铁碳合金和铁碳相图资料40页PPT
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铁碳合金与铁碳合金相图
铁碳合金与铁碳合金相图1 铁碳合金的基本组织1.1. 铁素体碳与α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。
强度和硬度低，塑性和韧性好。
1.2. 奥氏体碳与γ-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。
高温组织，在大于727℃时存在。
塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A，提高塑性，易于加工。
1.3. 渗碳体铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。
用Fe3C1.4. 珠光体F与Fe3C混合物。
强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。
1.5. 莱氏体A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。
2 铁碳合金状态图2.1 状态图主要点线主要点主要线：ABCD线液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。
AHJECF线固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化GS线A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线Acm线，C在A中溶解度曲线ECF线共晶线，含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。
PSK线共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体2.2 铁碳合金分类2.2.1 钢含C量0.0218～2.11%共析钢含C量0.77%亚共析钢0.0218-0.77%过共析钢0.77-2.11%2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69%共晶白口铸铁 4.3%亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%过共晶白口铸铁 4.3-6.69%2.3 铁碳合金相图的作用在铸造方面选择合适的浇铸温度，流动性好在煅造方面选择合适的温度区，奥氏体区在热处理方面退火，正火，淬火等2.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响一、含碳量对平衡组织的影响室温下，铁碳合金均由α+ Fe3C两相组成随含碳量不同，可分为七个典型组织区二、含碳量对机械性能的影响•珠光体P：为F + Fe3C的混合物，呈层片状，由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好；•亚共析钢：由F + P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能提高；•过共析钢：P+ Fe3C(II)组成，当含碳量<1%，Fe3C(II)断续分布在晶界处，强度提高；当含碳量>1%，Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)
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铁素体的显微组织
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。
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奥氏体的组织
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在。
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（3）Fe3C(渗碳体） cementite
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（1）纯铁pure iron（多型性）
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➢ 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变。
➢ 在912℃以下为体心立方 ， 称α铁(α-Fe)；
➢ 低温的铁具有铁磁性，在 770℃ 以 上 铁 磁 性 趋 于 消 失 。
➢ 912℃—1394℃ 之 间 为 面 心 立方，称为γ铁(γ-Fe)；
称为铸铁 ➢含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工
业纯铁
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根据组织特征可将铁碳合金分为以下七种
①工业纯铁(<0.0218％C)； ②共析钢，0.77％C； ③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； ④过共析钢(0.77％-2.11％C)； ⑤共晶铸铁(4.30%C)； ⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； ⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C)。
G 912
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0
α与γ同素异构转变点(A3)
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2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点
符号 H J K N P S Q
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温度/℃ 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量/% 含义
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
3.铁碳合金和铁碳相图资料
发生共晶反应的成分范围： Wc ：2.11 %—6.69%
(合金成分线与ECF线相交) 产物： γE和Fe3C两相混合物，称为莱氏体。用Le表示。（Fe3C为
基体；γE呈粒状或卵状分布在基体上）
莱氏体是塑性很差也很硬的组织。 共晶点C ：(4.3,1148)
3）共析转变 （水平线PSK,亦称A1线） 727º C gs aP Fe3C +
HV=950~1050
δ=0
二、 Fe-Fe3C相图的相
1.液相 L
2.δ 相（高温铁素体）：碳溶于δ -Fe的间隙固溶体。
在1495℃时的最大溶碳量为0.09%。（bcc） 3.α 相（F，铁素体）：碳溶于α -Fe的间隙固溶体。 在727℃时的最大溶碳量为0.0218%。（bcc） 性能：软而韧
室温组织: 先共析F + P
亚共析钢显微组织示意图
室温组织为珠光体及铁素体,珠光体呈黑色块状, 铁素体呈连续白色网状在珠光体周围
亚共析钢结晶过程:L
L+A
A
F+A
F+P
求室温中相 组织的含量
室温各相的相对量：（在α + Fe3C两相区室温用杠杆定律） Fe3C%≈0.45/6.69=6.7%
温度低于此线时，
碳以Fe3C形式从A中析出，
析出的次生Fe3C 又称二次渗碳体， 记为Fe3CII 。
固溶度线
PQ 碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线
（温度 ，最大溶解度 ） (0.0008%—0.0218%)
温度低于727℃时，
碳以Fe3C形式从F中析出，
析出的Fe3C 又称三次渗碳体， 记为Fe3CIII 。
4.Fe-Fe3C相图中的转变
铁碳合金的结构及其相图.pptx
D 1
2 F 3K
4 Fe3C
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➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
第38页/共44页
温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
第25页/共44页
过共析钢的结晶过程
第26页/共44页
➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
第29页/共44页
➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
第30页/共44页
度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
第42页/共44页
⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
2 F 3K
4 Fe3C
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➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
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温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
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过共析钢的结晶过程
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➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
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➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
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度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
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⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
材料科学基础-第四章_铁碳合金与铁碳相图
（wC%＝2.11%～4.3%）
⑥
1 2
3
4
过共晶白口铸铁结晶过程示意图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
Ld′ Fe3CⅡ P
亚共晶白口铸铁（wC= 2.11% ~ 4.3%）的室温组织 P＋ Fe3CII ＋Ld
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
例1 分别计算含量碳为0.3%和1.0%的铁碳合金在室温下的相 组成物的相对量和组织组成物的相对量。假设铁素体和渗碳体 的密度相同，铁素体中的含碳量为零。
共析渗碳体
在727C通过共析反应生成的渗碳体，呈层片状。
三次渗碳体（Fe3CⅢ）
在727C以下从铁素体中析出的渗碳体，呈细小片条状。
特别说明：
5种Fe3C除对铁碳合金性能有不同影响外，本质上并无不同，都 是同一种相，只是显微组织形貌特征不同而已。
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.2 铁碳合金相图分析
L+ (0.09) 1495C
1538C
(0.53)
(0.17)
L
1394C +
L+
1148C
(2.11)
(4.3)
912C
+Fe3C
+
(0.0218) (0.77)
727C
1227C
L+Fe3C
+Fe3C
Fe3C
Fe-Fe3C相图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.1 铁碳合金的基本相 第一节 铁碳合金的基本相 一、铁素体（Ferrite）
定义：碳溶解在体心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。
⑥
1 2
3
4
过共晶白口铸铁结晶过程示意图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
Ld′ Fe3CⅡ P
亚共晶白口铸铁（wC= 2.11% ~ 4.3%）的室温组织 P＋ Fe3CII ＋Ld
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
例1 分别计算含量碳为0.3%和1.0%的铁碳合金在室温下的相 组成物的相对量和组织组成物的相对量。假设铁素体和渗碳体 的密度相同，铁素体中的含碳量为零。
共析渗碳体
在727C通过共析反应生成的渗碳体，呈层片状。
三次渗碳体（Fe3CⅢ）
在727C以下从铁素体中析出的渗碳体，呈细小片条状。
特别说明：
5种Fe3C除对铁碳合金性能有不同影响外，本质上并无不同，都 是同一种相，只是显微组织形貌特征不同而已。
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.2 铁碳合金相图分析
L+ (0.09) 1495C
1538C
(0.53)
(0.17)
L
1394C +
L+
1148C
(2.11)
(4.3)
912C
+Fe3C
+
(0.0218) (0.77)
727C
1227C
L+Fe3C
+Fe3C
Fe3C
Fe-Fe3C相图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.1 铁碳合金的基本相 第一节 铁碳合金的基本相 一、铁素体（Ferrite）
定义：碳溶解在体心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。
《铁碳合金的基本组织和相图》课件.ppt
上的相相互均匀混合形成的混合组织，其中 各个相仍然保持其各自相的结构特征，但是 它们相互间仅仅发生了机械均匀的混合而已。 机械混合物的性能决定于组成混合物各部分 的性能、数量、大小和形态。
合金的结构
合金的结晶 合金的结晶过程也是在过冷的条件下形成晶 核和晶核长大的过程。但合金的结晶过程较 为复杂, 通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。我们将在下面以铁碳合金为例进行 详细分析和讲解
合金的结构
间隙固溶体：溶质原子 不占据正常的晶格结点， 而是嵌入晶格间隙中， 由于溶剂的间隙尺寸和 数量有限，所以只有原 子半径较小的溶质（如 碳、氮、硼等非金属元 素）才能溶入溶剂中形 成间隙固溶体，且这种 固溶体的溶解度有限。
合金的结构
[固溶体的性能]：固溶体与纯金属相比，不仅具有 高的强度和硬度，还有良好的塑性与韧性。一般合 金都是以固溶体作为基体相。
铁碳合金的基本组 织和相图
本节难点：铁碳合金状态图的理解；
铁碳合金由于其资源广泛、 冶炼方便、价格低廉、性能优 越，在工业生产中广泛使用。
合金的结构
纯金属虽然得到了一定的应用，但 是它的机械性能较差，而且价格昂贵。 因此在工业生产上应用的大都是合金。
合金定义：由两种或两种以上的金属元 素或金属与非金属元素组成的、具有金 属特征的物质称为合金。
2 奥氏体: 碳溶于 -Fe中形成的间隙固溶体称奥氏体。用 A 或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，
1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶粒，晶界
较直。强度、硬度低、塑性、韧性
好，钢材热加工都在区进行。
碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
3. 渗碳体 是铁与碳的金属化合物, 含碳6.69%，用Fe3C表示。 Fe3C具有复杂的晶格结构,硬度很高、脆性大，塑性、韧性几 乎为零,不能单独使用.是钢中的主要强化相.
合金的结构
合金的结晶 合金的结晶过程也是在过冷的条件下形成晶 核和晶核长大的过程。但合金的结晶过程较 为复杂, 通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。我们将在下面以铁碳合金为例进行 详细分析和讲解
合金的结构
间隙固溶体：溶质原子 不占据正常的晶格结点， 而是嵌入晶格间隙中， 由于溶剂的间隙尺寸和 数量有限，所以只有原 子半径较小的溶质（如 碳、氮、硼等非金属元 素）才能溶入溶剂中形 成间隙固溶体，且这种 固溶体的溶解度有限。
合金的结构
[固溶体的性能]：固溶体与纯金属相比，不仅具有 高的强度和硬度，还有良好的塑性与韧性。一般合 金都是以固溶体作为基体相。
铁碳合金的基本组 织和相图
本节难点：铁碳合金状态图的理解；
铁碳合金由于其资源广泛、 冶炼方便、价格低廉、性能优 越，在工业生产中广泛使用。
合金的结构
纯金属虽然得到了一定的应用，但 是它的机械性能较差，而且价格昂贵。 因此在工业生产上应用的大都是合金。
合金定义：由两种或两种以上的金属元 素或金属与非金属元素组成的、具有金 属特征的物质称为合金。
2 奥氏体: 碳溶于 -Fe中形成的间隙固溶体称奥氏体。用 A 或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，
1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶粒，晶界
较直。强度、硬度低、塑性、韧性
好，钢材热加工都在区进行。
碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
3. 渗碳体 是铁与碳的金属化合物, 含碳6.69%，用Fe3C表示。 Fe3C具有复杂的晶格结构,硬度很高、脆性大，塑性、韧性几 乎为零,不能单独使用.是钢中的主要强化相.
铁碳相图ppt课件
Fe3C
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
理学铁碳相图PPT课件
珠光体的强度很高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之 间，其力学性能如下：
抗拉强度（σb） 770
伸长率 (δ)
冲击韧度 (αk) 3×105～4×105 J/m2 硬度（HB）
20%～30% 180
第14页/共57页
⑷相图中的ABCD为液相线；AHJECF为固相线。 ⑸水平线HJB为包晶反应线 碳的质量分数
LB H 149 5℃ AJ 即 L0.53 0.09 149 5℃ A0.17
⑵C点为共晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点 成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和Fe3C。
LC 114 8℃ AE Fe3C 即 L4.3 114 8℃ A2.11 Fe3C
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称莱氏体， 以符号Ld表示。在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A（室温 时转变成珠光体）分布在渗碳体基体上。
碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体， 用符号A（或γ）表示。
727℃
溶碳量0.77%
1148℃
溶碳量2.11%
性能：有一定的强度和硬度，塑性和 韧性好，适于进行锻压加工。
组织：与铁素体相似，晶粒呈多边 形，但晶界较铁素体平直
第6页/共57页
3.渗碳体（ Fe3 C ）
铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格 的间隙化合物，用化学分子式Fe3 C 表示。
第24页/共57页
铁碳合金系相图 之平衡冷却分析
3、亚共析钢(C%=0.02~0.77%)
组织转变 L－……－ A
F+A
F+P
第25页/共57页
典型铁碳合金结晶过程图
① ②③ ④
⑥
⑤⑦
温 度
℃