第三章 铁碳合金(一)
第三章铁碳合金
第三章铁碳合金众所周知，钢铁材料具有一系列优良的机械性能和工艺性能，是现代工农业生产中应用最普遍的金属材料，它们是以铁和碳作为大体元素的合金，改变其化学成份和工艺条件，就能够够取得不同的组织和性能，从而能知足生产和利用的多种需要。
其大体组元是铁和碳，故统称为铁碳合金。
由于碳的质量分数大于6.69%时，铁碳合金的脆性专门大，已无有效价值。
因此，实际生产中应用的铁碳合金其碳的质量分数均在6.69%以下。
第一节铁碳合金的组元及大体组织一、纯铁Fe是ⅧB族26号元素，具有一系列优良的物理及化学性质，大伙儿都比较熟悉，那个地址就不涉及，只讲铁在晶体结构上的一个性质——多晶型性，即在不同的条件下，铁具有不同的晶体结构，在条件改变时铁会发生同素异构转变。
金属从一种晶格转变成另一种晶格，这种转变称为金属的同素异晶转变。
现以纯铁为例来讲明金属的同素异晶转变进程。
图3-1 纯铁的冷却曲线α，液态纯铁在1538℃时结晶成具有体心立方晶格（b、c、c）的δ-Fe（不同于Fe-晶格尺寸较大）；冷却到1394℃时发生同素异晶转变，由体心立方晶格的δ-Fe转变成面心立方晶格的γ-Fe（f、c、c）；继续冷却到912℃时又发生同素异晶转变，由面心立方晶格的γ-Fe转变成体心立方晶格的α-Fe（b、c、c）。
金属发生同素异晶转变时，必然伴随着原子的从头排列，这种原子的从头排列进程，事实上确实是一个结晶进程，与液态金属结晶进程的不同点在于其是在固态下进行的，但它一样遵循结晶进程中的形核与长大规律。
二、铁素体（Ferrite ）在铁碳合金中，由于含碳量和温度的不同，铁原子和碳原子彼此作用能够形成铁素体、奥氏体和渗碳体等大体相。
碳溶入α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 表示。
铁素体具有体心立方晶格，这种晶格的间隙散布较分散，因其间隙尺寸很小，溶碳能力较差，在727℃时碳的溶解度最大为0.0218%，室温时几乎为零。
铁素体的塑性、韧性专门好（δ=30～50%、a KU =160～200J ／cm 2），但强度、硬度较低(σb =180～280MPa 、σs =100～170MPa 、硬度为50～80HBS)。
第三章 铁碳合金
把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为 黑色金属，而把其他金属及其合金称为 有色金属。
§3-1 合金及其组织
一、合金的基本概念
1、合金
所谓合金，是以一种金属为基础，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，即合金是两种或两种以上的元 素所组成的金属材料。
合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能， 是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜 和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。
3、在锻造工艺上的应用
对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈 单相奥氏体状态时，塑性好，强度的，便于塑性变 形，所以一般锻造都在奥氏体状态下进行，锻造时 必须根据铁碳合金相图确定合适的温度，始轧和始 锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和始锻温度 不能过低，以免产生裂纹。
§3-4 碳素钢
碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于
主要应用在钢材料的选用和加热工工艺的制度两方面。
1、作为选用钢材料的依据
制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，选 用含碳量较低的钢；
要求强度、塑性和韧性等综合性能较好的构件，选 用含碳量适中的钢； 各种工具要求硬度高及耐磨性好，选用含碳量较高 的钢。
2、在铸造生产中的应用
对于铸造性能来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸 造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低， 流动性好，更具有良好的铸造性能。
二、合金的组织
根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金组织可分为固溶体、金属化合物和混合 物三类。
1、固溶体
固溶体是一种组元的原子溶于另一组元 的晶格中所形成的均匀固相。溶入的元素称 为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体保持 溶剂的晶格类型。固溶体一般用α、β、 γ……来表示。
第4讲铁碳合金基本组织及铁碳合金相图分析
第4讲铁碳合⾦基本组织及铁碳合⾦相图分析第三章铁碳合⾦第⼀节基本组织⼀、铁碳合⾦的基本组织1、铁素体（F）铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。
由于α-Fe晶粒的间隙⼩，溶解碳量极微，其最⼤溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是⼏乎不含碳的纯铁。
=180～230Mpa性能：σbHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%ak=156～196J·cm-2显微镜下观察，铁素体呈灰⾊并有明显⼤⼩不⼀的颗粒形状。
Array C）2、渗碳体（Fe3渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。
含碳量为6.69%性能：HB=800，硬度很⾼，脆性极⼤，是钢中的强化相。
显微镜下观察，渗碳体呈银⽩⾊光泽。
渗碳体在⼀定条件下可以分解出⽯墨，3、奥⽒体（A）奥⽒体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。
γ-Fe的溶碳能⼒较⾼，最⼤为2.11%（1148℃）。
由于γ-Fe⼀般存在于727～1394℃之间，所以奥⽒体也只出现在⾼温区域内。
显微镜观察，奥⽒体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。
性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗⼒。
是绝⼤多数钢种在⾼温进⾏压⼒加⼯所需的组织。
4、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体。
珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。
显微镜观察，珠光体呈层⽚状特征，表⾯具有珍珠光泽，因此得名。
=750Mpa性能：σbHB=160～180较⾼δ=20～25%φ=30～40%适中5、莱⽒体（Ld）莱⽒体是由奥⽒体和渗碳体组成的共晶体。
铁碳合⾦中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发⽣共晶转变，⽣成⾼温莱⽒体。
合⾦继续冷却到727℃时，其中的奥⽒体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱⽒体。
统称莱⽒体。
第⼆节铁碳合⾦相图分析各主要线的意义：相图中的线是把具有相同转变性质的各个成分合⾦的开始点和终了点，分别⽤光滑曲线连接起来得到的，代表了铁碳合⾦内部组织发⽣转变的界限。
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
金属工艺学第3章
第二节 铁碳合金相图
• ２.亚共析钢 • 根据Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图，含碳量小于０.７７％的亚共析钢从液态到
结晶终了的结晶过程与共析钢相同，合金全部转变为单相奥氏体。当 亚共析钢继续冷却到与ＧＳ线相交的温度时，从奥氏体中开始析出铁 素体，获得铁素体和奥氏体组织。由于铁素体只能溶解很少的碳，所 以合金中大部分的碳留在了奥氏体中，使剩余奥氏体的溶碳量有所增 加。随着温度的不断下降，析出的铁素体逐渐增多，剩余的奥氏体量 逐渐减少，而奥氏体的溶碳量沿ＧＳ线逐渐增加。当温度下降到与Ｐ ＳＫ线相交的温度（７２７℃）时，奥氏体的溶碳量达到０.７７％ ，此时剩余的奥氏体发生共析转变，转变成珠光体。
• ３.渗碳体 • 渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂斜方晶体结构的金属
化合物，常用分子式Ｆｅ３Ｃ表示。渗碳体中碳的质量分数为６.６９ ％，熔点为１２２７℃，硬度很高（８００ＨＢＷ），塑性和韧性极 低，硬而脆。渗碳体分布在钢中主要起强化作用，它以多种晶粒形态 存在于钢中，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。
• ３.过共析钢 • 当含碳量大于０.７７％的过共析钢冷却到与ＡＥ线相交的结晶终了
温度时，获得单相奥氏体组织。
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第二节 铁碳合金相图
• 继续冷却到与ＥＳ线相交的温度时，由于温度的降低，碳在奥氏体中 的溶解度降低，过剩的碳以渗碳体（这种从奥氏体中析出的渗碳体称 为二次渗碳体）的形式从奥氏体共析钢的显微组织中沿晶界析出，随 着温度的下降，析出的Ｆｅ３ＣⅡ不断增多，并沿晶界呈网状分布， 奥氏体中的溶碳量逐渐下降，当温度降低到７２７℃时，剩余奥氏体 的溶碳量正好为０.７７％，于是发生共析转变而形成珠光体。温度 再继续下降，合金的组织基本不变，最终获得珠光体和二次渗碳体组 织。图３－１１所示为过共析钢的显微组织（图３－１１中黑色为层 片状的珠光体，白色为网状的二次渗碳体）。过共析钢的室温平衡组 织为珠光体和二次渗碳体，但随着含碳量的增加，钢中的二次渗碳体 量也逐渐增多。过共析钢结晶组织转变过程如图３－１２所示。
第三章 铁碳合金相图
上一级
二、Fe-Fe3C合金的结晶过程及组织转变
1 2
1 2
1 2
3
3
3
上一级
1.合金Ⅰ（共析钢）
1点→2点 与匀晶相图完全相同。
2点为奥氏体
2点→3点 组织不变
3点
F
S ( F Fe 3 C )
SK PK 6.69 0.77 6.69 0.0218 100% 88.8%
金属的可焊性是以焊接接头的可靠性和出现焊缝裂纹的
倾向性为其技术判断指标。 钢中含碳量越高，其可焊性越差，故焊接用钢主要是低 碳钢和低碳合金钢。
上一级
（三） 切削加工性 金属的切削加工性能是指其经切削加工成工件的难易 程度。 钢的硬度在160～230HB时，切削加工性最好。
上一级
四、Fe-Fe3C相图的应用
第三章 铁碳合金相图 第一节 典型合金的结晶及其组织
一、铁—渗碳体相图中铁碳合金的分类 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金相 图分为三大类：工业纯铁、碳钢、白口铸铁。 1．工业纯铁 成分P点以左（Wc<0.0218%），即含碳量小于0.0218％ 的铁碳合金，其室温组织为铁素体和三次渗碳体。
上一级
2、碳钢 成分为P点与E点间（Wc=0.0218～2.11%）的Fe-C合 金。其特点是高温固态组织为塑性很好的γ，因而可进 行热加工。 根据含碳量不同又可分为三类： （1） 共 析 钢——含碳量=0.77% （2） 亚共析钢——含碳量<0.77%
（3） 过共析钢——含碳量>0.77%
上一级
上一级
3．合金Ⅲ（过共析钢）
1点→3点间的结晶过程与共析钢相同。
3点 开始析出二次渗碳体。 3点→4点 不断析出二次渗碳体。 4点 发生共析转变而形成珠光体。
第三章 铁碳合金相图
2、有益元素 Mn、Si
锰Mn:随脱氧剂加入。大部分溶于铁素 体中，具有固溶强化效果，少部分形成 合金渗碳体；锰与硫化合成MnS，减轻了 硫的有害作用。碳钢中<0.8%，合金钢中
1.0%- 1.2%。
硅Si:随脱氧剂加入,有较强的固溶强 化作用；可增加钢液流动性。碳钢中 <0.4%
工程材料及热加工基础课件
3、非金属夹杂物的影响
① N：室温下N在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和N在常温放置过程中 以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆, 称时效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N 固定，消除时效倾向。
② O：氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，
易成为疲劳裂纹源。 ③ H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时， 降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压， 形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。
工程材料及热加工基础课件
第五节
碳素钢
碳素钢是指ωc≤2.11%，并含有少量Mn、Si、S、P等杂质元素的铁碳合金。
一、常存杂质元素对碳钢性能的影响（ Mn、Si、S、P）
1、有害元素 S、P 硫S：炼钢时由生铁和燃料带入。在F中的溶解度极小，在钢的晶界处形成低 熔点（985）共晶体FeS→压力加工时熔化→导致钢沿晶界开裂—“热脆”。 钢中要限硫含量：≤0.05% 。 利用：Mn与S形成MnS(1620℃）, 粒状分布在晶内，以利于断屑，改 善切削加工性能。
A+F F P
( F+ Fe3C ) P
Q 0.0218%C Fe
P+F
4.3%C
6.69%C Fe3C
工程材料及热加工基础课件 1、 Fe-Fe3C 相图中的特性点
第3章-1铁碳相图
第三章材料改性方法相图了解金属组织结构和成分、温度之间关系的工具金属的相图金属的相图是帮助我们了解金属在不同条件下的结构、状态，判断其性能的工具。
金属的相图有一元、二元、三元和多元相图。
其中应用最多的是二元相图，特别是铁碳合金二元相图。
二元相图二元相图是在常压下两种元素组成的合金结构、状态随合金成分、温度变化规律的图形。
二元相图的纵坐标是温度，横坐标是成分。
铜镍合金的冷却曲线和状态图100011001200130014001500Cu 20%Ni40%Ni80%Ni 60%NiNi时间Ni%204060801002 匀晶相图二元合金系中两组元在固态能够形成无限互溶的固溶体时，其合金相图为匀晶相图。
如Cu-Ni 、Fe-Cr 等合金系。
点：铜、镍熔点线：液相线；固相线。
区：液相区，用L 表示；固相区，用α表示；两相区，用(L+α)表示铜镍合金状态图Ni%20406080100LαL α+相图结构分析1453℃1083℃Ni%含60%镍合金的冷却曲线及结晶过程示意图10001100120013001400150020406080100L 1L 2L 3α3t 1t 2t 3LL αα时间α2α1定义：铅中溶锑形成α固溶体；锑中溶铅形成β固溶体。
100200300400500Pb20406080SbSb%共晶相图(11.1)αL+ bα+bL +αLF EC A DGBb3 共晶相图0100200300400500Pb 20406080Sb Sb%共晶相图(11.1)αL+ bα+bL +αLF EC AD GBb 点:铅熔点327.5 , 锑熔点630.5℃线：AEB 液相线；ACEDB 固相线共晶线：CED 溶解度线：CF 、CG ：区：单相区：L 、α、β、双相区：L+α、L+β、α+β3.2 铁碳相图同素异晶转变——金属在固态下发生的晶格类型的转变。
Fe —过渡族元素熔点：1538℃原子量：56密度：7.87×103kg/m3 1538℃1394℃912℃温度,℃时间1 铁碳合金的组元δ-Fe γ-Fe α-Fe1394℃912℃体心立方面心立方体心立方(1) Fe7.1.1 铁碳合金的组元(2) FeC—渗碳体3渗碳体——是由铁和碳组成的一种具有复杂结构的间隙C”或化合物，含碳量为6.69%，用“Fe3”(Cementite)表示。
第3章 铁碳合金相图
珠光体（P）
Pearlite
HBS＝170～230 （纯铁HBS＝50～80）
工程材料及热加工
莱氏体 奥氏体（珠光体）与渗碳体的机械混合物
含碳量:4.3% 共晶反应式:
L 4 .3 % C (A+Fe3C)
1148 C
性能：硬度高，塑性、韧性差
莱氏体(L)
Ledeburite
工程材料及热加工
珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。
工程材料及热加工
合金液体在 1-2点间转变 为。到S点 发生共析转 变：
S⇄P+Fe3C, 全部转变
为珠光体。
工程材料及热加工
4)过共析钢结晶动态示意图 液相
奥氏体
析 出
奥氏体+二次渗碳体
共析 转变
珠光体+二次渗碳体
从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体, 用Fe3CⅡ表示
组成物标注区别 主要在+ Fe3C和
+Fe3C两个相区. + Fe3C相区中有
四个组织组成物
区， +Fe3C 相区
+ Fe3C
+ Fe3C
中有七个组织组
成物区。
工程材料及热加工
A
H
L+
温N A+ 度
A
J
B
L
D
L+A
E S
P A+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
C A+ Fe3C
工程材料及热加工
第三章 铁碳合金相图
第一节 铁碳合金的组元及基本相 第二节 Fe-Fe3C相图 第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
第三章 铁碳相图
铁碳相图的应用
相图可指导我们对钢材的合理选用，对指导铸锻焊 和热处理工艺有直接意义。 1. 铸造方面 可根据相图上液相线确定铸件的合理浇 注温度。一般选在液相线以上 50-150℃，共晶成 分铸铁铸造性能好。 2. 锻压方面 从相图可以知道把钢加热到A3和Acm线 之上都会变成单相奥氏体。奥氏体钢塑性好，强 度较低，适用于变形量大的热变形加工。 3. 焊接方面 可根据铁碳相图分析碳钢的焊接组织， 并通过适当的热处理减轻或消除组织不均匀和焊 接应力。 4. 热处理方面 相图中的A1，A3和Acm三条相变线是 确定热处理工艺加热温度的依据。
2、碳的质量分数对平衡状态下碳钢机械性能的影响
1、硬度随含碳量 的增加而增加 2、强度随含碳量 的增加而增加， 到0.9%左右达到 最大，而后下降。 3、塑性、韧性随 含碳量的增加而 下降。
名称
组织
性能
铁素体 F/α相 奥氏体 A/γ相 珠光体 P 渗碳体 Fe3C
莱氏体 Ld 变态莱氏 体L’d
室温下各种相的相对含量，同理可求。
小结：标注组织的铁碳相图
小结：标注组织的铁碳相图
Ld
Ld
Ld
Ld′
Ld′
Ld′
F、F+P、P、P+Fe3CⅡ、P+ Fe3CⅡ+ Ld′、Ld′、Ld′+ Fe3CⅠ、Fe3C
铁碳合金的成分-组织-性能关系
三、铁碳合金的成分-组织-性能关系
1、碳的质量分数对平衡组织的影响
6.69 - 5 L'd % 100 % 70.7% 6.69 - 4.3 5 4.3 Fe3C(%) 100 % 29.3% 6.69 - 4.3
6.69 - 5 F% 100 % 25.3% 6.69 - 0.0218 5 0.0218 Fe3C(%) 100 % 74.7% 6.69 - 0.0218
第三章 铁碳合金相图
A金属 bcc 高 100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 bcc 低 0% 10% 20% ……. 80% 90% 100%
不同成分以及经过不同加工处理的合金具有不同的性能。 这种现象就是由其不同的相结构和组织引起的。
合金中相的晶体结构称为相结构 在显微镜下观察到的具有某种形态或形 貌特征的组成部分总称为组织。
Fe3（ C、N）或 Fe3（ C、B）
Fe3C→3Fe+G（石墨）
机电学院 NWPU
4、珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：
0.77%）。其显微组织珠光体强度较高，塑性、韧性和硬 度介于渗碳体和铁素体之间。
性能：Rm≈750MPa HBS=180 A≈20%～25%
室温组织：P+Fe3C（网状）
过共析钢的结晶过程
过共析钢组织金相图
过共析钢应用举例
T12 钢 碳含量 1.2％
返回
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
室温组织:
（P + Fe3CII + （低温）莱氏体 Le′ ）,
莱氏体 Le′的性能：硬而脆
共晶白口铁组织金相图
(６)亚共晶白口铁 (2.11%<Wc % <4.3 % )结晶过程
合金中的各种相是组成合金的基本单元； 合金组织是合金中各种相的综合体。
不同含碳量的显微组织
二.合金的相结构
根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态
合金的相可分为固溶体和金属化合物两大类。
1）固溶体
固溶体是指合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形
成的均匀相。
固溶体
置换固溶体
第三章 铁碳合金和铁碳相图
共析钢的平衡结晶过程
注意事项
共析反应生成的珠光体在冷却过程中，其中的铁素体 产生三次析出，生成Fe3CⅢ，但与共析的Fe3C连在一 起，难以分辨。
共析钢的室温平衡组织：P
P：铁素体（F）和渗碳体的两相 混合物，两相的相对质量是多少？
杠杆定律
计算二元相图中 平衡状态下 两平衡相的相对质量分数。 杠杆的支点是两相合金的成分点，端点分别是两个相的成 分点。
亚共析钢的平衡结晶过程
L相+ δ相→ γ相，并且L相有剩余
γ单相的冷却
γ相→ α相，但γ相有剩余 共析反应：剩余γ相→P（α+Fe3C），存在先析α相
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
化不大且值很低, 趋于Fe3C的强度(约20 MPa～30 MPa)。
塑
性
含碳量对铁碳合金力学性能的影响
• 铁碳合金中Fe3C是极脆的相, 没有塑性。合金的塑性变 形全部由F提供。所以随碳含量的增大, F量不断减少时, 合金的塑性连续下降。到合金成为白口铸铁时, 塑性就
降到近于零值了。
返回
3.5 钢中的杂质元素
A(0.0008)
C 0.77
Fe3C
B(6.69)
相的质量分数
6.69 0.77 M 100 % 88.5% 6.69 0.0008
M Fe 3C 0.77 0.0008 100 % 11.5% 6.69 0.0008
第三章 铁碳合金
四、珠光体 1、组织：铁素体和渗碳体的混合物 含碳量 是0.77%。用符号P表示。 2、性能 强度较高、硬度适中，具有一定的 塑性。
五、莱氏体 1、组织：奥氏体和渗碳体的混合物 用符号Ld表示 2、性能：硬度高 ，塑性很差
第三节、碳素钢
同学们： 生活中，有着大量的钢铁产品，它们是如何 炼成的呢？
1、固溶体 2、金属化合物 3、混合物
第二节 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体 1、组织：碳溶解在α—Fe中形成的间隙固 溶体称为奥氏体。用符号A表示。 2、性能：呈面心立方晶格，强度、硬度不 高，却具有极好的可塑性，尤其具有良好的 锻压性能。
二、奥氏体 1、组织：渗碳体是含碳量为6.69%的铁与 碳的金属化合物。化学式：Fe3C 2、性能：高熔点、高硬度、塑性和韧性为0， 脆性极大。
第三章 铁碳合金
第一节 合金及其基本组织
一 合金的基本概念
1、合金 由两种或两种以上的元素所组成的基本的金 属材料。 2、组元 合金中 最简单 最基本的 能够独立存在的元 的物质。
3、相 合金中的成分，结构及其性质相同的部分 称为相 4、组织 合金中不同相之间，相互结合配置的状态
二 合金的组织
2、硅 硅石钢中的有益元素，作为脱氧剂进入 钢中的，可提高刚的强度和质量。硅作为杂 质一般不应超过0.4%
3、硫 硫是钢中的有害元素，常以FeS形式存在。 使钢变脆，产生热脆性。
4、磷 有害元素、使钢在低温时变脆。
三、钢的分类
钢按照用途可以分为： 1、结构钢： 建筑构件、工程结构、机器零件。 2、工具钢 刀具、模具、量具等。
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第三章铁碳合金
黑色金属：把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为黑色金属。
有色金属：把其他金属及其合金称为有色金属。
黑色金属钢碳素钢碳素结构钢
优质碳素结构钢
碳素工具钢
铸造碳钢
合金钢合金结构钢
合金工具钢
特殊性能钢
铸铁白口铸铁灰铸铁
灰铸铁可锻铸铁
金属材料麻口铸铁球墨铸铁
蠕墨铸铁
有色金属铜及其合金
铝及其合金
钛及其合金
轴承合金
硬质合金
§3-1 合金及其组织
一、合金的基本概念
1.合金
定义：合金是以一种金属为基础，加人其它金属元素可非金属元素，通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。
即：合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。
例如：普通黄铜是由铜锌两种金属元素组成的合金，碳素钢是由铁和碳组成的合金。
2.组元
定义：组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的物质称为组元或元。
硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰组成的三元合金。
组元可以是金属元素，非金属元素或稳定的化合物。
一般来说，组元就是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物。
举例：黄铜的组元是铜和锌，碳钢的组元是碳和铁，或者是铁和金属化合物Fe3C。
由两个组元组成的合金称为二元合金；
由三个组元组成的合金称为三元合金；
由三个以上组元组成的合金称为多元合金。
举例：黄铜是由铜和锌两个组元组成的二元合金
硬铝是由铝、铜、镁或铝、铜、锰组成的三元合金。
3.相
定义：在合金中成分、结构及性能相同的的组成部分称为相。
举例：纯金属在固态时为一个相（固相），在熔点以上为另一个相（液相）。
而在熔点时，固体与液体共存，两者之间有界面分开，它们各自的结构不同，所以此时为固相和液相共存的混合物。
由一种固相组成的合金称为单相合金。
由几种不同固相组成的合金称为多相合金。
举例：锌的含量为30℅的Cu-Zn合金是单相合金，一般称为单相黄铜，它是锌溶入铜中的固溶体。
当锌的含量为40℅时，则是两相合金，即除了形成固溶体外，铜和锌还形成另外一种新相，称为金属化合物，它的晶体结果与固溶体完全不同，成分和性能也不相同，相界把两种不同的相分开。
4.组织
定义：合金的组织是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。
换言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的组织。
由单一相构成的组织称为单相组织。
由不同相构成的组织称为多相组织。
由于不同相之间的性能差异很大，再加上数量、大小和分布方式不同，所以合金的组织不同，其性能也就不同。
二、合金的组织
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金组织可分为：固溶体、金属化合物和混合物三类。
1.固溶体
定义：固熔体是一种组元的在子深入另一组元的晶格中所形成的
均匀固相。
溶入的元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。
固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。
明确：固溶体是一种固体状态下的融合体，它的情况与溶液相类似。
举例：我们把蔗糖溶于水，可得到蔗糖的水溶液——糖水。
水是溶剂，蔗糖是溶质。
如果糖水结成冰，就可得到蔗糖在固态水中的固溶体。
在合金中也存在类似的情况，在固态下，合金中组元如能相互溶解，而形成均匀的固相，这种相即为固溶体。
根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置的不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两种。
（1）、间隙固溶体
溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体称为间隙固溶体。
当溶质元素的原子直径与溶剂元素的原子直径之比较小（D质∕D剂＜0.59）时，易于形成间隙固溶体。
举例：碳、氮、硼等非金属元素溶入铁中形成的固溶体即属于这种类型。
无限固溶体：溶质与溶剂之间可以任何比例无限互相溶解形成的固溶体。
有限固溶体：溶质只能在溶剂中有限溶解的固溶体。
一般说来，有限固溶体的溶解度与温度有关，温度越高，溶解度越大。
间隙固溶体都是有限固溶体。
（2）置换固溶体
定义：溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固容体称为置换固溶体。
在置换固溶体中，溶质在溶剂中的溶解度主要取决于两者的原子半径，在化学元素周期表中的位置及晶格类型等。
当晶格类型相同，原子直径接近的溶剂与溶质元素之间形成置换固溶体时，才有可能形成无限固溶体。
举例：铜与镍，铁与镉的合金
（3）固溶强化：在固溶体中由于溶质原子的溶入而使溶剂晶格发生畸变，从而使合金对塑性变形的抗力增加。
通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。
举例：常用的三七黄铜就是在纯铜的基础上加人30％的锌元素，形成含锌的固溶体，使其强度提高了三分之一。
2.金属化合物
定义：合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。
举例：碳钢中的Fe3C
黄铜中的CuZn
其性能物特点是：熔点高，硬度高，脆性大。
金属化合物能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。
当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。
金属化合物是许多合金的重要组成相。
三、混合物
定义：两种或两种以上的相按一定质量分类组成的物质称为混合物。
混合物不是组成合金的基本相，它是由固溶体与固溶体或固溶体与金属化合物所组成的多相组织。
混合物的各组成相保持各自原有的晶格类型。
混合物的性能取决于各组成相的性能，以及它们的形态、数量、大小及分布。