第五章 铁碳合金相图及碳素钢

P的金相显微镜组织
三、铁碳合金中的基本组织 （组织组成物）（P58）
2、高温莱氏体（Ld）
(A+Fe3C) ≡ Ld 共晶转变 高温莱氏体是存在于727℃以上的一种基 本组织，硬度很高，塑性很差。 L4.3
1148℃
三、铁碳合金中的基本组织 （组织组成物）（P58）
3、低温莱氏体（Ld’） 在727℃以下高温莱氏体中的奥氏体又发 生共析转变成珠光体，这时的莱氏体就变成 由P和Fe3C组成，成为低温莱氏体。 低温莱氏体是室温下的一个基本组织
Fe的冷却曲线及相应的晶体结构 （P56）
L-Fe 液相
1538℃
δ-Fe 体心
1394℃
γ-Fe 面心
912℃ α-Fe 体心
同素异构转变（重结晶）的特点 （P56）
1）在固态下进行； 2）同素异构体的晶核优先在原来晶粒的晶 界处形成； 3）同素异构转变有较大的过冷度； 4）同素异构转变往往要产生较大的内应力 ☆注意重结晶与再结晶的区别
727℃
1495℃
A0.17
1~2点 L+δ； 2~3点 A+L； 3~4点 4~5点 A； A+F；
(FP+Fe3C) ≡ P
F+ Fe3CIII +P————F+P （Fe3CIII含量很少，可以忽略不计）
室温下：相组成物F、Fe3C ；组织组成物F、P
（二）典型合金的相变过程
含碳量的估算（P64）
显微组织照片 1点以上 1~2点 L； L+A； 4点 共析转变A0.77 4~5点
727℃
(FP+Fe3C) ≡ P
P+ Fe3CII 组织组成物P、Fe3CII
2~3点
A；
室温下：相组成物F、Fe3C
3~4点 A+ Fe3CII
（二）典型合金的相变过程
5、共晶白口铸铁的相变过程（P65）
显 微 照 片
（二）典型合金的相变过程
1、工业纯铁在平衡态下的结晶过程（P61）
显微组织照片
1点以上 L ； 1~2点 L+δ； 3~4点 δ+A； 4~5点 A； 6~7点 F； 7点以下 F+ Fe3CIII；
2~3点δ铁素体相 ； 5~6点
A+F； 室温下：相组成物F、Fe3C
1、共析钢在平衡态下的结晶过程（P62）
二、铁碳合金中的相（相组成物） 3、渗碳体（P58）
渗碳体（Fe3C）
铁与碳形成的间隙化合物，含碳量6.69%； 室温相——常作为钢的第二弥散强化相； 渗碳体具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性； 一次渗碳体Fe3CI：从液相直接结晶出来。 二次渗碳体Fe3CII：从A中析出。 三次渗碳体Fe3CIII：从F中析出。
（F—白色 P—黑色） 通过光学显微镜观察估 计某一铁碳合金中的P 所占比例，可用杠杆定 律估算出该合金的WC 即： WC=0.77%QP
亚共析钢显微照片
（二）典型合金的相变过程
4、过共析钢的相变过程（P64）
QFe3CII Wc 0.77 6.69 0.77
6.69 Wc QP 6.69 0.77
（二）典型合金的相变过程
1点以上 L； 1~2点 L+A； 2~3点 A； 3点 共析转变AS
727℃
(FP+Fe3C) ≡ P
QFe3 C
（片层状分布）共析铁素体 共析渗碳体 珠光体团
3~4点 F+ Fe3CIII+ Fe3C ≡ P
0.77 11.5% 6.69 0
室温下：相组成物F、Fe3C； 组织组成物 P
（二）含碳量对铁碳合金性能的影响 3、对物理化学性能的影响（P68）
WC增加，导热性下降、抗电化学腐蚀性 能下降、焊接工艺性下降、铸造工艺性下 降
六、Fe-Fe3C相图在工业生产中的应用 1、在选材方面的应用（P69）
根据零件的使用性能选择钢的成分（钢号）: 1 ）要求塑性、韧性好而强度不高的机件 —— 低 碳钢（WC<0.25%）；（如冷冲压件） 2） 要 求 强 度 、 塑 性 、 韧 性 等 综 合 性 能 好 的 机 件 ——— 中碳钢（ WC=0.3%~0.55%）并进行适 当的热处理；（如机床主轴） 3）各种工具用钢——高碳钢 。（如锉刀）
WC>2.11%时（白口铸铁），高低温区都 有脆硬的莱氏体，不能进行热变形加工。
（二）含碳量对铁碳合金性能的影响 2、对力学性能的影响（P68）
（ 1 ）硬度 WC 增加，硬度增加；
（2）强度 WC<0.9%时，WC增加， 强度提高， WC>0.9% 时， WC 增 加，强度降低； （3）塑性、韧性 WC增加，塑 性、韧性下降； 为了保证工业用钢具有 足够的强度和塑性、韧性， 碳素钢的含碳量一般不超过 1.4% 。
第五章 铁碳合金相图及碳素钢 (P56)
第一节 第二节 第三节 铁碳合金中的相与基本组织 铁碳合金相图 碳素钢
高山流水
第一节 铁碳合金中的相与基本组织
一、Fe的同素异晶转变及晶体结构（P56）
同素异晶转变——是指金属在结晶成固态 以后继续冷却的过程中晶格类型随温度下 降而发生变化的现象，也称同素异构转变。
三、铁碳合金中的基本组织
（相组成和组织组成物总结）（P58） 相组成:
L、A、F、 Fe3C、G；
组织组成: F、A、 Fe3CI 、 Fe3CII 、 Fe3CIII、 P、 Ld、、 Ld’
第二节 铁碳合金相图（P59）
一、Fe-C相图与Fe-Fe3C相图 二、对Fe-Fe3C相图的分析 三、典型铁碳合金的结晶过程 四、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响 五、Fe-Fe3C相图的应用
1148℃
(A2.11+Fe3C) ≡ Ld Ld Ld’
2~3点： A+ Fe3CII + Ld； 3点 ： 先共晶A共析转变
3~4点 ： P+ Fe3CII + Ld ‘；
室温下：相组成物 F、Fe3C ； 组织组成物 ：P、Fe3CII 、Ld’
（二）典型合金的相变过程
6、过共晶白口铸铁的相变过程（P66）
包晶线 共晶线 共析线
三、典型铁碳合金的结晶过程
（一）Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类（P61）
1、工业纯铁 Wc≤0.02% 2、碳素钢 0.02%＜ Wc≤2.11% 1）共析钢 Wc=0.07% 2）亚共析钢 0.02%＜ Wc＜0.77% 3）过共析钢 0.77%＜ Wc≤2.11% 3、白口铸铁 2.11% ＜ Wc ＜6.69% 1）共晶白口铸铁 Wc=4.3% 2）亚共晶白口铸铁 2.11%＜ Wc＜4.3% 3）过共晶白口铸铁4.3%＜ Wc ＜6.69%
二、铁碳合金中的相（相组成物） 1、铁素体（P57）
铁素体（F或α）
碳原子固溶到α-Fe中形成的间隙固溶体 室温相——常作基本相（基体相） 铁素体强度、硬度不高、塑性、韧性很好
F的金相组织示意图
二、铁碳合金中的相（相组成物） 2、奥氏体（P58）
奥氏体（A或γ） 1）碳原子固溶到γ-Fe 中形成的间隙固 溶体； 2 ）高温相，存在于 727 ℃以上，一般不 存在于室温； 3）奥氏体强度不高，塑性很好。
（二）相图中的主要相变线（P59）
主要线 ABCD AHJECF HJB ECF PSK ES PQ GS GP 温 度（℃） 1538~1227 1538~1148 1495 1148 727 1148~727 727~600 912~727 912~727 含 义 液相线 固相线 包晶转变线 共晶线 共析线 A1 C在γ-Fe中的溶解度线 Acm C在α-Fe中的溶解度线 A向F转变的开始线 A3 A向F转变的终了线
六、Fe-Fe3C相图在工业生产中的应用 2、在铸造方面的应用（P69）
1）确定合理的浇注温度 铸件的合理浇注温 度一般选在液相线以上50~100℃ ； 2 ）铸铁件的化学成分多选在共晶点附近， 此成分的铁碳合金结晶温度区间较小，流 动性好、分散缩孔小。
六、Fe-Fe3C相图在工业生产中的应用 3、在锻造方面的应用（P69）
QF
6.69 0.77 88 .5% 6.69 0
（二）典型合金的相变过程
3、亚共析钢在平衡态下的结晶过程（P63）
0.77 Wc QF 0.77 0
Wc 0 QP 0.77 0
1点以上 L； 2点 包晶转变δ0.09+ L0.53 5点 共析转变A0.77 5~6点
一、Fe-C相图与（P59）
简化了的Fe-Fe3C相图
二、对Fe-Fe3C相图的分析
（一）相图中的主要点（P59）
温度 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 室温 碳量 0 0.53 4.3 6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218 0.77 0.0008 含 义 纯铁熔点 包晶转变时的液相成分 共晶点 LC --------- (AE+Fe3C) ≡ Ld Fe3C熔点 C在γ-Fe中的最大溶解度 共晶Fe3C成分点 γ-Fe-----α-Fe同素异构转变点 C在δ-Fe中的最大溶解度 包晶成分点 LB+δH -------- AJ 共析Fe3C成分点 δ-Fe-----γ-Fe同素异构转变点 C在α-Fe中的最大溶解度 共析点 AS --------- (FP+Fe3C) ≡ P 点 A B C D E F G H J K N P S Q
四、按组织组成物分区的Fe-Fe3C相图 （P67）
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA+ Fe3CII+ Ld