工程材料04(铁碳合金相图)
工程材料04铁碳合金相图2
钢铁是现代工业中应用最为广泛的的金属材料，其基本组元是铁和碳元素，因此称为铁碳合金。
为了掌握钢铁材料的成分、组织和性能之间的关系，为以后的生产应用做好准备，就必须学习和研究铁碳合金相图。
铁和碳元素可以形成固溶体以及一系列化合物（Fe3C、Fe3C、FeC 等），但由于含碳量较大的铁碳合金脆性很大，无实际应用价值，所以在铁碳合金相图中，只需研究Fe-Fe3C部分（含碳量≦6.69%）。
第一节铁碳合金的基本相在铁碳合金中，铁和碳元素的相互作用方式有两种：（1）碳原子溶解到纯铁的晶格中，形成固溶体，如铁素体和奥氏体；（2）铁和碳原子相互作用形成金属化合物，如渗碳体。
一、铁素体：α 、F碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，它仍保持α-Fe的体心立方结构。
由于铁素体的含碳量较低（室温下w=0.0008%），其性能与纯铁相近。
c铁素体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性和韧性。
抗拉强度σb：180~280MPa屈服强度σs：100~170MPa硬度HB：50~80HBW伸长率δ：30~50%冲击韧性A k：160~200J二、奥氏体：γ、A碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，它仍保持γ-Fe的面心立方结构。
奥氏体溶解碳原子的能力与温度有关，1148℃时w c=2.11%，727℃时w c=0.77%。
一般奥氏体的硬度约为170~220HBW，伸长率δ约为30~50%。
因此，奥氏体的硬度较低而塑性较好，易于锻压成型。
三、渗碳体：FeC3渗碳体是一种具有复杂晶格结构的金属间化合物，其性能特点是硬度很高（约1000HV），且脆性很大（δ，αk≈0）。
渗碳体在碳钢中不能作为基体相，而是作为强化相存在，它的存在形态（网、片、条、粒状等），对碳钢的性能有很大的影响。
例如，渗碳体以细小的颗粒状形态，均匀分布在固溶体基体相上，则碳钢的力学性能较好；但是，渗碳体呈较粗大形态或网状分布时，则碳钢的脆性会增大。
第二节铁碳合金相图分析分析相图：注意相图中的恒温反应！钢铁的分类：（1）工业纯铁w c＜0.0218%（2）钢0.0218%＜w c＜2.11%（3）白口铸铁2.11%＜w c＜6.69%简化的铁碳相图及各点说明：一、液相线：ACD固相线：AECF二、ECF 共晶反应线L C→ A E+ Fe3C共晶产物（A + Fe3C）称为莱氏体，用符号Ld 或Le表示。
第04章 铁碳合金相图
铁和碳的合金称为铁碳合金， 如钢和铸铁都是铁碳合金。要掌握各种钢和铸铁的 组织、性能及加工方法等，必须首先了解铁碳合金中的
化学成分、组织和性能之间的关系。
铁碳合金相图是研究铁碳合金组织与成分、温度关 系的重要图形，了解和掌握它对制定钢铁的各种加工工 艺都有着重要的作用。
4.1
铁碳合金的基本组织 在铁碳合金系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，它们
γ -Fe的最大空隙半径 4-3所示。由于 γ -Fe是面心立方晶格，而
略小于碳原子的半径，其晶格的间隙较大，故奥氏体的溶碳能
力较强，溶解度比铁素体高得多。在1 148℃时溶碳量可达 2.11%的最大溶解度，随着温度的下降，溶解度逐渐减小，在 727℃时溶碳量为0.77%。
4.1
铁碳合金的基本组织
应该指出的是：稳定的奥氏体属于铁碳合金的高温组织，当铁
碳合金缓冷到 727℃时，奥氏体将发生转变，转变为其他类型 的组织。
4.1
铁碳合金的基本组织
图4-4
奥氏体的显微组织
4.1
铁碳合金的基本组织
4.1.3
渗碳体
渗碳体(Fe3C)是指晶体点阵为正交系、分子式为Fe3C的一 种金属化合物。渗碳体碳的质量分数是6.69%。渗碳体具有复 杂的斜方晶格结构，如图4-5所示，与铁和碳的晶格结构完全
在不同温度下的平衡组织是各不相同的，但它们总是由几个基 本相所组成。 在液态，铁和碳可以无限互溶。在固态，碳可溶于铁中，
形成两种间隙固溶体——铁素体和奥氏体。
当碳的质量分数超过其固态溶解度时，则会出现化合物—
—渗碳体(Fe3C)。因此，在铁碳合金中，碳可以与铁组成化合
物，也可以形成固溶体，还可以形成混合物。铁碳合金在固态 下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体等，
课题四铁碳合金相图课件
市场需求的预测
汽车工业需求
随着电动汽车和智能网联汽车的发展，对高性能、轻量化铁碳合 金材料的需求将不断增加。
航空航天需求
随着航空航天技术的进步，对高强度、耐高温的铁碳合金材料的 需求也将不断增长。
基础设施建设需求
随着全球基础设施建设的不断推进，对高强度、耐腐蚀的铁碳合 金材料的需求也将持续增加。
THANKS
化学成分和组织结构等。
数据处理
对实验数据进行整理、分析和处 理，利用数学方法绘制出相图。
图形绘制
将处理后的数据用图形的方式表 示出来，形成铁碳合金相图。
相图的解读
平衡状态
根据相图可以确定不同成分的铁碳合金在不同温度下的平衡状态 ，如单相区、两相区、固溶体区等。
相变规律
相图描述了铁碳合金在不同温度和成分下的相变规律，包括同素异 晶转变、共晶反应和共析反应等。
感谢观看
生产工艺的改进
高效成形技术
01
采用先进的成形工艺，如精密铸造、粉末冶金等，提高铁碳合
金材料的生产效率和产品质量。
节能减排技术
02
在生产过程中引入节能减排技术，降低铁碳合金生产的能耗和
污染物排放，实现绿色制造。
智能化生产
03
利用物联网、大数据等先进技术，实现铁碳合金生产的智能化
和自动化，提高生产效率和产品质量。
相图中的各个区域代表了不同成分 的铁碳合金在不同温度下的平衡状 态，包括液相区、固相区和两相区 。
特性线
特性线是相图中的一些关键温度线 ，如熔点线、共晶点线、共析点线 等，它们对确定合金的平衡状态和 相变过程具有重要意义。
相图的绘制
实验数据
铁碳合金相图的绘制需要大量的 实验数据，包括不同成分的铁碳 合金在不同温度下的物理性质、
铁碳合金相图
第四章 铁碳合金相图碳钢与铸铁是使用最为广泛的金属材料，是铁和碳组成的合金，不同成分的碳钢和铸铁，组织和性能也不相同。
在研究和使用钢铁材料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废品的原因时，都需要应用铁碳相图。
在铁碳合金中，根据结晶条件不同，组元碳可具有碳化物Fe 3C （渗碳体）和石墨两种形式，渗碳体在热力学上是一个亚稳定相（meta-stable phase ），而石墨是稳定的相。
在通常情况下，铁碳合金是按Fe-Fe 3C 系进行转变，本章我们讨论的铁碳相图实际上就是Fe-Fe 3C 相图。
4-1 铁碳合金的组元一、纯铁纯铁的熔点为1538℃，其冷却曲线如图7.1所示。
纯铁由液态结晶为固态后，继续冷却到1394℃及912℃时，先后发生两次晶格类型的转变。
金属在固态下发生的晶格类型的转变称为同素异晶转变（allotropic transformation ）。
同素异构转变伴有热效应产生，因此在纯铁的冷却曲线上，在1394℃及912℃处出现平台。
铁的同素异晶转变如下：（体心立方）（面心立方）（体心立方）Fe Fe Fe CC O O −⇔−⇔−αγδ9121394 温度低于912℃的铁为体心立方晶格，称为α-Fe ；温度在912~1394℃间的铁为面心立方晶格，称为γ-Fe ；温度在1394~1538℃间的铁为体心立方晶格，称为δ-Fe 。
工业纯铁的机械性能特点是强度、硬度低，塑性好，其机械性能大致如下：时间温度（℃）图7.1 纯铁的冷却曲线及晶体结构的变化拉伸强度σb18×107~28×107N/m2屈服强度σ0.2 10×107~17×107N/m2延伸率δ 30~50%断面收缩率ψ70~80%冲击值160~200J/cm2布氏硬度HB 50~80二、碳在铁中的固溶体碳的原子半径较小，在α-Fe和γ-Fe中均可进入Fe原子间的空隙而形成间隙固溶体。
碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（ferrite），常用符号F或α表示，其最大溶解度为0.0218wt%C，发生于727℃，碳多存在于体心立方α结构的八面体空隙。
第四章 铁碳合金相图(全)
第四章 铁碳合金相图
主讲人： 刘 怿 凡
§4.1 固态合金的相结构
几个重要概念
1.合金
两种或两种以上的金属，或金属与非金属元素组成 的具有金属特性的物质
2.组元
组成合金的最基本的独立物质称为组元，可以是组 成合金的元素，也可以是化合物，有二元、三元等。
3.相
在合金中，凡成分相同、结构相同并以明显界面相 互分开的均匀组成部分，是合金中最基本的组成部分。
●白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐 磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂 的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。
§4.4 铁碳合金相图的应用
2.在铸造工艺方面的应用
根据Fe—Fe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在 液相线以上50～100℃。
§4.1 固态合金的相结构
4.组织
用肉眼或显微镜观察到的金属材料的内部情景，包 括晶粒的大小、形状、相对数量和相对分布。“特殊形 态的微观形貌”
5.合金系
由相同组元配制的一系列成分不同的合金，组成一 个合金系统。
合金组织中的相结构决定合金的性能
§4.1 固态合金的相结构
合金的相结构
晶体结构、原子结构不同、组元相互作用不同——不同相结构
4.在热处理工艺方面的应用
Fe—Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些 热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe—Fe3C相图 确定的。
§4.4 铁碳合金相图的应用
在运用Fe—Fe3C相图时应注意以下两点：
①Fe—Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含有其 它元素，相图将发生变化，与实际情况有较大差异。
工程材料成型与技术基础之铁碳合金相图(ppt 28页)PPT学习课件
第四节 铁碳合金相图
1、相图分析
因此，剩余的液相就发生共晶转变形成莱氏体。 第四节 铁碳合金相图
图2-24 亚共析1钢) 组铁织金碳相合图 金相图中的特征点：
共晶生铁的组织转变如图2-27 (2) Fe-Fe3C相图虽然表示了铁碳合金在不同温度下的组织状态，但这种组织都是从高温，以极其缓慢冷却速度得到的，是一种平衡组织。 共晶白口铁（Fe3CI+L’d） → Fe3C（C=6 . 共晶合金有良好的铸造性能，在铸造生产中获广泛应用。 2到3点间冷却时，奥氏体中同样要析出二次渗碳 2、合金的基本相：固溶体、金属化合物、机械混合物； （２）几种典型铁碳合金结晶过程分析 亚共晶白口铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。 第四节 铁碳合金相图 第四节 铁碳合金相图 第四节 铁碳合金相图 白口铁中都存在莱氏体组织，具有很高的硬度和脆性，既难以切削加工，也不能锻造。 77％，因而发生共析反应转变为珠光体，共析反应结束后，合金由珠光体和二次渗碳体组成，4点以下再继续冷却，组织基本上不再变 化。 (Fe—Fe3C)相图，如图2-20所示为简化图。
第四节 铁碳合金相图
2) 铁碳合金相图中的特征线：
图2-20 Fe-Fe3C相图主要由包晶、共晶和共析三个恒温转变组成。 （1）ACD线为液相线，AECF线为固相线。 （2）在ECF水平线(1148℃)发生共晶转变LC↔γE + Fe3C ，其转变产物 是奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。碳的质量分数为2．11 ％～6．69％的铁碳合金都发生这种转变。 (3)在PSK水平线(727℃)发生共析转变γS ↔αP + Fe3C ，其转变产物是 铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。所有碳质量分数超过0．02 ％的铁碳合金都发生这个转变。共析转变温度常标为A1温度。
机械工程材料第四章铁碳合金相图
第四章铁碳合金相图教学目的及其要求通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识，学懂铁碳相图的特征点、线及其意义，了解铁碳相图的应用。
主要内容1．铁碳合金的相组成2．铁碳合金相图及其应用3．碳钢的分类、编号及应用学时安排讲课4学时教学重点1．铁碳合金相图及应用2．典型合金的结晶过程分析教学难点铁碳合金相图的分析和应用。
教学过程第一节纯铁、铁碳合金中的相一、铁碳合金的组元铁：熔点1538℃，塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。
由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。
碳：在Fe－Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间隙固溶体形式存在。
二、铁碳合金中的基本相相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。
铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合物。
固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。
这也是碳在合金中的两种存在形式。
1．铁素体碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用α或者F表示，为体心立方晶格结构。
塑性好，强度硬度低。
2．奥氏体碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或者A表示，为面心立方晶格结构。
塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。
3．渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69％，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。
渗碳体对合金性能的影响：（1）渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。
（2）对强度的影响与渗碳体的形态和分布有关：以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度；以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。
二、两相机械混合物珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。
莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。
4铁碳合金相图
工程材料及其热处理-2 8
3、单相的基本组织
在铁碳合金中,各个独立存在的相,也可以看成是单 相的基本组织。例如：铁素体组织，渗碳体组织。
4
3、渗碳体
Fe和C形成的间隙化合物。
具有固定的熔点1227℃，固定的化学成分，碳的
质量分数ωc=6.69%， 分子式Fe3C。 Fe3C在铁碳合金中是一种独立的相。性能特点硬而 脆， 相对固溶体，Fe3C属于强化相。渗碳体的数量、 形态、分布对钢的性能影响很大。
工程材料及其热处理-2
5
说明： 高温相：A 室温相主要是：F、Fe3C
3、相区
工程材料及其热处理-2 17
三、铁-渗碳体相图中各点、线含义的小结
根据上述分析结果，把铁-渗碳体相图中主要特 性点和线分别列表归纳总结。见表4-1和表4-2。
工程材料及其热处理-2
18
四、铁碳合金的分类 按含碳量不同，铁碳合金分为：工业纯铁、钢 和铸铁三大类。
工程材料及其热处理-2
19
工程材料及其热处理-2
13
2、图中各线的分析
ACD线—液相相
线—固相线
ECF线为共晶线，液相合金冷却到共晶线时， 将发生共晶转变。 ES线为C在A中的溶解度曲线。最大溶解度是E 点，随着温度下降，溶解度减小，直到S点为最小 溶解度点。 3、相区
工程材料及其热处理-2 14
二、下半部分图 形——固态下的结 晶
工程材料及其热处理-2
工程材料及其热处理-2
第04章 铁碳合金
１、 重要的点 C点为共晶点
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 Le表示。 共晶转变线ECF：1148摄氏度，C%=4.3%。
L4.3 体），
A2.11+Fe3C（共晶渗碳
Le4.3 高温莱氏体 Le，Ld
S点为共析点 共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共 析混合物, 称珠光体, 以符号P表示。
第一节
铁碳合金系相图
一、Fe-Fe3C相图的组元和基本相 1.组元
纯铁熔点为1538℃，具有同素异构转 变，δ -Fe(bcc) --1394℃--γ-Fe(fcc)--912℃--a -Fe(bcc) (同素异构转变) 。 性能特点是强度低、硬度低、塑性好。 抗拉强度 σb 180 MPa～230 Mpa 延伸率 δ 30%～50%
A的硬度较低，但塑性、韧性好，适于压力加工。
渗碳体 （Fe3C）：
的一类重要的基本相。
它既可作为组元，也是钢中
Fe3C是亚稳定相，这对铸铁组织有重要意义，且有些合金元 素Mn、Cn可置换Fe原子，对合金钢有意义。
高 温 铁 素 体
奥氏体
铁 素 体
渗 碳 体
钢中的基本相
。
二、铁碳相图分析
点的符号 A B C D E F G H K P S 温度℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 727 727 727 含碳量% 0.00 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0.00 0.09 6.69 0.0218 0.77 说明 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的浓度 共晶点，LcA+Fe3C 渗碳体熔点 碳在-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 -Fe-Fe 同素异构转变点 碳在-Fe 中的最大溶解度 渗碳体 碳在-Fe 中的最大溶解度 共析点
工程材料 4 铁碳合金相图
铁碳合金相图
二、 铁碳合金中的相与组织
δ相 （高温铁素体 ） γ相 （奥氏体 A ） α相 （铁素体 F ） Fe3C相（渗碳体 Cem，Cm ） G 石墨
一）铁素体
铁素体是碳在α-Fe中的固溶体，用 符号“F‖表示。 其组织结构与组织形态如图所示。 1）铁素体的特点：
铁素体
1）铁素体的特点：
六、合金Ⅵ（过共晶白口铸铁）
过晶白口铸铁结晶过程的基本转变： 匀晶转变+共晶转变+二次相析出转变+共析转变 室温组织： 一次渗碳体+低温莱氏体
显 微 组 织
主要组织组成物
铁素体
珠光体
钢铁分界线
莱氏体
渗碳体
A
L+
H
温N 度
J
A
B
主要组织组成物
L L+A
A+
D
L+ Fe3C
E S
P A+ Fe3CⅡ
因此整个 Fe － C 相图包括 Fe － Fe3C 、 Fe3C － Fe2C 、 Fe2C － FeC 、 FeC－C等部分组成。 鉴于含碳量为6.69%的Fe3C硬而 脆，超过6.69％的铁碳合金没有实用 价值。所以我们研究的铁碳相图， 实际上是Fe和Fe3C二个基本组元组 成的Fe－Fe3C相图或Fe和自由碳组 成的Fe－G相图。
0.77 6.69
6.69 0.45 100 % 94% 6.69 0.0218
Fe3C = 1 - wF = 6% 答：……..
三、合金Ⅲ（过共析钢）
三、合金Ⅲ（过共析钢） 过共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、二次相析出转变、 共析转变
室温组织：珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ
2第四节 铁碳合金相图
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L+A
AE
F+P P P + Fe3C
A
A3
A+F
A1
P+F
共析钢
(C=0.77%)
过共析钢
(0.77%< C<2.11%)
2
Fe-C合金状态图
状态图的分析
组织分析
常温组织
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L L
AC
F+P P P + Fe3C
2
Fe-C合金状态图
室温时，含碳量低于0．0218％的合金全部为铁 素体（忽略三次渗碳体）、随着合碳量的增加，铁 素体的含量呈线性减少，到6．69％C时降为零。与 此同时，渗碳体的含量则由零直线增加至100％。 含碳量的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的 变化，而且由于引起不同性质的结晶过程，使其出 现不同的组织形态，发生不同的相互结合，因此造 成不同的组织变化。
2
Fe-C合金状态图
（2）组织形态的变化：同一种组织组成物或组 成相，由于生成条件的不同，虽然本质相同，但 形态差别却很大，对性能的影响也大不一样。 1）铁素体。 固溶体转变生成的单相铁素体为块状（等轴晶 粒状）；共折体中的铁素体则由于同渗碳体相互 制约，主要呈交替片状。
2
Fe-C合金状态图
2）渗碳体。 它的形态最复杂，钢铁组织的复杂化主要是它所造成 的。 一次渗碳体是从液体中直接析出，呈长条状； 二次渗碳体是从奥氏体中析出的，沿晶界呈网状； 三次渗碳体是从铁素体中析出的，沿晶界呈小片或粒 状； 共晶渗碳体是同奥氏体相关形成的，在莱氏体中为连 续的基体； 共析渗碳体是同铁素体交互形成的，呈交替片状。
第四章 铁碳合金相图(上)
§4.1 固态合金的相结构
一、固溶体
——组元间相互溶解，溶质原子溶入固态溶剂。 特点：保持溶剂晶格类型
1.分类
(1)按溶质原子在晶格中的位置：置换固溶体、间隙固溶体
§4.1 固态合金的相结构
(2) 按固溶度:有限固溶体、无限固溶体
固溶强化： 溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度升高， 塑性、韧性降低。 产生原因：晶格畸变
六、共析相图
由一个某一成分的固溶体相，在某一恒定温度下，同时分解出两个 新的固相的相图。
§4.2 二元合金相图
六、几种恒温转变对比
1、共晶转变：
L
（分解反应）
2、包晶转变：
L
（合成反应）
3、共析转变：
（分解反应）
谢 谢！
§4.1 固态合金的相结构
组元之间相互溶解——固溶体：铁素体(F)、奥氏体(A)
组元之间相互反应——金属化合物：渗碳体（Fe3C)
组元间既不溶解，也不反应——？？？？
三、机械混合物
珠光体：F＋Fe3C
§4.2 二元合金相图
相图：合金系中，相组成－合金成分－温度之间关系的图解。
一、相图的建立
热分析法测定相图：
强化效果：间隙固溶体＞置换固溶体
回忆：我们已 经学了几种强 化手段了？
§4.1 固态合金的相结构
二、金属化合物
合金组元间按一定比例发生相互反应而形成化合物 特点： 晶格类型与性能均不同于任一组元。 一般可用分子式表示，有些成分可在一定范围内变动。 具有一定的金属性质，又称金属化合物。 三高(高熔点、高硬度、高脆性)
区：
液相（L）区
固相（α）区
液固两相共存（L+ α）区
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钢铁是现代工业中应用最为广泛的的金属材料，其基本组元是铁和碳元素，因此称为铁碳合金。
为了掌握钢铁材料的成分、组织和性能之间的关系，为以后的生产应用做好准备，就必须学习和研究铁碳合金相图。
铁和碳元素可以形成固溶体以及一系列化合物（Fe3C、Fe3C、FeC 等），但由于含碳量较大的铁碳合金脆性很大，无实际应用价值，所以在铁碳合金相图中，只需研究Fe-Fe3C部分（含碳量≦6.69%）。
第一节铁碳合金的基本相在铁碳合金中，铁和碳元素的相互作用方式有两种：（1）碳原子溶解到纯铁的晶格中，形成固溶体，如铁素体和奥氏体；（2）铁和碳原子相互作用形成金属化合物，如渗碳体。
一、铁素体：α 、F碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，它仍保持α-Fe的体心立方结构。
由于铁素体的含碳量较低（室温下w=0.0008%），其性能与纯铁相近。
c铁素体的强度、硬度较低，但具有良好的塑性和韧性。
抗拉强度σb：180~280MPa屈服强度σs：100~170MPa硬度HB：50~80HBW伸长率δ：30~50%冲击韧性A k：160~200J二、奥氏体：γ、A碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，它仍保持γ-Fe的面心立方结构。
奥氏体溶解碳原子的能力与温度有关，1148℃时w c=2.11%，727℃时w c=0.77%。
一般奥氏体的硬度约为170~220HBW，伸长率δ约为30~50%。
因此，奥氏体的硬度较低而塑性较好，易于锻压成型。
三、渗碳体：FeC3渗碳体是一种具有复杂晶格结构的金属间化合物，其性能特点是硬度很高（约1000HV），且脆性很大（δ，αk≈0）。
渗碳体在碳钢中不能作为基体相，而是作为强化相存在，它的存在形态（网、片、条、粒状等），对碳钢的性能有很大的影响。
例如，渗碳体以细小的颗粒状形态，均匀分布在固溶体基体相上，则碳钢的力学性能较好；但是，渗碳体呈较粗大形态或网状分布时，则碳钢的脆性会增大。
第二节铁碳合金相图分析分析相图：注意相图中的恒温反应！钢铁的分类：（1）工业纯铁w c＜0.0218%（2）钢0.0218%＜w c＜2.11%（3）白口铸铁2.11%＜w c＜6.69%简化的铁碳相图及各点说明：一、液相线：ACD固相线：AECF二、ECF 共晶反应线L C→ A E+ Fe3C共晶产物（A + Fe3C）称为莱氏体，用符号Ld 或Le表示。
三、PSK 共析反应线（A1线）A S→ F P+ Fe3CⅡ共析产物（F + Fe3CⅡ）称为珠光体，用符号P表示。
珠光体组织由F和Fe3CⅡ两相组成，其性能介于二者之间。
σb=800Mpa HB=180~280δ=20%~25% A k=24~32J四、GS线（A3线）温度降低时，沿着GS线，A的含碳量增大，析出F相。
五、ES线（A cm线）温度降低时，沿着ES线，A的含碳量减小，析出Fe3CⅡ。
六、PQ线温度降低时，沿着PQ线，F的含碳量减小，析出Fe3C。
Ⅲ数量极少，在光学显微由于Fe3CⅢ镜下不易看见，可不考虑。
第三节铁碳合金的结晶过程及其组织Ⅰ、共析钢C% = 0.77%组织转变过程：T0 →T1：LT1→T2：L+AT2→T3： AT3→T4：P共析钢（C% = 0.77%）在室温下：相组成： F + Fe 3C 相对量的计算：组织组成：P 10218.069.633=+--=C Fe F C Fe F Q Q C C Q QⅡ、亚共析钢0.0218%~ 0.77%组织转变过程：T0 →T1：LT1→T2：L+AT2→T3： AT3→T4：F+AT4→ T5：F+P亚共析钢（0.0218%＜C%＜0.77%）在室温下：相组成： F + Fe 3C相对量的计算：组织组成：F + P 相对量的计算：10218.069.633=+--=C Fe F C Fe F Q Q C C Q Q 10218.077.0=+--=P F P F Q Q C C Q QⅢ、过共析钢0.77%~ 2.11%组织转变过程：T0 → T1：LT1→ T2：L+AT2→ T3： AT3→ T4：A+Fe3CⅡT4→ T5：P+Fe3CⅡ过共析钢（0.77%＜C%＜2.11%）在室温下：相组成： F + Fe 3C相对量的计算：组织组成：P+Fe 3C Ⅱ相对量的计算：10218.069.633=+--=C Fe F C Fe F Q Q C C Q Q 177.069.633=+--= C Fe P C Fe P Q Q C C Q QⅣ、共晶白口铸铁C%=4.3%组织转变过程：T0 → T1：LT1→ T1’：L d（A+Fe3C）T1→ T2：L d（A+Fe3C+FeCⅡ）3 T2→ T3：L d’(P+Fe3C+FeCⅡ）3低温莱氏体/变态莱氏体共晶白口铸铁（C%=4.3%）在室温下：相组成： F + Fe 3C相对量的计算：组织组成：L d ’10218.069.633=+--=C Fe F C Fe F Q Q C C Q QⅤ、亚共晶白口铸铁 2.11%~4.3%组织转变过程：T0 → T1：LT1→ T2：L+AT2→ T3：L d+A+Fe3CⅡT3→ T4：L d’+P +Fe3CⅡ亚共晶白口铸铁（2.11%＜C%＜4.3%）在室温下：相组成： F + Fe 3C相对量的计算：组织组成：Ld’+P +Fe 3C Ⅱ10218.069.633=+--=C Fe F C Fe F Q Q C C Q QⅥ、过共晶白口铸铁 4.3%~6.69%组织转变过程：T0 → T1：LT1→ T2：L+ Fe3CⅠT2→ T3：L d+ Fe3CⅠT3→ T4：L d’+ Fe3CⅠ过共晶白口铸铁（4.3%＜C%＜6.69%）在室温下：相组成： F + Fe 3C相对量的计算：组织组成：Ld’+ Fe 3C Ⅰ10218.069.633=+--=C Fe F C Fe F Q Q C C Q Q 1Q Q 4.3C C 6.69Q Q C Fe Ld'C Fe Ld'33=+--=按相组成物填写的铁碳相图按组织组成物填写的铁碳相图比较：第四节铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系一、含碳量与平衡组织间的关系从铁碳平衡相图中可以看出，随着含碳量的提高，Fe3C的含量也随之提高，而且Fe3C的形态也发生变化（亚共析钢为F基体+Fe3C片；过共析钢为P+网状Fe3C；白口铸铁中的莱氏体则是以Fe3C为基体）。
因此，不同成分的铁碳合金具有不同的组织，进而决定了它们具有不同的性能。
二、含碳量与力学性能间的关系亚共析钢的组织为F+P，随着含碳量提高，组织中P的量增大，钢的强度、硬度呈直线提高，但塑性、韧性会下降；过共析钢的组织为P+Fe3CⅡ，且Fe3CⅡ呈网状分布，当钢中wc≧0.9%时不仅使钢的塑性、韧性进一步下降，而且强度也明显下降，因此工业用钢的含碳量一般≦1.3~1.4%；建筑结构和各种型材需要塑性、韧性较好的材料，一般采用低碳钢；各种机械零件需要综合性能较好的材料，应采用中碳钢；各种工具则需要硬度、耐磨性较好的材料，应采用高碳钢白口铸铁的组织中存在大量的Fe3CⅡ，性能硬而脆，难以切削加工，因此在机械工业中很少应用。
三、含碳量与工艺性能间的关系1、铸造性能根据Fe-Fe3C相图可以确定合适的浇注温度；接近共晶成分铸铁的固/液相线的温度间隔小，铸造性好，且浇注温度低，适合于铸造生产。
2、锻造性能碳钢在室温下为两相组织，形变加工困难，而在高温下碳钢为单相A组织，硬度低而塑性好，锻造性能优良，适合进行锻造加工；白口铸铁在高温/低温下，其组织都是以Fe3C为基体的，不能进行锻造。
3、焊接性能钢材的焊接性能主要取决于材料的碳当量，碳当量越低则焊接性能越好，因此焊接结构一般应选用低碳钢或低碳合金钢，而铸铁的焊接性能差，故焊接仅用于铸铁件的修复和焊补。
Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5 +(Ni+Cu)/154、切削性能低碳钢中F较多，硬度低而塑性好，加工时切削热较大，容易“粘刀”，且断屑和排屑困难，影响工件的表面粗糙度；高碳钢中Fe3C较多，硬度大，加工时刀具易磨损，切削性能也较差。
一般认为，钢的硬度在160~230HBW时切削加工性能较好，因此可通过预先热处理来调整碳钢的硬度，并改善Fe3C的形态和分布，提高切削加工性能。
5、热处理加工热处理的基本原理是将碳钢通过加热保温A化后，采用不同方式冷却以获得不同的组织，而Fe-Fe3C相图中的A1、A3、A cm三条相变线则是确定碳钢热处理工艺加热温度的依据。
本章小结钢铁是现代工业中应用最为广泛的的金属材料，通过Fe-Fe3C相图分析和研究碳钢的成分、组织和性能之间的关系，对指导以后的生产应用具有重要意义。
1、要求熟练掌握Fe-Fe3C相图，认识相图中各点、线的含义。
2、学会分析Fe-Fe3C相图，掌握不同成分铁碳合金的结晶过程及其在室温下的相和组织组成情况，并能利用杠杆定律进行计算。
3、根据铁碳相图中各材料的成分、组织，分析并判断平衡条件下材料的力学性能和工艺性能。
思考题及练习题：《教材》P64。