铁碳合金地基本组织
铁碳合金的基本组织与状态图
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“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
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共晶白口铁组织金相图
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共晶合金组织形态
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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。
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5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
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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 ）
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共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒
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4.珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物
。
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(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
《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
铁碳合金的基本组织及合金相图分析
Lc
Ld（A+Fe3C）
精选ppt
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模块二 金属学的基本知识
PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的 铁碳合金至此反生共析转变，产生珠光体P ， 又称A1线。
727ºC
As P(F+Fe3C) E二S：次C渗在碳γ体-F析e中出的。溶解度曲线，又称Acm线。
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入
课题五 铁碳合金相图
引言： 关于铁碳合金状态图
1、概念：表示铁碳合金在不同成分和不同温度下 的 组织、性能以及它们之间相互关系的图形，又称铁 碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通过实验的方法 建立起来的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压 力加工和热处理等工艺的重要工具。 3F、eCF、e-CF相eC图-C包等括几：部F分e-。Fe仅3C研、究FFee3C-F-eF3eC2C。、 Fe2C-
A，又称A3线。
PQ ： C在α-Fe中的溶解度曲线，三次渗碳体 析出。
精选ppt
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模块二 金属学的基本知识
5、相区及其组织 4个单相区、5个两相区、2个三相共存线
1）4个单相区：
①液相区ACD线以上区域：L
②AESGA区：A
③GPQG区：F
④DFK直线区：Fe3C
2）5个单相区：
①ACEA区域：L+A
精选ppt
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模块二 金属学的基本知识
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加
热至此全部转化为液相。冷至AC线开始结晶出A； 冷至CD线，开始结晶出一次渗碳体。
AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相， 固相加热至此开始转化为液相。反应式：
《金属工艺学》铁碳合金
主要线
二条平行线（ECF、PSK）表示恒温反应： ECF：1148 ℃发生共晶反应 Lc --- AE + Fe3C PSK: 727 ℃发生共析反应 As ----- FP + Fe3C
ES线（Acm线）:C在A中的固溶线。 1148 ℃：C在A中最大溶解度2.11% 727 ℃: C在A中最大溶解度0.77%
在钢中与其他组织共存时，可呈片状、网状或粒 状。 Fe3C的形状、大小、分布和数量对钢的性 能有极大的影响。
Fe3C在一定条件下可分解成铁和石墨。
（4）珠光体 P
含碳量为0.77%的A同时析出F和Fe3C的机械 混合物。（共析反应）
P是软的F片和硬的Fe3C片相间的机械混合物。 性能介于两者之间：δ=20～25%，σb =600～800MPa，HBS=170～230
（2）固溶体是单相，它具有与溶剂金属相同的晶 格。其基本性能也同溶剂。
（3）根据溶解的方式不同，固溶体可分为：
① 置换固溶体（下页图）
一部分溶剂晶格结点上的原子被溶质原子所代替。 在溶剂和溶质原子直径差别不大时易形成。晶格会 发生畸变，塑性变形阻力增加，强度和硬度升高， 这种溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象， 叫固溶强化。——提高合金机械性能的一个途径。
目的： ① 细化晶粒（可提高σ、δ、ak） ② 降低硬度（便于切削加工） ③ 消除内应力（以及加工硬化）、（可防变形和
开裂）
1、完全退火
将亚共折钢加热到AC3以上30-50℃，保温 后缓冷。
加热得细晶粒的A，冷却后得细晶粒F＋P。 目的：
①细化晶粒；②降低硬度；③消除内应力。
2、球化退火
重要特性点 P19 B1-4
特性点 A C D E F G
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(二、三)
§3-2铁碳合金的基本组织和性能钢和铁是工业上应用最广泛的金属材料，它们都是铁碳合金。
不同成分的钢和铸铁的组织都不相同，因此，它们的性能和应用也不一样。
铁碳合金中碳原子和铁原子可以有几种不同的结合方式：一种是碳溶于铁中形成固溶体；另一种是碳和铁化合形成化合物；此外，还可以形成由固溶体和化合物组成的混合物。
一、铁素体(F)它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。
通常用符号F表示。
晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃时最大溶解度为0.0218%。
铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ= 50%。
二、奥氏体(A)碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。
晶体结构呈面心立方晶格。
由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。
三、渗碳体(Fe3C)它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。
渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。
渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。
四、珠光体(P)珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。
所以其性能介于它们二者之间，强度较高,σb=750MPa ，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。
五、莱氏体(L d)奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。
它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。
铁碳合金习题(答案)
铁碳合金一、填空题1.在铁碳合金基本组织中，奥氏体、铁素体和渗碳体属于单相组织。
珠光体和莱氏体属于两相组织。
2.根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，它们是置换固溶体和间隙固溶体。
3.根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体两种。
4.铁素体与渗碳体的机械混合物称为珠光体，渗碳体与铁素体片状相间的组织又称为片状珠光体，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为粒状珠光体。
'.5.不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做固态机械混合物，铁碳合金中，这样的组织有珠光体和莱氏体。
6.在铁碳合金基本组织中，铁素体和奥氏体属于固溶体；渗碳体属于化合物；珠光体和莱氏体属于机械混合物。
7.分别填写下列铁碳合金组织的符号：奥氏体A；铁素体F；渗碳体C；珠光体P。
8.铁和碳形成的金属化合物（Fe3C）称为渗碳体、含碳量为6.69%。
9.铁素体在室温时，对碳的溶解度是0.008%，在727℃时溶解度是0.0218%。
10.奥氏体对碳的溶解度，在727℃时溶解度是0.77%，在1148℃时溶解度是 2.11%。
'.11.含碳量小于 2.11%的铁碳合金称为钢，钢根据室温显微组织不同，可分为以下三类：亚共析钢钢，显微组织为铁素体+珠光体，含碳量范围0.0218～0.77%；共析钢钢，显微组织为珠光体，含碳量范围0.77%；过共析钢钢，显微组织为珠光体+渗碳体，含碳量范围0.77～2.11%。
12.碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148°时溶碳量可达2.11%，在727°时溶碳量可达0.77%。
13.人们常说的碳钢和铸铁即为铁、碳元素形成的合金。
14.20钢在650℃时的组织为铁素体+珠光体；在1000℃时的组织为奥氏体。
'.15.下图所示Fe—Fe3C状态图各区的组织，分别是：○1奥氏体，○2奥氏体+渗碳体（二次渗碳体），○3铁素体+奥氏体，○4铁素体，○5铁素体+珠光体，○6珠光体，○7珠光体+渗碳体（二次渗碳体）。
§3-2 铁碳合金的基本组织与性能
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld）
一、铁素体（F）
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
铁素体（F）
（1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称
有奥氏体和渗碳体； L΄d(低温莱氏体，温度＜7270C) 有珠光体和渗碳体组成。 （3）溶碳能力：C=4.3% （4）性能特点：硬度很高，塑性很差。
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、 莱氏体 2.铁碳合金三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体
3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成
珠光体（P）
（1）概念：是铁素体与碳光体的混合物
（2）符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间,交
替排列。 （3）溶碳能力：在7270C时，C=0.77% （4）性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能， 强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一)、高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃ 4.含碳量： 4.3% 5.特点：硬度高，塑性很差。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
渗碳体是含碳量为 6.69％的铁与碳的金属
化合物，其化学式为
Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
渗碳体（Fe3C或Cm）
（ 1 ）概念：含碳量为 6.69% 的铁与碳的金属化合
物。
（2）符号：Fe3C （3）溶碳能力： 复杂的斜方晶体 C=6.69%
机械制造基础 5复习
《机械制造基础》\(一)1．铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
2．有些金属在固态下随着温度的变化其晶体结构还会发生转变，这种转变称为同素异构转变。
3．ＨＴ２００牌号中“ＨＴ”表示灰铁，数字“２００”表示其最低抗拉强度为200mp 。
4．在铜合金中，铜和锌的合金称为_黄铜，，而铜和锡的合金称为__锡青铜_______。
5．铸造合金的流动性与合金的化学成分、浇注温度和铸型条件和铸件结构有关。
6．锻造时，金属允许加热到的最高温度称始锻温度，停止锻造的温度称终锻温度。
7．机械加工中，轴类零件常用外圆柱面或两端顶尖孔作为定位基准。
8．焊接接头的基本形式有对接接头、搭接接头、角接接头和Ｔ形接头四种。
9．按误差的特点和性质，测量误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差。
10.下图为车削工件端面的示意图，图上标注的主运动是1，主偏角是 8 ，刀具前角是 6 ，加工表面是3 。
12. 机床精度中对加工精度影响较大的包括机床主轴误差和机床导轨误差。
其中机床主轴回转误差包括径向圆跳动、端面圆跳动和角向摆动三种基本形式。
13. 根据产品零件的大小和生产纲领，机械制造生产一般可以分为单件生产、成批生产和大量生产三种不同的生产类型。
14. 夹具的基本组成部分有定位元件、夹紧装置、对刀和导向元件、夹具体和其它元件。
15.Ｃ6132机床：Ｃ表示车床，６表示落地及卧式车床组，１表示普通车床系，32表示床身上最大工件回转直径为320ｍｍ。
１．硫是钢中的有害元素，会使钢产生冷脆，因此钢中含硫量应严格控制。
×２．合金的凝固收缩是铸件产生应力、变形和冷裂的基本原因。
×３．所谓冷加工就是指在常温下进行的加工，热加工就是将工件加热到相变温度以上进行加工。
×４．三爪卡盘的三个卡爪是联动的，具有自动定心作用，所以它的定位精度一般要高于四爪卡盘。
×５．车床的主轴是带动工件旋转的，而铣床的主轴是带动铣刀旋转的。
铁碳合金习题答案
铁碳合金习题答案文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-铁碳合金一、填空题1.在铁碳合金基本组织中，奥氏体、铁素体和渗碳体属于单相组织。
珠光体和莱氏体属于两相组织。
2.根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，它们是置换固溶体和间隙固溶体。
3.根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体两种。
4.铁素体与渗碳体的机械混合物称为珠光体，渗碳体与铁素体片状相间的组织又称为片状珠光体，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为粒状珠光体。
5.不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做固态机械混合物，铁碳合金中，这样的组织有珠光体和莱氏体。
6.在铁碳合金基本组织中，铁素体和奥氏体属于固溶体；渗碳体属于化合物；珠光体和莱氏体属于机械混合物。
7.分别填写下列铁碳合金组织的符号：奥氏体A；铁素体F；渗碳体C；珠光体P。
8.铁和碳形成的金属化合物（Fe3C）称为渗碳体、含碳量为 6.69%。
9.铁素体在室温时，对碳的溶解度是0.008 %，在727℃时溶解度是0.0218 %。
10.奥氏体对碳的溶解度，在727℃时溶解度是0.77 %，在1148℃时溶解度是2.11 %。
11.含碳量小于 2.11 %的铁碳合金称为钢，钢根据室温显微组织不同，可分为以下三类：亚共析钢钢，显微组织为铁素体+珠光体，含碳量范围0.0218～0.77 %；共析钢钢，显微组织为珠光体，含碳量范围0.77 %；过共析钢钢，显微组织为珠光体+渗碳体，含碳量范围 0.77～2.11 %。
12.碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148°时溶碳量可达 2.11 %，在727°时溶碳量可达0.77 %。
13.人们常说的碳钢和铸铁即为铁、碳元素形成的合金。
14.20钢在650℃时的组织为铁素体+珠光体；在1000℃时的组织为奥氏体。
铁碳合金的基本组织
铁素体
铁素体是在体心立方晶格α铁中最多只含有碳0.02%的固溶体。它的显微组织是多边形的晶粒。铁索体具有体心立方晶格，含碳量极少，其性能与纯铁极为相似，也叫纯铁体。铁索体极可塑且软，并有低的抗拉强度和高的延伸率，抗拉强度为275.790Mpa，延伸率是40%
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渗碳体
渗碳体是铁和6.69%的碳组成的间隙化合物，也称碳化三铁（Fe3C）。当它作为一种相在钢中出现时其化学组成将由于锰和其它碳化物形成元素的存在而改变，具有复杂的晶格结构。是不稳定相，给予足够的时间，渗碳体会分解为两种完全平衡的成分，即铁和石墨。其性能硬而脆，几乎没有塑性，抗拉强度约为34.474Mpa，延伸率等于0
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贝氏体
贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物，是奥氏体的分解产物。又分为上贝氏体（呈现羽毛状）和下贝氏体（呈针状）。下贝氏体性能优于上贝氏体。硬度随着转变温度的降低而增加
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马氏体
马氏体是钢在低于奥氏体的转变温度形成的亚稳定相，通常是指碳在体心立方晶格α的铁中的间隙式过饱和固溶体。马氏体转变在冷却过程中几乎是立刻发生的，而且转变的百分比仅取决于冷却达到的温度。其显微组织是针状的。钢中马氏体的硬度随含碳量的增加而提高。高碳马氏体硬度高而脆，低碳马氏体则有较高的韧性。但无论含碳多少，马氏体都是奥氏体转变产物中硬度最高的
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莱氏体
莱氏体是铁碳合金中的一种共晶组织。在高温由奥氏体和渗碳体、在室温由珠光体和渗碳体构成。含碳4.3%（质量分数）。这种共晶是C＞2.0%的铁-碳合金的组织，并且以此原因把C2.0%作为钢和铸铁之间的分界线。性硬而脆，通常仅存在于白口铁中，在某些高碳高合金钢（例如：高速工具钢、Cr12型合金工具钢）中，也会出现，但数量较少
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第三节铁碳合金
4.相图的实际应用
1）为选材提供成分依据 2）为制定热加工工艺提供依据 3）局限性
1）为选材提供成分依据
• 若零件要求塑性，韧性好，如建筑结构和容器等， 应选用低碳钢（0.10~0.25%C）；
• 若零件要求强度、塑性、韧性都较好，如轴等，应 选用中碳钢（0.25~0.60%C）；
• 若零件要求硬度高、耐磨性好，如工具等，应选用 高碳钢（0.6~1.3%C）。
Fe3C % ≈ 0.4 / 6.67 = 6 % F % ≈ 1 – 6 % = 94 %
室温组织:
F + P，500×
亚共析钢
亚 共 析 钢
(4)过共析钢 ( C % = 1.2 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
Fe3CII % = ( 1.2 – 0.77 ) / ( 6.67 – 0.77 ) ≈7%
共晶铸铁
共 晶 铸 铁
（6）亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
（7）过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的 成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系： C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系： 图（a）和（b）
含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
2. 1) 铁素体的本质是碳在α- Fe 中的间隙相。（No） 2) 20 钢 比 T12 钢 的碳质量分数要高。（No）
3) 在退火状态（接近平衡组织）45 钢 比 20 钢 的塑性和强度都 高。 （No）
4) 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁 碳合金才能发生共晶反应。（No）
3. 1) 奥氏体是：
《铁碳合金的基本组织和相图》课件.ppt
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.
铁碳合金习题 答案
铁碳合金一、填空题1.在铁碳合金基本组织中，奥氏体、铁素体和渗碳体属于单相组织。
珠光体和莱氏体属于两相组织。
2.根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，它们是置换固溶体和间隙固溶体。
3.根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体两种。
4.铁素体与渗碳体的机械混合物称为珠光体，渗碳体与铁素体片状相间的组织又称为片状珠光体，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为粒状珠光体。
5.不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做固态机械混合物，铁碳合金中，这样的组织有珠光体和莱氏体。
6.在铁碳合金基本组织中，铁素体和奥氏体属于固溶体；渗碳体属于化合物；珠光体和莱氏体属于机械混合物。
7.分别填写下列铁碳合金组织的符号：奥氏体A；铁素体F；渗碳体C；珠光体P。
8.铁和碳形成的金属化合物（FeC）称为渗碳体、3含碳量为 6.69%。
9.铁素体在室温时，对碳的溶解度是0.008 %，在727℃时溶解度是0.0218 %。
10.奥氏体对碳的溶解度，在727℃时溶解度是0.77 %，在1148℃时溶解度是 2.11 %。
11.含碳量小于 2.11 %的铁碳合金称为钢，钢根据室温显微组织不同，可分为以下三类：亚共析钢钢，显微组织为铁素体+珠光体，含碳量范围0.0218～0.77 %；共析钢钢，显微组织为珠光体，含碳量范围0.77 %；过共析钢钢，显微组织为珠光体+渗碳体，含碳量范围 0.77～2.11 %。
12.碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148°时溶碳量可达 2.11 %，在727°时溶碳量可达0.77 %。
13.人们常说的碳钢和铸铁即为铁、碳元素形成的合金。
14.20钢在650℃时的组织为铁素体+珠光体；在1000℃时的组织为奥氏体。
15.下图所示Fe—FeC状态图各区的组织，分别是：3○1奥氏体，○2奥氏体+渗碳体（二次渗碳体），○3铁素体+奥氏体，○4铁素体，○5铁素体+珠光体，○6珠光体，○7珠光体+渗碳体（二次渗碳体）。
铁碳合金基本组织
第二章 铁碳合金 第一节 铁碳合金的基本组织*什么叫组织？ 表示晶体的种类、大小、分布状况。
可以由一个相或多个相组成一．纯铁的晶体结构及其结晶1．(简)同素异晶体：同种元素组成的具有不同晶体结构的晶体，如石墨是金刚石的同素异晶体；α-Fe 与γ-Fe2．(简)纯铁的同素异晶转变α-Feγ-Fe3．重结晶固态下的结晶与液态到固态的结晶的异同．．．．．．．．．．．（以铁为例）同：都属于结晶过程，都有“形核——长大”的过程、“过冷”等现象。
异：在固态下结晶时应力不能及时释放，产生应力。
因此把这种结晶称作：重结晶钢铁材料的种类较多，掌握其性能不太容易。
但这些材料的性能是由其组织决定的。
二．铁碳合金的五种基本组织及其性质1．铁素体温（F ） 形成：碳溶入α-Fe特点：塑性、韧性好，强度、硬度低 δ：30~50%σb ：180~280MPa 。
HBS ：50~80，很软。
小刀刻划例：08钢，F 含量90%，估计其塑性、韧性2．奥氏体（A ） 形成：碳溶入γ-Fe特点：常温下：塑性和韧性好，具有一定的强度和硬度。
δ：40~50% σb ： HBS ：170~220高温下（800o C 以上）：塑性极好，强度极低。
应用：锻压。
“趁热打铁” 3．渗碳体（Fe 3C ）形成：铁与碳生成的化合物 特点：硬而脆、塑性极差 作用：？(双重) 4．珠光体（P ）形成：Fe 3C 与F 片状交分布形成的层状结构。
（示意图） 特点：强度、硬度较高。
塑性和韧性不高。
δ：20~30% σb ：770MPaHBS ：1805．莱氏体（Ld ）形成：由A 与Fe 3C 组成 特点：类似于渗碳体根据钢的组织比较性能：10钢（F 多87%+P ）与45钢（F 少42%+P ） 10钢（F 多87%+P ）与20钢（F 中等74%+P ） 45钢（F+P ）与T10A 钢（P+Fe 3C ）第二节 铁碳相图如何才能知道钢中某种组织的含量？一．基本概念 1．相图的作用了解合金的组织指导热加工和选材例：仪表、汽车的外壳 选塑性好的材料 F 含量多的钢。
材料科学基础铁碳合金的组织及其性能
组元: Fe, Fe3C
L+Fe3C
0.0218 2
组元: Fe, Fe3C
L+Fe3C
0.0218 3
基本相
高温铁素体：碳溶于δ-Fe中的间 隙固溶体，体心立方，符号： ；最大溶碳量：0.09%
L+Fe3C
奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固 溶体，面心立方，符号：A或γ ；最大溶碳量：2.11%
但随着成分的不同，合金经历的转变不同， 因而相的相对量、相的形态、分布差异很大，也 就是说不同成分的铁碳合金的组织有很大的差异 。因为合金的性能是由其组织决定的，所以人们 更关注合金的组织。
温度
A
L+
H
B
NJ
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
A+ Fe3C
G
A+
Ld
F
A+F
S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld
3333
(6) 亚共晶白口铸铁( WC = 3.0% 的合金)
室温组织：P+Fe3CII+Ld’
34
亚共晶白口铁室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’，室温下组织组成物相 对重量百分比为：
N
1
D
2
C
E
F
3
4
(7) 过共晶白口铸铁( WC = 5.0% 的合金)
室温组织：Fe3CI+Ld’
37
以上分析可知，铁碳合金不管其成分如何， 其室温下的相组成都是铁素体和渗碳体。
始析出线。
第四章 铁碳合金的基本组织与状态图
二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
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。
“二”指二个坐标：Ｃ/％、Ｔ／0C；在画 的时候容易忘记这两坐标标注。
(5)ECF共晶线：金属液态结晶出奥氏体和渗 碳体的机械混合物，莱氏体（Ld）。
(6)PSK、A1共析线：当合金组织冷却到 7270C以下奥氏体（A）全部转成珠光体 （P）。
共析反应(7270C)
结晶
A
P
析出
F
Fe3C
Fe3C
L
共晶反应（1148OC） Ld 727C
L'd
1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织
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。 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。
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。
5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
1-5-2 Fe—Fe3C状态图 几个概念：
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“F”（或α）
“A”（或γ）
“Fe3C”
“P”
“Ld”
显微组织
多边形晶粒
多边形晶粒，晶粒内常可见到孪晶（昌粒的平行的直线条）
根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态
由铁素体片与渗碳体片交替排列的片状组织
莱氏体是碳的质量分数Wc=4.3%的铁碳合金冷却到1148℃时共晶转变的产物
力学性能
与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零
晶体结构
体心立方晶格
面心立方晶格
存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，组织由奥氏体和珠光体组成
存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，组织由渗碳体和珠光体组成
显微组织
铁碳合金的基本组织
名称
铁素体（ferrite）
奥氏体（Austenite）
渗碳体（Cementite）
珠光体（Pearite）
莱氏体（Ledeburite）
定义
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体
碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体
铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物
由铁素体和渗碳体组成的机械混合物
由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，
塑性、韧性好，而强度、硬度低（δ=30%~50%，AKU=128~160J）σb=180~280MPa，50~80HBS）
具有一定的强度和硬度（σb=400MPa，170~220HBS），塑性和韧性也好（δ=40%~50%）。
硬度高，脆性大，塑性几乎为零Wc=6.69％，熔点为1227℃
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）