金属材料及热处理第四单元 铁碳合金相图
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e) 共晶白口铸铁的金相显微组织(低温莱氏体) f) 过共晶白口铸铁的金相显微组织(一次渗碳体+低温莱氏体)
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点三 碳对铁碳合金组织和性能的影响 碳是决定钢铁材料组织和性能最主要的元素。不同碳的质量分数的
铁碳合金在缓冷条件下，其结晶过程及最终得到的室温组织是不相同的， 碳的质量分数与室温平衡组织的关系见表4-4。
第四单元 铁碳合金相图
铁碳合金相图的特性线及其含义归纳于表4-2中。
表4-2 铁碳合金相图中的特性线
第四单元 铁碳合金相图
三、铁碳合金相图中的相区 铁碳合金相图中的主要相区见表4-3。
表4-3 铁碳合金相图中各主要相区的组织组成物
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点二 铁碳合金的分类 铁碳合金相图中的各种合金，按其碳的质量分数和室温平衡组织的
图4-7 简化后的Fe-F3C相图
第四单元 铁碳合金相图
一、铁碳合金相图中的特性点 铁碳合金相图中的主要特性点的温度、碳的质量分数及其含义见
表4-1。
表4-1 铁碳合金相图中的特性点
第四单元 铁碳合金相图
二、铁碳合金相图中的主要特性线 1.液相线ACD 2.固相线AECF 3.共晶线ECF 4.共析线PSK 5.GS线 6.ES线 7.GP线 8.PQ线
第四单元 铁碳合金相图
一、选材方面的应用 从铁碳合金相图中可以看出，组织与化学成分之间存在着密切的联系，
可以由组织定性地判断出钢铁材料的力学性能，并为选材提供理论依据。 二、铸造方面的应用
特征为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相组织。由于珠光体的 显微组织形态酷似珍珠贝母外壳形纹，故称之为珠光体组织，如图4-6所示。
图4-6 共析钢中珠光体的金相显微组织
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点五 莱氏体(Ld) 莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变时所形成
的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，莱氏体碳的质量分数为4.3%。 莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度高，塑性很差，脆性大。莱氏
表4-4 铁碳合金分类
第四单元 铁碳合金相图
铁碳合金的平衡组织是由铁 素体和渗碳体两相所构成的。当碳 的质量分数w(C)<0.9%时，随着碳 的质量分数的增加，钢的强度和硬 度提高，而塑性和韧性降低；当碳 的质量分数w(C)>0.9%时，由于Fe3 CⅡ的数量随着碳的质量分数的增 加而急剧增多，并明显地呈网状分 布于奥氏体晶界上，这样不仅降低 了钢的塑性和韧性，而且也降低了 钢的强度，如图4-9所示。
不同，一般分为工业纯铁、钢、白口铸铁(生铁)三类，见表4-4。 工业纯铁、亚共析钢、共析钢(如图4-6)、过共析钢、亚共晶白口铸
铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的金相显微组织如图4-8所示。
图4-8 部分典型铁碳合金的金相显微组织 a) 工业纯铁的金相显微组织(铁素体)
b) =0.2%的亚共析钢金相显微组织(铁素体+珠光体) c) =1.2%的过共析钢金相显微组织(网状渗碳体+珠光体) d) 亚共晶白口铸铁的金相显微组织(二次渗碳体+珠光体+低温莱氏体)
由于晶界容易腐蚀，并呈现不规则的黑色线条，所以，在金相显微镜 下观察时，铁素体呈明亮的多边形晶粒，如图4-2所示。
第四单元 铁碳合金相图
图4-1 铁素体晶胞示意图
图4-2 铁素体的金相显微组织
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点三 奥氏体(A) 奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和(或)其他元素所形成的晶体点阵为面
图4-9 碳的质量分数对钢力学性能的影响
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点四 铁碳合金相图的应用 铁碳合金相图反映了钢铁材料的组织随化学成分和温度变化的规律，
因此，在机械制造方面为选材及制订铸造工艺、压力加工工艺、焊接工 艺及热处理等提供了重要的理论依据，如图4-10所示。
图4-10 铁碳合金相图与热加工工艺规范的关系
金属材料及热处理
主编:王英杰
第四单元 铁碳合金相图
【学习目标】 本单元主要介绍铁碳合金的基本组织、相图及其应用等内 容。在学习过程中，第一，要了解铁碳合金基本组织的特征和性能，并且 能结合第三单元的晶体结构知识进行分析对比；第二，要了解铁碳合金相 图各个区间的组织组成和特征，尤其是在室温时的6个典型的组织特征一 定要熟记，做到举一反三；第三，要理解铁碳合金共晶转变和共析转变的 实质和条件，尤其是转变温度和化学成分要熟记；第四，要了解铁碳合金 的化学成分、组织状态和性能之间的定性关系。
体的显微组织可以看成是在渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体(或 珠光体)。
第四单元 铁碳合金相图 综合知识模块二 铁碳合金相图
能力知识点一 铁碳合金相图 铁碳合金相图是铁碳合金在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成
分的铁碳合金，在不同温度下所具有的组织状态的图形。实际上研究铁碳 合金相图，就是研究Fe-Fe3C相图，如图4-7所示。
图4-4 奥氏体的金相显微组织
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点三 渗碳体(Fe3C) 渗碳体是铁和碳的金属化合物，具有复杂的晶体结构，用化学式Fe3C
表示。渗碳体的晶格形式，与碳和铁都不一样，是复杂的晶格类型，如图 4-5所示。
图4-5 渗碳体的晶体示意图
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点四 珠光体(P) 珠光体是指奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变形成的，其显微组织
心立方的固溶体，常用符号A(或γ)表示。奥氏体仍保持γ-Fe的面心立方 晶格，碳在γ-Fe中的位置如图4-3所示。
在金相显微镜下观察，奥氏体的显微组织呈多边形晶粒状态，但晶界 比铁素体的晶界平直些，并且晶粒内常出现孪晶组织(图中晶粒内的平行 线)，如图4-4所示。
第四单元 铁碳合金相图
图4-3 奥氏体的晶胞示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第四单元 铁碳合金相图
综合知识模块一 铁碳合金的基本组织
铁和碳组成的合金称为铁碳合金，如钢和铸铁都是铁碳合金。要了解 各类钢和铸铁的组织、性能以及成形加工方法等，首先要了解铁碳合金的 化学成分、组织与性能之间的相互关系。 能力知识点一 铁素体(F)
铁素体是指α-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点 阵为体心立方的固溶体，用符号F(或α)表示。由于碳原子较小，所以， 在α-Fe中碳处于间隙位置，如图4-1所示。
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点三 碳对铁碳合金组织和性能的影响 碳是决定钢铁材料组织和性能最主要的元素。不同碳的质量分数的
铁碳合金在缓冷条件下，其结晶过程及最终得到的室温组织是不相同的， 碳的质量分数与室温平衡组织的关系见表4-4。
第四单元 铁碳合金相图
铁碳合金相图的特性线及其含义归纳于表4-2中。
表4-2 铁碳合金相图中的特性线
第四单元 铁碳合金相图
三、铁碳合金相图中的相区 铁碳合金相图中的主要相区见表4-3。
表4-3 铁碳合金相图中各主要相区的组织组成物
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点二 铁碳合金的分类 铁碳合金相图中的各种合金，按其碳的质量分数和室温平衡组织的
图4-7 简化后的Fe-F3C相图
第四单元 铁碳合金相图
一、铁碳合金相图中的特性点 铁碳合金相图中的主要特性点的温度、碳的质量分数及其含义见
表4-1。
表4-1 铁碳合金相图中的特性点
第四单元 铁碳合金相图
二、铁碳合金相图中的主要特性线 1.液相线ACD 2.固相线AECF 3.共晶线ECF 4.共析线PSK 5.GS线 6.ES线 7.GP线 8.PQ线
第四单元 铁碳合金相图
一、选材方面的应用 从铁碳合金相图中可以看出，组织与化学成分之间存在着密切的联系，
可以由组织定性地判断出钢铁材料的力学性能，并为选材提供理论依据。 二、铸造方面的应用
特征为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相组织。由于珠光体的 显微组织形态酷似珍珠贝母外壳形纹，故称之为珠光体组织，如图4-6所示。
图4-6 共析钢中珠光体的金相显微组织
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点五 莱氏体(Ld) 莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变时所形成
的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，莱氏体碳的质量分数为4.3%。 莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度高，塑性很差，脆性大。莱氏
表4-4 铁碳合金分类
第四单元 铁碳合金相图
铁碳合金的平衡组织是由铁 素体和渗碳体两相所构成的。当碳 的质量分数w(C)<0.9%时，随着碳 的质量分数的增加，钢的强度和硬 度提高，而塑性和韧性降低；当碳 的质量分数w(C)>0.9%时，由于Fe3 CⅡ的数量随着碳的质量分数的增 加而急剧增多，并明显地呈网状分 布于奥氏体晶界上，这样不仅降低 了钢的塑性和韧性，而且也降低了 钢的强度，如图4-9所示。
不同，一般分为工业纯铁、钢、白口铸铁(生铁)三类，见表4-4。 工业纯铁、亚共析钢、共析钢(如图4-6)、过共析钢、亚共晶白口铸
铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的金相显微组织如图4-8所示。
图4-8 部分典型铁碳合金的金相显微组织 a) 工业纯铁的金相显微组织(铁素体)
b) =0.2%的亚共析钢金相显微组织(铁素体+珠光体) c) =1.2%的过共析钢金相显微组织(网状渗碳体+珠光体) d) 亚共晶白口铸铁的金相显微组织(二次渗碳体+珠光体+低温莱氏体)
由于晶界容易腐蚀，并呈现不规则的黑色线条，所以，在金相显微镜 下观察时，铁素体呈明亮的多边形晶粒，如图4-2所示。
第四单元 铁碳合金相图
图4-1 铁素体晶胞示意图
图4-2 铁素体的金相显微组织
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点三 奥氏体(A) 奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和(或)其他元素所形成的晶体点阵为面
图4-9 碳的质量分数对钢力学性能的影响
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点四 铁碳合金相图的应用 铁碳合金相图反映了钢铁材料的组织随化学成分和温度变化的规律，
因此，在机械制造方面为选材及制订铸造工艺、压力加工工艺、焊接工 艺及热处理等提供了重要的理论依据，如图4-10所示。
图4-10 铁碳合金相图与热加工工艺规范的关系
金属材料及热处理
主编:王英杰
第四单元 铁碳合金相图
【学习目标】 本单元主要介绍铁碳合金的基本组织、相图及其应用等内 容。在学习过程中，第一，要了解铁碳合金基本组织的特征和性能，并且 能结合第三单元的晶体结构知识进行分析对比；第二，要了解铁碳合金相 图各个区间的组织组成和特征，尤其是在室温时的6个典型的组织特征一 定要熟记，做到举一反三；第三，要理解铁碳合金共晶转变和共析转变的 实质和条件，尤其是转变温度和化学成分要熟记；第四，要了解铁碳合金 的化学成分、组织状态和性能之间的定性关系。
体的显微组织可以看成是在渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体(或 珠光体)。
第四单元 铁碳合金相图 综合知识模块二 铁碳合金相图
能力知识点一 铁碳合金相图 铁碳合金相图是铁碳合金在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成
分的铁碳合金，在不同温度下所具有的组织状态的图形。实际上研究铁碳 合金相图，就是研究Fe-Fe3C相图，如图4-7所示。
图4-4 奥氏体的金相显微组织
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点三 渗碳体(Fe3C) 渗碳体是铁和碳的金属化合物，具有复杂的晶体结构，用化学式Fe3C
表示。渗碳体的晶格形式，与碳和铁都不一样，是复杂的晶格类型，如图 4-5所示。
图4-5 渗碳体的晶体示意图
第四单元 铁碳合金相图
能力知识点四 珠光体(P) 珠光体是指奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变形成的，其显微组织
心立方的固溶体，常用符号A(或γ)表示。奥氏体仍保持γ-Fe的面心立方 晶格，碳在γ-Fe中的位置如图4-3所示。
在金相显微镜下观察，奥氏体的显微组织呈多边形晶粒状态，但晶界 比铁素体的晶界平直些，并且晶粒内常出现孪晶组织(图中晶粒内的平行 线)，如图4-4所示。
第四单元 铁碳合金相图
图4-3 奥氏体的晶胞示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第四单元 铁碳合金相图
综合知识模块一 铁碳合金的基本组织
铁和碳组成的合金称为铁碳合金，如钢和铸铁都是铁碳合金。要了解 各类钢和铸铁的组织、性能以及成形加工方法等，首先要了解铁碳合金的 化学成分、组织与性能之间的相互关系。 能力知识点一 铁素体(F)
铁素体是指α-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点 阵为体心立方的固溶体，用符号F(或α)表示。由于碳原子较小，所以， 在α-Fe中碳处于间隙位置，如图4-1所示。