铁碳合金的基本组织与状态图

“四”指四个含碳量：0.77％、2.11％、4.3％、 6.69％；
h
24
“五”指五种温度：15380C，11480C，12270C， 9120C，7270C；
六指六条线： (1)ACD液相线：其以上组织都是液态。
(2)AECF固相线：其以下组织都是固态。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)GS、A3线：奥氏体析出铁素体的开始线： 奥氏体析出铁素体
h
40
共晶白口铁组织金相图
h
41
共晶合金组织形态
h
42
3）过共晶白口铸铁 C 4.3～6.69%范围，室 温组织为一次渗碳体和低温莱氏体组成。 显微组织中亮白色的条状（板状）为初生 渗碳体（Fe3CⅠ），基体为低温莱氏体， 其中黑点为珠光体、白色部分为渗碳体。
白口铸铁基本都含有莱氏体，这是与钢区 别的特点。
h
17
5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
h
18
1-5-2 Fe—Fe3C状态图 几个概念：
共晶转变：一定成分的液相在一定温度
（恒温）下同时结晶出两个固相的转变。 铁碳相图中C点。
11480C
L4.3% → Ld（A 2.11%C +Fe3C ）
h
19
共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒
h
14
4.珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物
。
h
15
h
16
(五)莱氏体（Ld）（德国学者Ledebur)
奥氏体和Fe3C组成的机械混合物，此反应发生于 含碳量为2.0～6.67%的合金中。莱氏体 （ledeburite）
莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏 体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3 ％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳 体组成，用符号Ld表示。在低于727℃时，莱氏 体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称 为低温莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳 体，所以硬度高，塑性很差
1）亚共晶白口铸铁 C＜4.3%，室温组织由 珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体组成。
含碳量接近共晶成分的合金时，组织中莱 氏体增多，大块珠光体减少。
h
37
亚共晶白口铁组织金相图
h
38
亚共晶合金组织形态
h
39
2）共晶白口铸铁 C＝4.3%，室温组织由珠光体、 二次渗碳体和共结晶渗碳体组成低温莱氏体。显 微镜下，珠光体呈黑色，白色基体为渗碳体，其 中二次渗碳体与共晶渗碳体连在一起，无本质区 别，不易分别。
亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸 铁。含碳量增加时，组织中不仅Fe3CⅡ的数量增 加，Fe3C的存在形式也在变化，由分布在铁素体 的基体内（如P）变为分布在奥氏体的晶界上 （Fe3CⅡ）最后形成莱氏体时，Fe3C已作为基体 出现。含碳量不同的钢铁有不同组织这是决定它 们具有各自性质的原因。
h
54
3）在压力加工成型方面
钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较 好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进 行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以 上100℃～200℃范围内。一般始锻温度为 1150℃～1250℃，终锻温度为750℃～850℃。
h
55
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。这将在热处理中详细阐述。
h
46
2、碳量对铁力学性能的影响
当碳量＜0.9%，随着钢中含碳量增加， 钢的强度、硬度直线上升，塑性、韧度不 断降低难以加工。
当碳量＞0.9%，因沿着晶界形成的二次 渗碳体网趋于完整，不仅使钢的塑性、韧
度进一步降低，强度也明显下降。故工业 上使用的钢含碳量低于1.3～1.4%以保证钢 材具有足够的强度一定的塑性和韧度。
同铸铁相比钢的熔化温度和浇注温度要高 的多，其铸造性能差，易产生收缩，因此 钢的铸造工艺比较复杂。
h
53
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℃。从相图上可看出，纯铁和共晶白口 铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区 间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可 以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总 是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳 含量规定在0.15-0.6%之间，因为这个范围 内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。
两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转 变反应式。
二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
h
22
一二三四五六巧记铁碳相图：
“一”指一种合金组织渗碳体（ Fe3C ）： 特别需要注意从金属液态直接结晶出渗碳 体称为一次渗碳体（ Fe3C Ⅰ），而从A （奥氏体）中析出渗碳体称为二次渗碳体 （ Fe3C Ⅱ）。很易把两者混淆。
h
56
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。
建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的 材料，选用碳含量较低的钢材、低碳钢。
机械零件需要强度、塑性及韧性都较好 的材料，应选用碳含量适中的中碳钢。
h
49
工具要用硬度高和耐磨性好的材料，则 选碳含量高的钢种、高碳钢。
即需要塑性好、韧性好的材料可选低碳 钢；需要强度、硬度、塑性好的材料可选 中碳钢；需要硬度、耐磨性好的材料可选 高碳钢。
温下同时析出个新固体的转变。铁碳相图 中S点
7270C
A0.77%C → P（F0.0218%C+Fe3C ）
h
20
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
D
L+A
E
A
G
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ
h
33
共析钢的室温组织
h
34
3）过共析钢 含C＞0.77%的钢。室温组织为 珠光体和二次渗碳体构成。由于二次渗碳 体沿奥氏体晶界析出，显微组织呈网状分 布。二次渗碳体的含量随钢中碳含量增加 而增加，Ｃ＝２.11％时，其量达到最大。
h
35
过共析钢组织金相图
h
36
３.白口铸铁是C 2.11～6.69%之间的铁碳合 金。特点是液态结晶时都有共晶转变产物 为以渗碳体为基的莱氏体组织，性能很脆， 不能锻造。由含碳量和室温组织不同，分 为三种。
例如：碳钢中加入Mn，可改变共析点的位 置，组织中可提高珠光体相对含量，提高 钢的硬度和强度。
h
52
（2）在铸造成型方面
根据相图中液相线的位置，可确定各种 铸钢和铸铁的浇注温度，为铸造工艺提供 依据。
共晶成分的铸铁合金熔点最低，结晶温
度范围小，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。
于热压力加工。根据相变特征和室温组织 不同分为三种：
h
29
1）亚共析钢 含C＜0.77%的钢。所有亚共析 钢冷到室温后，均由铁素体和珠光体组成。 含碳量越高铁素体越少珠光体越多。
h
30
亚共析钢组织金相图
h
31
2）共析钢 含C＝0.77%的钢。室温组织全部 为珠光体，一般呈片状。
h
32
共析钢组织金相图
(一)铁素体（F） 碳溶于α—Fe（体心立方晶格）中形成间
隙固溶体。
h
2
h
3
由于体心立方晶格的间隙小，溶碳能力极
差，在7270C时溶碳量为0.0218%，随着温度 的下降溶碳逐渐减小，6000C时为0.0057%， 室温时几乎为零。因此铁素体在室温时性
能几乎与纯铁相同，其强度、硬度不高， 但有良好的塑性与韧度。
Fe3C
Fe3C
L
共晶反应（1148OC） Ld 727C
L'd
h
27
1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织
根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳 状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类：
1、工业纯铁C＜0.0218%的铁碳合金。
h
28
2、钢C 0.0218～2.11%的铁碳合金。特点是 高温固态组织为塑性很好的奥氏体，常用
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
h
4.3%C
6.69%C Fe213C
Fe - Fe3C 相图的分析 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。
四条重要的线: EF、ES、GS、FK。
溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度下 降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。
奥氏体存在于727～14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 （HB）为170～220，无铁磁性。
h
6
奥氏体组织金相图
h
7
(三)渗碳体（Fe3C）
h
43
过共晶白口铁组织金相图
h
44
过共晶合金组织形态
h
45
1-5-4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 1、铁碳合金的组织随含碳量增加的变化是： F → F+P → P → P + Fe3CⅡ → P+