铁碳相图

GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度 线, 通常称A3线。 ES线是碳在A中的固溶线, 通常叫做Acm线。由 于在1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%, 而在 727℃时仅为0.77%， 因此碳质量分数大于 0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中, 将从A中析出Fe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳 体(Fe3CII)。 Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII 的临界温度线。
( ) 1、奥氏体是C在γ-Fe中的间隙固溶体。 ( ) 2、在室温平衡状态下，珠光体和莱氏体都是由F和 Fe3C两种基本相组成的。 ( ) 3、含碳量<0.77% 的铁碳合金平衡结晶时，奥氏体 转变成铁素体的转变温度随含碳量增加而升高。 ( ) 4、共晶反应发生于所有含碳量大于2.11% 而小于 6.69% 的铁碳合金中。 ( ) 5、过共析钢平衡结晶时，从1148℃冷至727℃时 奥氏体的含碳量不断降低。 ( ) 6、在铁碳合金中，只有共析成分点的合金结晶时才 能发生共析转变，形成共析组织。
珠光体
• 经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍 数的显微镜下可以观察到不同特征的珠光 体组织。当放大倍数较高时可以清晰地看 到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和 窄条渗碳体；当放大倍数较低时，珠光体 中的渗碳体只能看到一条黑线；而当放大 倍数继续降低或珠光体变细时，珠光体的 层片状结构就不能分辨了，此时珠光体呈 黑色的一团。
（二）典型铁碳合金的冷却过程及其组织 1.铁碳合金的分类 按含碳量和室温下显微组织不同，铁碳合 金分为三类： （1）工业纯铁 Wc < 0.0218% 显微组织为铁素体
（2）钢 0.0218% < Wc < 2.11% 按室温 显微组织又分为： ①亚共析钢 0.0218% < Wc < 0.77% 组织为珠光体 + 铁素体 ②共析钢 Wc = 0.77% 组织为珠光体 ③过共析钢 0.77% < Wc < 2.11% 组织为珠光体 + 渗碳体
铁碳合金相图
• 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、 Fe2C、FeC等，有实用意义并被深入研究 的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 FeFe3C相图， 此时相图的组元为Fe和Fe3C。 • 由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在 5%以下，因此成分轴从0~6.69%。所谓的 铁碳合金相图实际上就是Fe—Fe3C相图。
纯铁的同素异构转变
• α-Fe γ-Fe δ-Fe BCC （912℃） FCC 1394℃） BCC • 金属的同素异晶转变为其热处理提供基础， 钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在 固态下发生同素异晶转变。
铁碳合金中的基本相
• 铁碳合金中的 Fe 和 C 可形成铁素体 （F）、奥氏体（A）、渗碳体三个基本相。 这些基本相以机械混合物的形式结合还可 形成珠光体（P）和莱氏体（Ld)。铁碳合 金中这些基本组织性能各异，其数量、形 态、分布直接决定了铁碳合金的性能。
A：奥氏体 F：铁素体 P：珠光体 Fe3C:渗碳体 Ld：高温莱氏体 Ld’：低温莱氏体
• 铁素体：碳在α-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%)
铁碳相图
概述
• 钢铁是现代工业中应用最广泛的材料，其 基本组成元素是铁和碳，故称为铁碳合金。 普通碳钢和铸铁就属于铁碳合金的范畴， 而合金钢则是有意加入一些合金元素的铁 碳合金。 • 为了研究铁碳合金的组织和性能以及它们 与成分、温度的关系，就必须学习铁碳合 金相图。
概述
• 铁碳合金相图最早是在 1889年测定的，距 今已有100多年了，但仍在不断地完善，在 不同的书籍中相图中的数据可能不尽相同， 这是正常的。
铁碳合金中的基本相
1、铁素体（ferrite） • 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
• Fe—Fe3C相图看起平比较复杂，但它仍然 是由一些基本相图组成的，我们可以将 Fe—Fe3C相图分成上下两个部分来分析。
1、上半部分-------共晶转变
• 在1148℃，4.3%C的液相发生共晶转变: Lc (AE+Fe3C)， 转变的产物称为莱氏体，用符号Ld表示。
• 存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高 温莱氏体，用符号Ld表示，组织由奥氏体 和渗碳体组成；存在于727℃以下的莱氏体 称为变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号 Ldˊ表示，组织由渗碳体和珠光体组成。
铁碳合金中的基本相
• 渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不 同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形 态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金 性能有很大影响。
铁碳合金中的基本相
• 总结： • 在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、 奥氏体和渗碳体。但奥氏体一般仅存在于 高温下，所以室温下所有的铁碳合金中只 有两个相，就是铁素体和渗碳体。由于铁 素体中的含碳量非常少，所以可以认为铁 碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中。 这一点是十分重要的。
• 低 温 莱氏 体 是由珠光体 、 Fe3CⅡ 和共 晶 Fe3C 组成的机械混合物。经 4% 硝酸酒精 溶液浸蚀后在显微镜下观察，其中珠光体 呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3C基体上， Fe3CⅡ和共晶Fe3C交织在一起，一般无法 分辨。
2、下半部分-----共析转变
• 在727℃，0.77%的奥氏体发生共析转变： AS (F+Fe3C),转变的产物称为珠光体。 • 共析转变与共晶转变的区别是转变物是固 体而不是液体。
• 在一般情况下， 奥氏体是一种高温组织，稳定存 在的温度范围为 727~1394℃，故奥氏体的硬度 低、塑性较高，通常在对钢铁材料进行热变形加 工，如锻造、热轧等时，都应将其加热成奥氏体 状态，所谓“趁热打铁”正是这个意思。 σb=400MPa，170~220HBS，δ=40%~50%。 • 另外奥氏体还有一个重要的性能，就是它具有顺 磁性，可用于要求不受磁场的零件或部件。
1、常温平衡状态下，铁碳合金基本相有( )等 ( )个。 2、工业纯铁的含碳量为( ) ，室温平衡组织为( )。 3、二次渗碳体是从( )中析出。 4、渗碳体是一种具有复杂晶体结构的( ) 。 A、间隙相 B、间隙化合物 C、间隙固溶体 5、铁碳合金在平衡结晶过程中 ( ) 。 A、只有含碳0.77% 的合金才有共析转变发生 B、只有含碳小于2.06% 的合金才有共析转变发生 C、含碳0.0218~6.69% 的合金都有共析转变发生
4、 铁碳相图中的特性线

PQ线是碳在F中固溶线。在727℃时F中溶碳量 最大可达0.0218%, 室温时仅为0.0008%, 因此碳 质量分数大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至 室温的过程中, 将从F中析出Fe3C。析出的渗碳 体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。PQ线亦为从F中开 始析出Fe3CIII的临界温度线。Fe3CIII数量极少， 往往予以忽略。
铁碳合金中的基本相
• 铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好， 而强度、硬度低。 • δ=30%~50%，AKU=128~160J σb=180~280MPa，50~80HBS。
铁碳合金中的基本相
• 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。
铁碳合金中的基本相
2、奥氏体（Austenite ） • 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%。
铁碳合金中的基本相
珠光体
• 珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强 韧性较好。其抗拉强度为 750 ~900MPa ， 180 ~280HBS，伸长率为20 ~25%，冲击功 为 24 ~32J 。力学性能介于铁素体与渗碳体 之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较 好 σb=770MPa 、 180HBS 、 δ=20%~35% 、 AKU=24~32J）。
珠光体
• 珠光体是由铁素体和渗碳体以层片状结构组成的 机械混合物，是钢中的重要组织。平均含碳量为 0.77% ，在珠光体中铁素体占 88% ，渗碳体占 12%，由于铁素体的数量大大多于渗碳体，所以 铁素体层片要比渗碳体厚得多。 • 在球化退火条件下，珠光体中的渗碳休也可呈粒 状，这样的珠光体称为粒状珠光体。
4、 铁碳相图中的特性线

水平线ECF为共晶反应线。 碳质量分数在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。 水平线PSK为共析反应线。 碳质量分数为0.0218%～6.69%的铁碳合金, 在 平衡结晶过程中均发生共析反应。PSK线亦称A1 线。
4、铁碳相图中的特性线
3、相图中的一些特征点
相图中应该掌握的特征点有： A 、 D 、 E 、 C、G（A3点）、S（A1点），它们的含义 一定要搞清楚。
4、 铁碳相图中的特性线
4、相图中的一些线应该掌握的线有：ECF线、 PSK 线 （ A1 线 ） 、 GS 线 （ A3 线 ） 、 ES 线 （ACM线）
铁碳合金中的基本相
• 奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直。
铁碳合金中的基本相
3、渗碳体（Cementite） • 渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金 属化合物，用化学分子式“ Fe3C” 表示。 它 的 碳 质 量 分 数 Wc=6.69 ％ ， 熔 点 为 1227℃， • 质硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸 蚀后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味 酸溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。