铁碳合金相图(详解)
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铁碳合金的相图的最全详细讲解
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29
共析钢组织金相图
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30
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
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31
亚共析钢组织金相图
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32
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
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33
过共析钢组织金相图
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34
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
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35
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
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23
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF ⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
2
铁素体组织金相图
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3
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。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%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。
⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C）
下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。
图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置
㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程
合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶
界析出三次渗碳体Fe
3C
III
。7点以下，随温度下降，Fe
3
C
III
量不断增加，室温下Fe
3
C
III
的最大
量为：
%
31
.0
%
100
0008
.0
69
.6
0008
.0
0218
.0
3
=
⨯
-
-
=
Ⅲ
C
Fe
Q
。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
铁碳合金相图（超清楚版）
600700800900
F 温度/
℃Fe-Fe 3C 合金相图
Fe K
D
1、铁素体：碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 或α表示。碳在α-Fe 中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低，但具有良好的塑性、韧性。
2、奥氏体： 碳在γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A 或γ表示。
3、渗碳体： 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，它的分子式为Fe 3C ，渗碳体既是组元，又是基本相。
4、珠光体：用符号P 表示，它是铁素体与渗碳体薄层片相间的机械机械混合物。
5、莱氏体：用符号Ld 表示，奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。
特性点符号 温度/℃ ωc （%）含义
A 1538 0熔点：纯铁的熔点
C 1148 4.3共晶点：发生共晶转变L4.3→Ld(A2.11%+Fe3C 共晶)
D 1227 6.69熔点：渗碳体的熔点
E 1148 2.11碳在γ-Fe 中的最大溶解度点
G 912 0同素异构转变点
S 727 0.77共析点：发生共析转变A0.77%→p(F0.0218%+Fe3C 共析)P 727 0.0218碳在α-Fe 中的最大溶解度点
Q 室温 0.0008室温下碳在α-Fe 中的最大溶解度
铁碳合金的相图的最全详细讲解
莱氏体
A
10
莱氏体 ( Ld )
A
11
相图的建立
A
12
相图的建立
名称 熔点 合金1 合金2 合金3 …….. 合金9 合金10 合金11
A金属 高
100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 低 0% 10% 20%
……. 80% 90% 100%
A
13
热分析法
A
14
温
温
A
3
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。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%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
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
A
4
奥氏体组织金相图
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
A
莱氏体
24
A
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（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
(最新整理)铁碳合金的相图的最全详细讲解
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(最新整理)铁碳合金的相图的最全详细讲解
2021/7/26
1
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
析转变。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
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Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
D
L+A
E
A
G
A+
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温 度
温
温
度
度
2021/7/26
时间 A 90 70 50 30 B 16
温
度
L
a
L + S
S
A
2021/7/26
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
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(最新整理)铁碳合金的相图的最全详细讲解
2021/7/26
1
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
析转变。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
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Fe - Fe3C 相图
A
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L
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L+A
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温 度
温
温
度
度
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时间 A 90 70 50 30 B 16
温
度
L
a
L + S
S
A
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ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
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铁碳合金相图详细讲解(精品)
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
B金属 低 0% 10% 20%
……. 80% 90% 100%
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究 铁碳合金最基本的工 具，是研究碳钢和铸 铁的成分、温度、组 织及性能之间关系的 理论基础,是制定热 加工、热处理、冶炼 和铸造等工艺依据.
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
过共析钢组织金相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
共晶白口铁组织金相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
铁碳合金的相图的最全详细讲解
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
过共晶白口铁组织金相图
Fe - Fe3C 相图的应用
选择材料方面的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 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。
铸铁中的石墨
渗碳体组织金相图
⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。
珠光体的组织特点是两相 呈片层相间分布,性能介 于两相之间。
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
过共晶白口铁组织金相图
Fe - Fe3C 相图的应用
选择材料方面的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 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。
铸铁中的石墨
渗碳体组织金相图
⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。
珠光体的组织特点是两相 呈片层相间分布,性能介 于两相之间。
Fe-C合金相图详解
Ld’
5 C=3%
L
L+γ
L+γ+ Ld
γ+Fe3CII +Ld γ+P +Fe3CII +Ld ( +Ld’) P+Fe3CII +Ld’
γ+Fe3CII
γ+Fe3CII+Ld
Ld
P+Fe3CII+Ld’
P+Fe3CII
Ld’
室温下的组织： P+Fe3CII +Ld’ 亚共晶白口铸铁(hypo-eutectic white cast iron)
6 C=5.5%
L
L+Fe3CI
Fe3CI +Ld
L+ Ld +Fe3CI
Fe3CI +Ld ( +Ld’) Fe3CI +Ld’
γ+Fe3CII
γ+Fe3CII+Ld
Fe3CI+Ld
Ld
P+Fe3CII+Ld’
P+Fe3CII
Fe3CI+Ld’
Ld’
室温下的组织： Fe3CI +Ld’ 过共晶白口铸铁(hyper-eutectic white cast iron)
3 铁碳合金相 铁素体（ferrite）： 碳溶入α-Fe或δ-Fe中形成的固溶体， 记作：α（或F）及δ 奥氏体（austenite）： 碳溶入γ-Fe中形成的固溶体， 记作γ（或A）
铁碳合金相图(超清楚版)
温度/ ℃
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
1 200
1 1 00
γ
1 000
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
源自文库
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
2、奥氏体： 碳 在 γ -Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A或 γ 表 示 。 3、渗碳体： 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，它的分子式为Fe3C，渗 碳体既是组元，又是基本相。 4、珠光体：用符号P表示，它是铁素体与渗碳体薄层 片相间的机械机械混合物。
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
1 200
1 1 00
γ
1 000
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
源自文库
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
2、奥氏体： 碳 在 γ -Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A或 γ 表 示 。 3、渗碳体： 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，它的分子式为Fe3C，渗 碳体既是组元，又是基本相。 4、珠光体：用符号P表示，它是铁素体与渗碳体薄层 片相间的机械机械混合物。
第三章-铁碳合金相图【详解版】
⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
• ⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
2021/1/18
4. 铁碳合金分类
• （1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
4.3%C
6.69%C Fe3C
二、铁碳合金状态图的分析
1. 特性点
2021/1/18
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J
N
L+
G
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
(1)共晶点C 1148℃, 4.3%C 共晶成分 反应式： Lc→(AE+Fe3C) 共晶体，即高温莱氏体Ld ;
2021/1/18
1
5）亚共晶白口铁的结晶过程
• 室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
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此反应仅可能在含碳量为O.10～0.50％的铁碳 合金中发生。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
相图中各主要点的涵义：
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温 反应：
(2)在1147℃(ECF水平线)发生共晶反应，其反应式为
Lc
FP + Fe3C。
共晶反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的共晶混
(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析
图中合金①为共析钢，该合金在1点以上的温度为液相(L)， 缓冷至稍低
于1点的温度开始从L中结晶出奥氏 体(A)。
缓冷至2点温度以下，L全部 冷凝为A。 继续缓冷至3点温度(723℃) 时 ，A按共析反应转变成 珠光体。
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
合物，
称此共晶混合物为莱氏体，用字母Ld表示； 冷至室温时成为变态莱氏体，用L′d表示。 此反应发生于所有含碳量 > 2.06％ < 6.67％的 铁碳合金范围内。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
相图中各主要点的涵义：
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒温 反应：
(3)在723℃(PSK水平线)发生共析反应，其反应式为
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
下面列举6个典型的铁碳合金来讨论其结晶过程。钢和白口 铁的结晶过程虽然比较复杂，但其分析方法则与前述的相同， 并无新颖之处。所选择的各合金的成分如图5-10所示。
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
(1)工业纯铁( C<0.02％)； (2)钢(0.02～2.06％C)：亚共析钢( C<O.80％)、
共析钢(C = O.80％)、 过共析钢(C>0.80％)； (3)白口铁(2.06～6.67％C)：亚共晶白口铁 (C<4.3％)、晶白口铁(C = 4.3％)、过共晶白口铁 ( C>4.3％)。
1147℃，此时可溶解2.06％C，而在723℃时只能溶解 0．80％C。故凡含碳量大于0.80％的铁碳合金自 1147℃冷至723℃时，均会从奥氏体中沿晶界析出渗碳 体，称此渗碳体为二次渗碳体(Fe3CⅡ)，以区别于从液 体中直接结晶的一次渗碳体(Fe3CⅠ)。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
此外，值得注意的是ES和PQ线：
(2)PQ线——碳在铁素体中的固溶线。 从该线看出，碳在铁素体中的最大溶解度是在
723℃，
此时可溶解O.02％C， 而在室温平衡状态下， 仅可 溶解0.0008％C，故一般铁碳合金凡是从723℃缓冷 至室温时，均可能从铁素体中沿晶界析出渗碳体， 称此渗碳体为三次渗碳体(Fe3CⅢ)。因其数量极少， 故一般在讨论中经常予以忽略。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
相图中各主要点的涵义：
ABCD为液相线，而AHJECF则为固相线。
相图上的三条平行线(HJB、ECF、PCK)是指三个恒 温反应：
(1) 在1493℃(HJB水平线)发生包晶反应，其反应 式为
LB + δH
AJ
包晶反应的结果形成了奥氏体。
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
含碳量在0.10～0.50％范围内的亚共析钢，在冷凝至 1493℃时均发生 包晶反应，反应结果形成
奥氏体(A)；而含碳量大 于0.50％者，在冷凝时， 则不发生包晶反应，而是
直接从Lwk.baidu.com结晶出A。
5.2 铁碳合金相图分析
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
必须指出，所有亚共析钢在缓冷后，最终的显微组织都是 F+P。各种亚 共析钢组织的主要差别，在 于其中的F与P的相对量和F的 分布情况不同。凡含碳量距 S点愈近的亚共析钢，其组 织中含P量愈多而F量则愈 少。含碳量大于0.50％的亚 共析钢组织，其中F趋向于 沿P边界呈网状分布。
铁碳合金 Iron-carbon Alloy
铁碳合金相图分析
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。由 于含碳量高于6.67％的铁碳合金脆性极大， 没有使用价值，因而对铁碳合金相图只研究 Fe-Fe3C部分。图5-9所示为Fe-Fe3C相图。
相图中各主要点的涵义、温度及含碳量见 表5-3所示。
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
合金②冷凝后得到A组织，继续冷至GS线(3点温度)时，便会发生A F的转变，同时引起母相A中碳浓度的变化。由于合金继续冷却过程中，A 的含碳量沿GS线逐渐增浓而趋近于S点，即合金冷至723℃时，A的含碳量 增为0.80％，故当合金冷至稍低于723℃时，其组织中剩余的A，便会按 共析反应而转变成为珠光体，最终的显微组织应为F+P。
As
FP + Fe3C 。
共析反应的结果形成了铁素体与渗碳体的共析混
合物，称此共析混合物为珠光体(P)。
所有含碳量超过0.02％的铁碳合金中，即实际在 工程上常用的铁碳合金中均发生珠光体(共析体)转变。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
此外，值得注意的是ES和PQ线：
(1)ES线——碳在奥氏体中的固溶线。 从该线看出，碳在奥氏体中的最大溶解度是在
(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析
共析钢的结晶过程示意图：
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
(一)共析钢(0.80％C)的结晶过程分析
共析钢的显微组织(珠光体) ：
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
(二)亚共析钢(0.02～0.80％C)的结晶过程分析
含碳量在0.10～0.50％范围内的亚共析钢，在冷凝至 1493℃时均发生包晶反应，反应结果形成奥氏体(A)；而含碳 量大于0.50％者，在冷凝时，则不发生包晶反应，而是直接 从L中结晶出A。
5.2 铁碳合金相图分析
二、钢和白口铁结晶过程分析
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
所谓一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源 和分布有所不同，没有本质区别，其含碳量，晶体 结构和本身的性质均相同。
相图中AHN线和GPQ线的左方分别为δ和α的铁素 体区域；NJESG包围的范畴为奥氏体区域。
5.2 铁碳合金相图分析
一、概述
铁碳合金相图上的各种合金，通常可按其含碳量 和组织的不同，分成下列三类：