C的结构 渗碳体硬度很高，脆性很大，塑性极差。
8
渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结
构的间隙化合物。它的含碳量为6.69%;熔点为1227℃ 左右;不发生同素异晶转变;但有磁性转变，它在230℃ 以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性;其 硬度很高(相当于HB800)，而塑性和冲击韧性几乎等于 零，脆性极大。
f.在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000~1250℃。
g.钢铆钉一般用低碳钢制作。 h.钳工锯削70钢、T10钢、T12钢比锯20钢、30钢费力，锯条易磨钝。
简化后的Fe-Fe3C相图
三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类
Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能， 通常根据相图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸 铁三大类。 工业纯铁（P点左面）
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。
珠光体组织呈指纹状，其中白色的基底为铁素体
第一章 铁碳相图
第五节 合金在缓冷过程中的固态转变和室温组织
二、钢在缓冷时的固态转变和组织
1. 共析钢的固态转变
A1温度以下，奥氏体发生共析分解，转变后的产物为 珠光体（α+Fe3C）。 珠光体的形态：片层状渗碳体分布在铁素体基体上。 室温下珠光体中渗碳体和铁素体的相对量为：
渗碳体 0.77－0.001 1 ＝ 铁素体 6.69 0.77 8
第五节 合金在缓冷过程中的固态转变和室温组织
工业纯铁
<0.0218wt%C
铁素体，或
铁素体+三次渗碳体
第五节 合金在缓冷过程中的固态转变和室温组织
亚共析钢 0.0218-0.77wt%C 先共析铁素体+珠光体 共析钢 0.77wt%C 珠光体 过共析钢 0.77-2.11wt%C 先共析二次渗碳体+珠光体
第四节 铁碳合金的凝固
二、铸铁（含碳量>2.11%的铁碳合金）的结晶过程
第四节 铁碳合金的凝固
二、铸铁（含碳量>2.11%的铁碳合金）的结晶过程
亚共晶合金结晶时，在共晶 反应前先形成奥氏体； 过共晶合金结晶时，在共晶 反应前先形成渗碳体—一次渗 碳体。
第四节 铁碳合金的凝固
二、铸铁（含碳量>2.11%的铁碳合金）的结晶过程
α Fe γ Fe
超过1394℃，纯铁将再次转变为体心立方点阵
γ Fe δ Fe
A4转变
在1538℃以上，纯铁由固态转变为液态。
第一节 纯 铁
第二节 铁的碳化物
碳化物 Θ 碳化物
ε 碳化物 χ 碳化物
化学式 Fe3C （渗碳体）
ε -Fe2-3C Fe2.2C or Fe5C2
晶系或对称性 正交
3.铁碳合金和铁碳相图资料
（4）三相共存点 S（0.77，727） 共析点 共析转变 γ s α p+Fe3C C（4.30，1148） 共晶点 共晶转变 Lc γ E+Fe3C J（0.17，1495） 包晶点 包晶转变 LB+δH γ J （5）其它点 B（0.53，1495） 发生包晶反应时液相的成分 F（6.69,1148) Fe3C的成分 K (6.69,727) Fe3C的成分
0.77 0.0218 6.69
含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分的新固相的转变。 产物：α 相和Fe3C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光体，用P表示 合金范围： Wc: 0.0218 %—6.69%(合金成分线与PSK线相交)
ห้องสมุดไป่ตู้
成分新固相的反应——包晶转变反应。
发生包晶反应的合金成分： C%：0.09%——0.53% 即合金 的成分线与HJB线相交。 产物：单相奥氏体（γ J ） 包晶点 （J点）：（0.17，1495）
2）共晶转变 （水平线ECF线） 1148º C g Lc E + Fe3C 4.3 相的 转变。 2.11 6.69 含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的固
同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP
3.相图中的相区 单相区（4个＋1个）: L、α 、γ 、δ 、 Fe3C
两相区（7个）:L+δ, L+ Fe3C，L +γ , δ+γ , γ +α , γ + Fe3C , α + Fe3C
根据相图规则，两个单相区 之间必然夹一个两相区， 两相区的两个相就由这 两个单相区的相组成。
相交，即含碳量Wc:0.53%～4.3%
2.5 铁碳合金和铁碳相图
强
度 含碳量对铁碳合金力学性能的影响
• Ｃ％↑, 亚共析钢中P增多而F减少。P的强度高。组织越细密,
则强度值越高。F的强度较低。所以亚共析钢的强度随Ｃ％
↑而增大。 • 共析成分之上, 由于强度很低的Fe3CII沿晶界出现, 合金强度 的增高变慢, 到约0.9%C时, Fe3CII沿晶界形成完整的网, 强度 迅速降低, 随着碳质量分数的进一步增加, 强度不断下降, 到
C点为共晶点 1148 ℃时, C点成分的L发 生共晶反应, 生成E点成分的γ和Fe3C（莱 氏体）。
S点为共析点 727 ℃时, S点成分的γ发生共 析反应, 生成P点成分的α和Fe3C（P）。
返回
Fe-Fe3C相图
返回
Fe-Fe3C相图
共晶反应：L＝Ld( FeC3+ γ ) 共析反应： γ＝P (FeC3+ α)
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’
Ld’
Fe3C+Ld’
硬
度 含碳量对铁碳合金力学性能的影响
硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和 质量分数, 随碳含量的增加, 由于硬度高的Fe3C增多, 硬度 低的F减少,合金的硬度呈直线关系增大, 由全部为F的硬度
约80 HB增大到全部为Fe3C时的约800 HB。
亚共析钢的平衡结晶过程
注意事项
先析铁素体（α相）在随后的冷却过程中会析出Fe3CⅢ，但量很少可忽略
亚共析钢室温平衡组织：先析铁素体+珠光体P
利用杠杆定律计算先析铁素体与珠光体的质量分数，计算铁素体（先析铁 素体+P光体中的铁素体）与渗碳体的质量分数
过共析钢的平衡结晶过程
单相液体的冷却 L相→ γ相
铁碳合金相图(超清楚版)
特性点符号 温度/ ℃ ω c（%） 含义
A 1 538
0
熔点：纯铁的熔点
C 1 1 48
4. 3 共晶点：发生共晶转变L4. 3→Ld( A2. 1 1 %+Fe3C共晶)
D 1 227
6. 69 熔点：渗碳体的熔点
E 1 1 48
2. 1 1 碳在γ- Fe中的最大溶解度点
G 91 2
0
同素异构转变点
温度/ ℃
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
00
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
S 727 P 727
铁碳相图ppt课件
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
5铁碳合金和铁碳相图
变态莱 氏体
● S点：共析点，金金在平衡结晶 的过程中冷却到727℃时，S点成 分的γ发生共晶反应，生成P点 成分的α和Fe3C：
按有无共晶转变来区分碳钢和铸铁。
按Fe-Fe3C系结晶的铸铁，断口为银白色， 称为白口铸铁，即全部碳以Fe3C形成存在，部 分或全部碳以石墨形式存在时称为灰口铸铁。
(1)工业纯铁(C≤0．0218％)
以碳含量为0.1%的铁碳合金为例，对其冷却曲线和平衡结晶过程解释如下: 合金的冷却曲线及平衡结晶过程
2点以下, Fe3CⅠ成分 重量不再发 生变化, Ld变 化同共晶合 金。
过共晶白口铁的结晶过程
过共晶白口铸铁室温平衡状态显微组织
过共晶白口铸铁的室温组织组成物为 Fe3CⅠ + Ld’ 。 含4.3%C过共晶白口铸铁钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅠ =100%*(5-4.3)/(6.69-4.3)=29％; Ld=1-29% =71％ 组成相为α、 Fe3C。
合金在1~2点转变为 , 到3点, 开始析出Fe3CⅡ, 其沿晶界呈网状分布 。 到4点， 成分沿ES线变 化到S点，余下的 转变 为P。
过共析钢的结晶过程
过共析钢室温平衡状态显微组织
过共析钢的室温组织组成物为 p+ Fe3CⅡ 。 含1.2％C钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅡ=100%*(1.2-0.77)/(6.69-0.77)=7％; p= 1-7％=93％ 组成相为α、 Fe3C。
合 金 液 体 在 1-2 点 间
转 变 为 ， 3-4 点 间 → ， 5-6 点 间 → 。 到7点，从中析出
材料科学基础-第四章_铁碳合金与铁碳相图
⑥
1 2
3
4
过共晶白口铸铁结晶过程示意图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
Ld′ Fe3CⅡ P
亚共晶白口铸铁（wC= 2.11% ~ 4.3%）的室温组织 P＋ Fe3CII ＋Ld
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
例1 分别计算含量碳为0.3%和1.0%的铁碳合金在室温下的相 组成物的相对量和组织组成物的相对量。假设铁素体和渗碳体 的密度相同，铁素体中的含碳量为零。
共析渗碳体
在727C通过共析反应生成的渗碳体，呈层片状。
三次渗碳体（Fe3CⅢ）
在727C以下从铁素体中析出的渗碳体，呈细小片条状。
特别说明：
5种Fe3C除对铁碳合金性能有不同影响外，本质上并无不同，都 是同一种相，只是显微组织形貌特征不同而已。
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.2 铁碳合金相图分析
L+ (0.09) 1495C
1538C
(0.53)
(0.17)
L
1394C +
L+
1148C
(2.11)
(4.3)
912C
+Fe3C
+
(0.0218) (0.77)
727C
1227C
L+Fe3C
+Fe3C
Fe3C
Fe-Fe3C相图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.1 铁碳合金的基本相 第一节 铁碳合金的基本相 一、铁素体（Ferrite）
定义：碳溶解在体心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。
铁碳相图和铁碳合金
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5.6-1）。
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。
【说明】图5.6-1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5.6-2。
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。
铁碳相图
4 铁碳相图 4.1 铁碳合金的组元和基本相
纯铁 • 纯铁的同素异晶转变反应式:
δ- Fe
bcc
1394 °C
912 °C
γ- Fe
α- Fe
fcc
bcc
通常，把 δ - Fe ←→ γ - Fe 的转变称为 A4转变，转变的平衡临界点称为A4点。
γ- Fe ←→ α - Fe 的转变称为A3转变， 转变的平衡临界点称为A3点。
6.69
渗碳体一旦形成，在较低温度下，它的分解速率是很慢的，因此，在大多数情况 下，我们只考虑铁碳亚稳定系相图，即Fe-Fe3C相图。但应注意，渗碳体分解的 快慢与钢中是否含有其它元素有密切的关系。
4 铁碳相图
A L+ δ
δH B
N
温
J γ+ δ
度
γ
G 奥氏体
α+γ S αP
铁素体
Q Fe
L
L+γ
碳量％
0 0.53 4.30 6.69 2.14 2.11 0 0.09 0.16 0.17 6.69 0 0 0.022 0.0218 0.76 0.77 0.0057
上节回顾
2. 掌握几种典型的组织（组成、形貌特点、性能特点）
1.铁素体 碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，bcc晶格，常用α或F表示。
＜0.09%的合金，按匀晶转变为δ相之
后，继续冷却时发生固溶体的同素异晶转
变为单相γ。 含碳量在0.53~2.11%之间的合金，按
匀晶转变凝固后，组织也是单相γ。
4 铁碳相图 4.2 Fe-Fe3C相图分析
共晶转变（水平线ECF）
共晶转变是在1147℃的恒温下，由4.3%C的液相转变为2.14%C的γ和
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2020/11/4
12
铁素体的显微组织
铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝 酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明 亮的多边形等轴晶粒。
2020/11/4
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奥氏体的组织
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在。
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（3）Fe3C(渗碳体） cementite
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（1）纯铁pure iron（多型性）
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➢ 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变。
➢ 在912℃以下为体心立方 ， 称α铁(α-Fe)；
➢ 低温的铁具有铁磁性，在 770℃ 以 上 铁 磁 性 趋 于 消 失 。
➢ 912℃—1394℃ 之 间 为 面 心 立方，称为γ铁(γ-Fe)；
称为铸铁 ➢含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工
业纯铁
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根据组织特征可将铁碳合金分为以下七种
①工业纯铁(<0.0218％C)； ②共析钢，0.77％C； ③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； ④过共析钢(0.77％-2.11％C)； ⑤共晶铸铁(4.30%C)； ⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； ⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C)。
G 912
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α与γ同素异构转变点(A3)
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2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点
符号 H J K N P S Q
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温度/℃ 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量/% 含义
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
0.17 包晶点
6.69 Fe3C的成分
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
➢（1）GS线——奥 氏体中开始析出铁 素体或铁素体全部 转变为奥氏体的转 变线，常称此温度 为A3温度。
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
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➢ （2）ES线：碳在奥氏 体中的固溶度线
➢ 此温度常称为Acm温度 ➢ 低于此温度，奥氏体中
➢ 在1394℃-1538℃(熔点)之间 为体心立方，被称为δ铁(δFe)。
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纯铁的同素异构转变
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912 C
-Fe，fcc
-Fe，bcc
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图 纯铁的同素异构转变
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铁的同素异构转变
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纯铁的性能特点
➢塑性好 ➢韧性好 ➢磁导率高（仪器仪表的铁芯） ➢强度硬度低： ✓屈服强度：100-170MPa ✓抗拉强度：180-270MPa ✓硬度HBS：50-80
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硬度测量
布氏硬度计
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洛氏硬度计
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（2）铁的固溶体
碳溶解于α铁或δ铁中形成的固溶体为铁 素体ferrite ，用α或δ表示(或用F表示)。
碳在铁素体中的最大溶解度为0.0218％
碳溶解于γ铁中形成的固溶体称为奥氏体 austenite ，用γ表示(或用A表示)。
碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11％
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γ与δ同素异构转变点(A4)
0.0218 碳在α-Fe中的最大溶解度
0.77 共析点
0.0008 室温下碳在α-Fe中的溶解度
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2、 Fe-Fe3C相图分析 特征线
ABCD为液相线
AHJECF为固相线
整个相图主要由包晶、共晶、共析三个 恒温转变所组成
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特征线
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
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➢ （ 4 ） PQ 线 ： 碳 在 铁 素 体(α)中的固溶度线(共析 温度以下)
➢ 在727℃时，铁素体含碳 量为0.0218％，在600℃ 时仅为0.008％，因此温 度下降时铁素体中将析 出渗碳体，称为三次渗 碳体记作Fe3CIII。
➢铁碳相图常表示为Fe- Fe3C和Fe—石墨 双重相图
➢Fe-Fe3C（6.69%C）相图 （用实线表示）
➢Fe-C（石墨100%C）相图 （用虚线表示）
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铁碳合金中的组元及相
组元：纯铁和碳
相：碳在铁中形成的固溶体铁素体ferrite （F）、奥氏体austenite （A）、高温铁素体 （δ）和铁与碳形成的间隙化合物渗碳体 cementite （Fe3C）
➢ 图中(770℃)线表示铁素 体的磁性转变温度(居里 温度)，常称A2温度。
➢ 230℃水平虚线表示渗碳 体的磁性转变温度
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3、 典型铁碳合金的平衡凝固
➢钢和铸铁的区分 ➢通常按有无共晶转变来区分钢和铸铁 ➢含碳量在0.0218％—2.11％的铁碳合金无
共晶转变，有共析转变，称为钢。 ➢含碳量大于2.11％的铁碳合金有共晶反应，
➢ Fe3C属正交晶系，复杂的斜方结 构，无同素异构转变。
➢ 硬度很高，塑性几乎为零，是脆 硬相。可刻划玻璃
➢ 在钢和铸铁中呈片状、球状、网 状、板状
➢ 是碳钢中主要的强化相 ➢ 它的量、形状、分布对钢的性能
影响很大
Fe3C 3Fe C(石墨)
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Fe3C(渗碳体)的组织
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2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点14个
符号 温度/℃ 含碳量/% 含义
A 1538
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纯分
C 1148
4. 3 共晶点
D 1227 E 1148
6.69 Fe3C的熔点 2.11 碳在 γ-Fe中的最大溶解度
F 1148
6.69 Fe3C的成分
铁碳相图和铁碳合金
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一、 铁碳相图 Fe-C diagram
➢钢与铸铁（金属材料） ➢钢与铸铁的基本组成是铁和碳两种元素 ➢铁与碳可以形成Fe3C、Fe2C、FeC等多种稳
定化合物 ➢铁碳相图：1868年发现（俄国冶金学家）
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一、 铁碳相图
➢铁碳合金中的碳可以有两种方式存在即 渗碳体(Fe3C)和石墨
将析出渗碳体，称为二 次渗碳体记作Fe3CII以 区别液相中经CD线析 出的一次渗碳体Fe3CI。
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
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➢（3）GP线：碳在 铁 素 体 (α) 中 的 固 溶度线
➢ 在 α+γ 两 相 区 ， 温 度变化时，铁素体 中的含碳量沿这条 线变化。