金相组织识别铁碳相图共30页
钢铁材料常见金相组织相图
钢铁材料常见金相组织简介在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。
这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。
常见的金相组织有下列八种：一、铁素体铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。
这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。
随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。
铁素体还是珠光体组织的基体。
在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。
碳的质量分数为0.09%。
图1：铁素体二、奥氏体碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。
奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。
TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。
碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。
三、渗碳体渗碳体（cementite），指铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。
铁碳相图C曲线与金相组织介绍 课件
~900MPa，硬度：180 ~280HBS,伸长率为20 ~25%,冲击功为24 ~32J.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
索氏体S
索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体
(GB/T7232标准)。其实质是一种珠光体，是钢的高温转变产物，是片层的铁
（临界点A1～550℃）、过冷度小，P型组织转变区，A→P。
(2).M型转变：低温区（在MS以下）、过冷度大，发生M转变的区域，A→M。 (3).B型转变：中温区（550℃～MS），发生B转变的区域，A→B。 3、奥氏体化后的冷却方式通常有两种：等温处理和连续冷却。共析钢过冷奥氏
体等温转变C曲线包括三个转变区：高温转变区，也称珠光体转变区；中温转变
余奥氏体的分解基本结束.
3. 300-400℃渗碳体的形成,钢在回火的这一阶段,从过饱和固溶体中析出 的碳化物转变为颗粒状的渗碳体(Fe3C).当温度达到400℃时,α 固溶体中过饱 和的碳已基本完全析出,α -Fe晶格恢复正常,由过饱和固溶体转变为铁素体.钢 的内应力基本清除.
4. 400℃以上渗碳体的聚集长大,在第三阶段结束时,钢内形成了细粒状
向稳定的组织(铁素体和渗碳体两相混合物)转变的倾向.但在室温下,原子活动
能力很差,这种转变速度极慢.随着回火温度的升高,原子活动能力加强,组织转变 便以较快的速度进行.由于组织的变化,钢的性能也发生相应的变化.
按回火温度的不同,回火时淬火钢的组织转变可分为四个阶段. 1. 80-200℃马氏体分解,当钢加热到约80℃时,其内部原子活动能力有所 增加,马氏体中的过饱和碳开始逐步以碳化物的形式析出,马氏体中碳的过饱和 程度不断降低,同时,晶格畸变程度也减弱,内应力有所降低. 这种出过饱和程度较低的马氏体和极细的碳化物所组成的组织,称为回火 马氏体. 2. 200-300℃残余奥氏体分解,当钢加热温度超过200℃时,马氏体继续分 解,同时,残余奥氏体也开始分解,转变为下贝氏体或回火马氏体,到300℃时,残
铁碳相图
4 铁碳相图 4.1 铁碳合金的组元和基本相
纯铁 • 纯铁的同素异晶转变反应式:
δ- Fe
bcc
1394 °C
912 °C
γ- Fe
α- Fe
fcc
bcc
通常，把 δ - Fe ←→ γ - Fe 的转变称为 A4转变，转变的平衡临界点称为A4点。
γ- Fe ←→ α - Fe 的转变称为A3转变， 转变的平衡临界点称为A3点。
6.69
渗碳体一旦形成，在较低温度下，它的分解速率是很慢的，因此，在大多数情况 下，我们只考虑铁碳亚稳定系相图，即Fe-Fe3C相图。但应注意，渗碳体分解的 快慢与钢中是否含有其它元素有密切的关系。
4 铁碳相图
A L+ δ
δH B
N
温
J γ+ δ
度
γ
G 奥氏体
α+γ S αP
铁素体
Q Fe
L
L+γ
碳量％
0 0.53 4.30 6.69 2.14 2.11 0 0.09 0.16 0.17 6.69 0 0 0.022 0.0218 0.76 0.77 0.0057
上节回顾
2. 掌握几种典型的组织（组成、形貌特点、性能特点）
1.铁素体 碳溶于α-Fe中的间隙固溶体，bcc晶格，常用α或F表示。
＜0.09%的合金，按匀晶转变为δ相之
后，继续冷却时发生固溶体的同素异晶转
变为单相γ。 含碳量在0.53~2.11%之间的合金，按
匀晶转变凝固后，组织也是单相γ。
4 铁碳相图 4.2 Fe-Fe3C相图分析
共晶转变（水平线ECF）
共晶转变是在1147℃的恒温下，由4.3%C的液相转变为2.14%C的γ和
铁碳合金相图及其合金资料
Q
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
◆铸造 ◆锻轧 ◆焊接 ◆热处理工艺
Thursday, November 12, 2020
Q
常见杂质对碳钢性能的影响
1．锰 ——有益；0.25--0.80% a. 脱氧剂： 降低FeO→↓脆性， b. 脱硫剂： Mn+S→MnS(降低S的有害作用) ↑热加工性能 c.固溶强化，使性能更优。
Q
亚共析钢结晶过程示意图
Thursday, November 12, 2020
Q
亚共析钢的室温组织
铁素体
珠光体
Thursday, November 12, 2020
Q
过共析钢结晶过程示意图
Thursday, November 12, 2020
Q
过共析钢室温平衡组织
网状渗碳体
Thursday, November 12, 2020
● 普通碳素结构钢 按屈服强度分成5种 Q195,Q215,Q235,Q255,Q275
●优质碳素结构钢 ●碳素工具钢
T12
Thursday, November 12, 2020
Q
铸铁
Thursday, November 12, 2020
Q
Thursday, November 12, 2020
灰铸铁 HT 可锻铸铁 KT 球墨铸铁 QT 蠕墨铸铁 RuT
按用途分 碳素结构钢 碳素工具钢
Thursday, November 12, 2020
Q
4）按冶炼时脱氧程度的不同分类 沸腾钢：不脱氧的钢； 镇静钢：完全脱氧钢； 半镇静钢：半脱氧钢。 5）按金相组织分 亚共析钢、共析钢、过共析钢。
铁碳合金平衡组织观察与分析教材演示课件(31张)
+ 莱氏体 莱氏体
过晶白口铸铁
4.30-6.69
莱氏体 + 二次渗碳体
工业纯铁的显微组织
20钢的显微组织
45钢的显微组织
45钢的显微组织
65钢的显微组织
T8钢的显微组织
T8钢的显微组织
T12钢的显微组织
T12钢的显微组织
亚共晶白口铁的显微组织
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铁素体灰铸铁的显微组织
珠光体灰铸铁的显微组织
铁素体球墨铸铁的显微组织
铁素体+珠光体球墨铸铁的显微组织
珠光体球墨铸铁的显微组织
下贝氏体球墨铸铁的显微组织
珠光体可锻铸铁的实验报告
1.实验目的。 2.实验所用仪器设备、试样。 3.按下列要求画出灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁（至少3种）的 显微组织，并注明各组织的名称。
实验三：铁碳合金平衡组织观察与分析
一、实验目的 1．进一步熟悉Fe—Fe3C相图，了解不同成分的 铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 2．分析碳钢的含碳量与其平衡组织间的关系。 3．加深对平衡状态下铁碳合金的成分、组织、性 能间关系的理解。
二、实验原理
利用金相显微镜观察和研究金属内部的组织和 缺陷的方法称为显微分析。
3）更换物镜或调焦时，不许有任何剧烈动作， 以防损坏物镜。
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。
钢铁材料常见金相组织相图
钢铁材料常见金相组织简介在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。
这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。
常见的金相组织有下列八种：一、铁素体铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。
这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。
随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。
铁素体还是珠光体组织的基体。
在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。
碳的质量分数为0.09%。
图1：铁素体二、奥氏体碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。
奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。
TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。
碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。
三、渗碳体渗碳体（cementite），指铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。
金属材料与热处理-铁碳合金相图
一、建立二元合金相图
2.二元合金相图的建立方法 为了建立相图，首先要测定合金系中一系列成分不同的相变温度，即临界点。 然后，根据临界点的数据，画出各种线条，形成该合金系的相图。测定二元合金相 图的具体步骤如下: （1）临界点的测定方法 临界点是表示物质结构状态发生本质变化临界相变 点。利用合金在相结构变化时，引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来 测定。临界点的测定方法主要有: ①动态法:热分析法、硬度法、膨胀法、电阻法、磁性法; ②静态法:金相法、X-ray衍射分析法。 其中热分析法是最常采用的方法。通常以热分析法为主，其他方法配合使用。 尤其对固态下转变热效应很小的合金，常采用后几种方法测定固态下相变临界点。
一、建立二元合金相图
图中的合金Ⅰ，其成分为Sb 11%+Pb 89%。在 C点以上，合金处于液体状态， 当缓慢冷却到 C点时，发生共晶转变，在恒温下从液相中同时结晶出Sb和Pb的混合 物（共晶体）。继续冷却，共晶体不再发生变化。这一合是成分在 C点以左（Sb<11%）的合金称为亚共晶合金，如图中的合金Ⅱ，合 金成分点在 C点以右（Sb>11%）的合金称为过共晶合金，如图中的合金Ⅲ。亚共晶 和过共晶合金的结晶过程不同的是:从液相线到共晶转变温度之间，亚共晶合金要 先结晶出Pb晶体，过共晶合金要先结晶出Sb晶体，因而它们的室温组织分别为Pb+ （Sb+Pb）和Sb+（Sb+Pb）。
目录
CONTENT
CONTENT
01 二元合金相图 02 铁碳合金的基本组织 03 绘制 Fe-Fe3C 相图 04 钢的结晶过程 05 铁的结晶过程 06 Fe-Fe3C 相图的应用
任务一
二元合金相图
合金比纯金属结晶过程复杂，随着合金中元 素种类的变化，其组织和性能随之变 化，这种 变化规律可以借助于相图认识。合金相图是生 产中分析研制合金材料的理论 基础，也是制定 合金熔炼、铸造、焊接、锻造及热处理工艺的 重要依据。
铁碳合金的相图的最全详细讲解
A金属
B金属
熔点
高
低
合金1
100%
0%
合金2
90%
10%
合金3
80%
20%
……..
……..
…….
合金9
20%
80%
合金10
10%
90%
合金11
0%
100%
相图的建立
热 分 析 法
B 温度
A
时间
温度
A
温度
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温度
ab : 液相线
01
A
温度
02
L + S
L
03
S
ab : 固相线
Fe - Fe3C 相图的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
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。
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
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
奥氏体
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%
奥氏体组织金相图
Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应对铸铁有重要意义。 由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。
铁碳相图
工业纯铁
碳素钢
白口铸铁
5.2 铁碳合金相图分析
过共析钢 共析钢 亚共析钢
亚共晶白口铁 过共晶白口铁 共晶白口铁
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
亚共析钢用途实例
45＃钢 碳含量0.45％
60＃钢 碳含量0.60％
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
共析钢的应用举例
T8钢 碳含量 0.80％
（一）特性：
1. 纯铁具有同素异晶转变：在固 态不同温度发生晶格类型的转变。
即 α-Fe
912℃
γ-Fe
(BCC)
(FCC)
1394℃
δ-Fe
(BCC)
5.1纯铁及其铁碳合金相
二、铁碳合金相
➢ 组 元： 纯铁、渗碳体 ➢ 基 本 相： 铁素体（α ）
奥氏体（γ ） 渗碳体（Cm） ➢ 基本组织： 珠光体（P） 莱氏体（Le/Le’）
过共晶白口铁
二、典型合金的平衡凝固过程
（一）工业纯铁
1
．当T在
L→δ
T1
～T2时
，由
2．分在不T2变～T3时，δ的成
3.在T3～T4时，由δ→A 4. T4～T5,A成分不变
5. T5～T6, 由A→F 室温组织为：F+Fe3CⅢ
5.2 铁碳合金相图分析
典型铁碳合金在Fe-Fe3C相图中的位置
F:白色等轴晶粒；Fe3C：呈小白片状分布于F晶界
物相形貌：渗碳体根据形成条件不同
5.2 铁碳合金相图分析
1538℃ L＋d
dA H
B 1495℃
NJ
1394℃ d＋g
912℃ G
g a＋g
铁碳相图
铁碳合金相图钢铁应该是机械行业使用最广泛的合金,先来看看纯铁，纯铁中铁的质量百分比在99.8-99. 9，在1538℃结晶为δ-fe，晶格为体心立方（还记得体心立方的晶格是啥样吧），在1394℃是晶体结构发生转变，变为γ-fe，晶格为面心立方，在912℃时再次发生转变，变为α-fe，晶格为体心立方，这是铁的三种同素异晶状态。
这种固态下的同素异晶转变称之为重结晶，它与钢的合金化与热处理有密切关系。
那么铁碳合金又是怎么回事呢？碳可以溶于γ-fe和α-fe中，以间歇原子的形势存在。
在1394℃时，碳溶于γ-fe，称为奥氏体，这时碳一般存在于面心立方的8面体空隙中，在912℃时，碳溶于α-fe，称为铁素体，碳存在于体心立方的8面体空隙中。
其实碳也能溶于δ-fe，0.09%，太少了。
说了这么多，纯铁的塑性和韧性很好，但是强度太低了，所以工业上一般都是用的铁碳合金。
碳可以溶于铁中，但是溶量有限，于是剩下的碳以两种形式存在，一种形式是与铁的间歇化合物fe3c，称为渗碳体，一种是石墨。
ok，我们来看看fe-fe3c合金相图（本来已开始想写一篇相图的blog，但是感觉没有什么好写的）。
由图我们可以看到碳的含量最高可以到6.69%，处于ABCD连线以上的部分为液相区，AHJEC F连线以下为固相区，HJB线这一段发生了包晶转变，包晶转变是指在结晶过程中，已成为固相的部分被液相部分包围从而转变成另一种固相部分，液相的B和δ相的H转变为γ相的J,我们可以看到，这条线非常的短，说明发生转变的区域碳的含量范围很窄为0.09%-0.53%。
ECF线发生了共晶转变，共晶转变是指某液相在结晶时同时转变为两种固相，液相C转变为γ相E和fe3c,γ-fe和fe3c的机械混合物称为莱氏体，这条线就比较长了，说明发生转变的碳的范围比较宽，为2.11%-6.69%。
PSK线发成的是共析转变，共析转变是指由一种固相转变为两种固相的变化，γ-fe转变为α-fe和fe3c，α-fe和fe3c的机械混合物称为珠光体，可以看到发生这个转变的碳的含量范围是相当的宽了，超过0.0218%的碳含量的合金都要发生这个转变。
最全的铁碳相图
最全的铁碳相图首先，想要了解铁碳合金、铁碳相图，则需要一些准备知识，比如合金、相、组元成分的概念等，基本如下：合金：一种金属元素与另外一种或几种元素，通过熔化或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。
相：合金中同一化学成分、同一聚集状态，并以界面相互分开的各个均匀组成部分。
固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。
金属化合物：合金的组元间以一定比例发生相互作用儿生成的一种新相，通常能以化学式表示其组成。
铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。
铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。
不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。
由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。
在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。
1.铁素体铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”(或α)表示，体心立方晶格；虽然BCC的间隙总体积较大，但单个间隙体积较小，所以它的溶碳量很小，最多只有%(727℃时)，室温时几乎为0，因此铁素体的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁性。
δ=30%~50%，A KU=128~160J，σb=180~280MPa，50~80HBS.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,在亚共析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围。
2.奥氏体奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”(或γ)表示，面心立方晶格；虽然FCC的间隙总体积较小，但单个间隙体积较大，所以它的溶碳量较大，最多有%(1148℃时)，727℃时为%。