第三章 铁碳合金状态图解读
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铁碳合金相图
二 相图中点的含义
1A点 纯铁的熔点;温度 1538℃,Wc=0
2G点 纯铁的同素异晶转变点; 冷却到912℃时,发生 γF→α-Fe
3Q点 600℃时,碳在αFe中的 溶度,Wc=0 0057%
二 相图中点的含义
4D点 渗碳体熔点,温度 1227℃,Wc=6 69%
5C点 共晶点;温度1148℃，Wc=4 3% 成分为C的液相，冷却到此 温度时，发生共晶反应 Lc→A+Fe3C
一 铁碳合金的分类：
按含碳量的不同;铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛 钢和 白口铸铁; 其中，把 含碳量小雨0 0218% 的铁碳合金称为纯铁； 把含碳量大于 0.0218%而小于2.11% 的铁碳合金称为钢； 把含碳量大于2.11% 的铁碳合金称为铸铁。
纯铁 钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁组织为单相铁素体 (<0 0218% C)
一次渗碳体+ 低温莱氏体
性能特 强度 硬 C↑,强度 硬度逐 强度较高,硬度 硬度较高,塑性差,
点平衡 度低、 渐提高,有较好的 适中,具有一定 随着网状二次渗碳
状态 塑性好 塑性和韧性
的塑性和韧性 体增加,强度降低
硬度高;脆性大，几乎没有塑性
1 亚共析钢的组织的变化顺序：
亚共析钢的室温组 织由珠光体和铁素体 组成合金的组织按下 列顺序变化：
课堂练习：
1 共析钢冷却到S点时;会发生共析转变，从奥氏体中
同时析出
铁和素（体
）渗的碳混体 合物，称为（
） ; 珠光体
2、过共晶白口铸铁的室温组织是（一次渗碳体 ）加（ ）。低温莱氏体
3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4 3 ）%
一 填空题
1、常见的金属晶体类型有 晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种; 2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成 。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同;固溶体分为（ ）和 （ ）两种。 4、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（ ）和（ ）,属 于金属化合物的有（ ），属于混合物的有（ ）和莱氏体。 5、原子呈无序堆积状态的物体叫（ ）；原子呈有序、有规则排 列的物体叫（ ）。一般固态金属都属于（ ）。 6、常温下金属的塑性变形方式主要有（ ）和（ ）两种。 7、变形一般分为（ ）变形和（ ）变形两种，不能随载荷的去除 而消失的变形称为（ ）变形。 8、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（ ）及（ ）。
铁碳合金状态图
图3-1 渗碳体的晶体结构第三章 铁碳合金状态图钢和铸铁是机械工业上广泛应用的金属材料，它主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。
铁碳合金状态图就是研究铁碳合金的成分、温度和组织之间变化关系的图解。
第一节 铁碳合金的基本组织铁碳合金在液态时，铁和碳可以无限互溶，在固态时碳能溶解于铁的晶格中，形成间隙固溶体。
当含量超过铁的溶解度时，多余的碳与铁形成化合物(Fe 3C)。
此外，还可以形成由固溶体与化合物组成机械混合物。
铁碳合金的基本组织有以下五种。
一、铁素体(F)铁素体是指碳溶于a-Fe 中而形成的间隙固溶体。
碳在a-Fe 中溶解度极小，在727℃时最大溶解度为0．0218％，而在室温时只有0．008％。
因此，铁素体强度、硬度较低(σb =l80～280MPa 。
50～80HBS)，塑性，韧性较好(δ=30％～500%、αkU =160—200J ／cm 2)。
铁索体组织适于压力加工。
二、奥氏体(A)奥氏体是指碳溶于γ-Fe 碳在γ—Fe 中而形成的间隙固溶体。
溶解度较大，在1148℃时最大溶碳量为2.11％，在727℃时最大溶碳量为0．77％。
因此，固溶强化效应较高，其强度、硬度较高(σb =400 MPa ，160—200HBS)．而塑性、韧性也较好(δ=40％～50％)。
奥氏体组织也适用于压力加工。
三、渗碳体(Fe 3C)渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，化学式近似于Fe 3C(碳化三铁)。
Fe 3C 的含碳量为6.69%，如图3—1所示。
它无同素异构转变，熔点约为1227℃。
其硬度极高(800HBW)，塑性和韧性极低(δ≈0、αku ≈0)，即硬而脆。
渗碳体不能单独使用，只能作为强化相存在于铁碳合金中。
它的数量、形态(片状、粒状、网状等)、大小和分布对合金的性能产生不同的影响。
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所形成的，其立体形状为铁索体薄层和碳化物(包括渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物。
铁碳合金相图43820
体Fe3CⅡ。
8
二、相图中的特性线
5）GS线 奥氏体冷却时开始向铁素 体转变的温度线，通常称 为A3线。
6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。 奥氏体冷却到共析线温度 （727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体（P），
wC＞0.0218%的铁碳合金
均会发生共析转变。 9
共晶和共析的概念：
共晶：指一定成分的液
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨0.0218% 的铁碳合金称为纯铁； 把含碳量大于 0.0218%而小于2.11% 的铁碳合金称为钢； 把含碳量大于2.11% 的铁碳合金称为铸铁。
17
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C)
4.3%C)
部分莱氏体组织)
③ 过共晶白口铸铁 (4.3 ～ 6.69%C)
18
铁碳合金的室温组织及分类：
合金类别 纯铁 亚共析钢
钢 共析钢
含碳量 <0.0218
(%)
0.0218~0.77
室温组织 F
F+P
0.0218~2.11 0.77 P
过共析钢
0.77~2.11 P+Fe3CⅡ
亚共晶铸铁
白口铸铁 共晶铸铁
20
2.共析钢的组织的变化顺序： 共析钢在室温时的组 织是珠光体，合金的 组织按下列顺序ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化：
• 目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的 铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大 于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。
3
二、相图中点的含义
1）A点 纯铁的熔点，温度 1538℃,Wc=0
机械制造基础-第3章-铁碳合金状态图
16
3.2 铁碳合金状态图分析
4、铁碳合金的分类
17
3.2 铁碳合金状态图分析
5、典型铁碳合金的结晶过程分析 1）共析钢的结晶过程 1点温度以上，合金处于液态； 缓冷到1点温度时，开始从液相结晶出奥氏体，温度继 续下降，奥氏体量逐渐增加； 直至2点温度结晶终止，液相全部结晶为奥氏体； 2点至3点间为单一奥氏体的冷却； 当温度降到S点时，奥氏体在恒温下发生共析转变， 转变为珠光体； S点以下，珠光体冷却至室温。
28
共晶白口铁显ห้องสมุดไป่ตู้组织
29
5） 亚共晶白口铁的结晶过程
亚共晶白口铁缓慢冷却的相变过程可以简单
地示意为： L→ L十A→ A十Ld +Fe3CⅡ → P十Ld` +Fe3CⅡ 。 亚共晶白口铁室温时显微组织的相组成物是 F和Fe3C ，组织组成物是P 、Ld`和Fe3CⅡ 。
30
5） 亚共晶白口铁的结晶过程
24
3）过共析钢的结晶过程
25
过共析钢显微组织
26
4）共晶白口铁的结晶过程 共晶白口铁缓慢冷却的相变过程可以简单 地示意为： L→Ld(A十Fe3C) → Ld` (P十 Fe3C) 。 共晶白口铁室温时显微组织的相组成物是F 和Fe3C ，组织组成物是Ld` 。
27
4）共晶白口铁的结晶过程
2）含碳量与力学性能间的关系 强度：当Wc<0.9％时，随 着Wc增加，不断提高；当 Wc>0.9％时，由于渗碳体 在晶界呈网状分布，使钢 的强度下降。 硬度：随Wc的增加而提高。 塑性：随Wc的增加而迅速降低。 冲击韧性：随Wc的增加而迅 速降低。
39
课堂作业1 同样形状和大小的两块铁碳合金，一块是 低碳钢，一块是白口铁，用什么简便方法 可将它们迅速区别开来？
3.2 铁碳合金状态图分析
4、铁碳合金的分类
17
3.2 铁碳合金状态图分析
5、典型铁碳合金的结晶过程分析 1）共析钢的结晶过程 1点温度以上，合金处于液态； 缓冷到1点温度时，开始从液相结晶出奥氏体，温度继 续下降，奥氏体量逐渐增加； 直至2点温度结晶终止，液相全部结晶为奥氏体； 2点至3点间为单一奥氏体的冷却； 当温度降到S点时，奥氏体在恒温下发生共析转变， 转变为珠光体； S点以下，珠光体冷却至室温。
28
共晶白口铁显ห้องสมุดไป่ตู้组织
29
5） 亚共晶白口铁的结晶过程
亚共晶白口铁缓慢冷却的相变过程可以简单
地示意为： L→ L十A→ A十Ld +Fe3CⅡ → P十Ld` +Fe3CⅡ 。 亚共晶白口铁室温时显微组织的相组成物是 F和Fe3C ，组织组成物是P 、Ld`和Fe3CⅡ 。
30
5） 亚共晶白口铁的结晶过程
24
3）过共析钢的结晶过程
25
过共析钢显微组织
26
4）共晶白口铁的结晶过程 共晶白口铁缓慢冷却的相变过程可以简单 地示意为： L→Ld(A十Fe3C) → Ld` (P十 Fe3C) 。 共晶白口铁室温时显微组织的相组成物是F 和Fe3C ，组织组成物是Ld` 。
27
4）共晶白口铁的结晶过程
2）含碳量与力学性能间的关系 强度：当Wc<0.9％时，随 着Wc增加，不断提高；当 Wc>0.9％时，由于渗碳体 在晶界呈网状分布，使钢 的强度下降。 硬度：随Wc的增加而提高。 塑性：随Wc的增加而迅速降低。 冲击韧性：随Wc的增加而迅 速降低。
39
课堂作业1 同样形状和大小的两块铁碳合金，一块是 低碳钢，一块是白口铁，用什么简便方法 可将它们迅速区别开来？
第三章铁碳合金相图详解版
第 二 节 铁碳合金状态图
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
一、Fe - Fe3C 相图的建立
4. 铁碳合金分类
（1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
（2） 碳钢 共析钢 0.77% C 过共析钢 >0.77% C 亚共晶白口铸铁<4.3% C
（3） 白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3% C 过共晶白口铸铁 >4.3% C
三、典型铁碳合金的结晶过程
1 1)共析钢的结晶过程
1 3)过共析钢的结晶过程
T12钢组织
室温组织：P+Fe3CⅡ
1
补充：工业纯铁的结晶过程
4）共晶白口铁结晶过程
室温组织为： Ld‘ （ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
5）亚共晶白口铁的结晶过程 室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
1
6）过共晶白口铁的结
晶过程
室温组织为：Fe3CⅠ +Ld‘ Ld‘（ P+ Fe3C共晶+ Fe3CⅡ ）
1
第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
一 、含碳量对碳钢室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
钢铁 分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁 亚共析钢 过共析钢
白口 铸 铁
共晶白口铸铁
铁碳合金状态图(精)
过共析钢： （0.77%＜C＜2.11%）
② ③ ① 合金III： P Fe3C A Fe3C 室温 ④
LL AΒιβλιοθήκη A共晶白口铸铁： （C=4.3%） L L 'd Ld ② 合金IV： ① 室温
铁碳合金状态图
铸钢件生产技术课程
铁碳合金状态图
用来表示在平衡状态下，不同含碳量的铁碳合金 在不同温度下所处的状态，晶体结构和显微组织 特征的图称为铁碳合金状态图（又叫铁碳平衡
图）。 利用合金状态图可以全面了解不同成分的铁碳合 金在不同温度下处于什么状态，组织结构等，它 是制定熔铸、锻造、热处理工艺的重要依据，也 是分析合金组织研究相变规律的工具。
2. 铁碳合金分类
钢 含C量0.0218～
2.11% 共析钢 含C量0.77% S点 P 亚共析钢0.0218≤0.77% S点以左 F+P 过共析钢0.77≥2.11% S点以右 Fe3c+P 3.2.2.2 白口铸铁 2.116.69% 共晶白口铸铁 4.3% 亚共晶白口铸铁 2.114.3% 过共晶白口铸铁 4.36.69%
3.铁碳合金相图的用途
1. 作为选用钢材料的依据：
如制造要求塑性、韧性好，而强度不太高
的构件，则应选用含碳量较低的钢；要求 强度、塑性和韧性等综合性较好的构件， 则选用含碳量适中的钢，各种工具要求硬 度高及耐性好，则应选用含碳量较高的钢。
2.定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据
在铸造方面：
3. 典型铁碳合金的结晶过程
共析钢：（C=0.77%） L P L A A ③ 合金I： ① ② 室温 亚共析钢：（0.0218%＜C＜0.77%） A F L A A L ④ ② ③ 合金II： ① F P 室温
铁碳合金状态图综述
2.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。 莱氏体、Fe3C硬而脆没有使用价值。 含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧 性越低。
过共析钢： （0.77%＜C＜2.11%）
② ③ ① 合金III： P Fe3C A Fe3C 室温 ④
L
L A
A
共晶白口铸铁： （C=4.3%） L L 'd Ld ② 合金IV： ① 室温
铁碳合金状态图
铸钢件生产技术课程
铁碳合金状态图
用来表示在平衡状态下，不同含碳量的铁碳合金 在不同温度下所处的状态，晶体结构和显微组织 特征的图称为铁碳合金状态图（又叫铁碳平衡
图）。 利用合金状态图可以全面了解不同成分的铁碳合 金在不同温度下处于什么状态，组织结构等，它 是制定熔铸、锻造、热处理工艺的重要依据，也 是分析合金组织研究相变规律的工具。
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： 选择合适的退火、正火、淬火等工艺参数
3.分析合金组织研究相变规律的工具
碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响
1.含碳量对平衡组织的影响
室温下，铁碳合金均由a+ Fe3C两相组成。 随含碳量不同，可分为七个典型组织区。
铁碳合金相图60218
铁碳合金 (按成分可
⑵钢(高温组织为单相 A，易于
变形)
分为三类)
① 亚共析钢 (0.0218 ～ 0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢 (0.77 ～ 2.11%C)
(3)白口铸铁(在液态下结晶时，全部
或部分液相会发生共晶变，获得全部或
① 亚共晶白口铸铁 (2.11 ～ 4.3%C) ② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨 0.0218%的铁碳合 金称为纯铁；把含碳 量大于0.0218%而 小于2.11%的铁碳合 金称为钢；把含碳量 大于2.11%的铁碳合 金称为铸铁。 17
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C)
围内，温度不宜太高，以免钢材严重氧
化或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终
锻（或终轧）温度，一般亚共析钢控制
在稍高于GS线，过共析钢控制在稍高
于PSK线。温度不能太低，以免钢材因
塑性变差，导致产生裂纹。
30
4、在热处理方面的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
2、过共晶白口铸铁的室温组织是（一次渗碳）体加 （ 低温莱）氏体。
3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4.3）%
33
一、 填空题
1、常见的金属晶体类型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种。
2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成。
03 铁碳合金相图
二、铁碳合金的基本相
1.铁素体 ( F或α )
碳溶于α–Fe中的间隙 固溶体，呈体心立方晶格 ， 它的晶格间隙小，因而溶解 碳的能力较低。在727℃时 溶碳量最大，可达0.0218％。 随着温度的降低，它的溶碳 能力继续降低，在室温约为 0.0008％。 铁素体的组织为多边形 晶粒，性能与纯铁相似,即 铁素体的强度、硬度不高， 但塑性、韧性良好。
S ⇄FP+ Fe3C
• ⑶ 其它相线
3、铁碳合金状态图中的相区
（1）五个单相区 ABCD线以上的液相区（L）；AHNA线围着的δ固溶体相 区（δ）；NJESGN线围着的奥氏体相区（A）；GPQG 线围着的铁素体相区（F）；DFKL线垂线代表的渗碳体 相区（Fe3C）。 （2）七个双相区 ABＨA线围着的L+δ相区；JBCEJ线围着的L+A相区； DCFD线围着的L+Fe3CⅠ相区；HJNH线围着的δ+A相区； EFKSE线围着的A+Fe3C相区；GSPG线围着的A+F相区； QPSKLQ线围着的F+Fe3C相区。 （3）三个三相共存区 HJB线为L 、δ、A三相区；ECF线为L、A、Fe3C三相区； PSK线为A、F、Fe3C三相区。
Fe
Fe3C
Fe2C
FeC
C%(at%) →
C
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.
2.5.2 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本相的结构与性能
一、组元
* 铁 (Fe)
机械性能特点是强度、硬度低，塑性 好 * 渗碳体 (Fe3C ) 机械性能特点硬而脆
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图的局限性
适用范围有限
铁碳合金状态图主要适用于铁碳合金，对于 其他合金体系如镍基、钛基等不适用。
无法预测微观组织结构
铁碳合金状态图只能提供宏观的相变信息和转变温 度，无法预测合金的微观组织结构，如晶粒尺寸、 相分布等。
无法考虑其他影响因素
铁碳合金状态图主要考虑温度和成分的影响 ，无法考虑其他如变形、应力等因素对合金 性能的影响。
特性线
共晶线
表示发生共晶反应的温度和成分界限， 即铁碳合金中同时发生共晶反应的区域 。
VS
共析线
表示发生共析反应的温度和成分界限，即 铁碳合金中同时发生共析反应的区域。
特性点
共晶点
表示共晶反应开始发生的温度和成分 点，即铁碳合金中发生共晶反应的温 度和成分点。
共析点
表示共析反应开始发生的温度和成分 点，即铁碳合金中发生共析反应的温 度和成分点。
在铸造和锻造中的应用
铸造温度选择
根据铁碳合金状态图，选择合适的浇注温度和冷 却速度，以获得理想的铸件组织和性能。
锻造工艺优化
通过铁碳合金状态图分析不同温度和应变速率下 材料的可加工性，优化锻造工艺参数。
质量控制
利用铁碳合金状态图对铸造和锻造过程中的材料 进行质量检测和控制，确保产品质量符合要求。
在热处理中的应用
铁碳合金状态图的重要性
指导材料加工与制备
铁碳合金状态图为材料加工和制备提 供了理论依据，有助于确定合适的热 处理工艺、合金成分和相变温度，从 而获得所需性能的材料。
预测材料性能
促进新材料研发
铁碳合金状态图为新材料研发提供了 理论基础，有助于发现新型铁碳合金 材料，推动相关领域的技术进步。
通过铁碳合金状态图，可以预测不同 温度和碳含量下材料的组织结构和机 械性能，有助于优化材料性能和应用。
03 铁碳合金状态图
1、铁碳合金状态图中的各特性点的意义 2、铁碳合金状态图中各特性线的意义 3、铁碳合金状态图中的相区
1、特性点：由字母标出的具有特定意义的点
2、特性线
ACD——液相线； AECF——固相线 其中：ACE区——L＋A； CDF区——A＋Fe3CI C点：共晶点 共晶反应：LC←－→Ld（AE+Fe3C） ECF——共晶线；wC=（2.11～6.69）%的铁碳合金，缓冷至 1148°C（ECF共晶线）都发生共晶转变。 共晶：在一定条件下（温度、成分），由液体合金中同时结晶出 两种不同晶体的转变。 GS——A冷却析出F开始线, 通常称为 A3线。 ES——C在A中溶解度曲线/ 冷却时A析出Fe3C开始线, 又称 Acm线。 PSK——共析线，又称A1线。wC>0.021 8% 的铁碳合金，缓冷至 727°C（PSK共析线）都发生共析转变。 S点：共析点 共析反应：AS←－→P（FP+ Fe3C） PQ——C在F中的溶解度曲线。
2）钢（ωc=0.0218%~2.11%）
3）白口铸铁（ωc=2.11%~6.99%）
四、典型的铁碳合金平衡结晶过程及组织
1) 共析钢的结晶过程分析
2结晶过程
4) 共晶白口铸铁的结晶过程
5) 亚共晶白口铸铁的结晶过程
6) 过共晶白口铸铁的结晶过程
1）图中的点、线和区域
三个基本相：L是Pb与Sn两组元形成的均匀的液相， α是Sn溶于Pb的固溶体，β是Pb溶于Sn的固溶体 三个单相区和三个两相区：即L+α、L+β、α+β相区。 在三个两相区之间有一根水平线MEN，是L+α+β三相 并存区 。
1、特性点：由字母标出的具有特定意义的点
2、特性线
ACD——液相线； AECF——固相线 其中：ACE区——L＋A； CDF区——A＋Fe3CI C点：共晶点 共晶反应：LC←－→Ld（AE+Fe3C） ECF——共晶线；wC=（2.11～6.69）%的铁碳合金，缓冷至 1148°C（ECF共晶线）都发生共晶转变。 共晶：在一定条件下（温度、成分），由液体合金中同时结晶出 两种不同晶体的转变。 GS——A冷却析出F开始线, 通常称为 A3线。 ES——C在A中溶解度曲线/ 冷却时A析出Fe3C开始线, 又称 Acm线。 PSK——共析线，又称A1线。wC>0.021 8% 的铁碳合金，缓冷至 727°C（PSK共析线）都发生共析转变。 S点：共析点 共析反应：AS←－→P（FP+ Fe3C） PQ——C在F中的溶解度曲线。
2）钢（ωc=0.0218%~2.11%）
3）白口铸铁（ωc=2.11%~6.99%）
四、典型的铁碳合金平衡结晶过程及组织
1) 共析钢的结晶过程分析
2结晶过程
4) 共晶白口铸铁的结晶过程
5) 亚共晶白口铸铁的结晶过程
6) 过共晶白口铸铁的结晶过程
1）图中的点、线和区域
三个基本相：L是Pb与Sn两组元形成的均匀的液相， α是Sn溶于Pb的固溶体，β是Pb溶于Sn的固溶体 三个单相区和三个两相区：即L+α、L+β、α+β相区。 在三个两相区之间有一根水平线MEN，是L+α+β三相 并存区 。
第3章 铁碳合金相图
珠光体（P）
Pearlite
HBS＝170～230 （纯铁HBS＝50～80）
工程材料及热加工
莱氏体 奥氏体（珠光体）与渗碳体的机械混合物
含碳量:4.3% 共晶反应式:
L 4 .3 % C (A+Fe3C)
1148 C
性能：硬度高，塑性、韧性差
莱氏体(L)
Ledeburite
工程材料及热加工
珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。
工程材料及热加工
合金液体在 1-2点间转变 为。到S点 发生共析转 变：
S⇄P+Fe3C, 全部转变
为珠光体。
工程材料及热加工
4)过共析钢结晶动态示意图 液相
奥氏体
析 出
奥氏体+二次渗碳体
共析 转变
珠光体+二次渗碳体
从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体, 用Fe3CⅡ表示
组成物标注区别 主要在+ Fe3C和
+Fe3C两个相区. + Fe3C相区中有
四个组织组成物
区， +Fe3C 相区
+ Fe3C
+ Fe3C
中有七个组织组
成物区。
工程材料及热加工
A
H
L+
温N A+ 度
A
J
B
L
D
L+A
E S
P A+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
C A+ Fe3C
工程材料及热加工
第三章 铁碳合金相图
第一节 铁碳合金的组元及基本相 第二节 Fe-Fe3C相图 第三节 含碳量对碳钢组织与性能的影响
铁碳合金的基本组织
铁碳合金的基本组织
第三章 铁碳合金
第二节 铁碳相图分析
引言： 关于铁碳合金状态图
一概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下 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。 二作用：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。
七二七℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 九一二℃
E点：C在γFe中最大溶解度 一一四八℃
P点：C在αFe中最大溶解度 七二七 ℃
Q点：室温时C在αFe中最大溶解度
第三章 铁碳合金
四特性线
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。
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。
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A三线。
ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量二.一一 % 六.六九%的铁碳合金至此发
声共晶反应，结晶出A与Fe三C混合物莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0二一八 % 六.六九%的铁碳合金至
此反声共析反应，产声珠光体P ，又称A一线。
第三章 铁碳合金
第三章 铁碳合金
一铁碳相图量。
二几个概念
纯铁 共析钢
钢 亚共析钢
铸铁 过共析钢
共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
第三章 铁碳合金
三特性点
A点：纯铁的熔点
一五三八℃
C点：共晶点
一一四八℃
D点：渗碳体的熔点
一二二七℃
S点：共析点
第三章 铁碳合金
第二节 铁碳相图分析
引言： 关于铁碳合金状态图
一概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下 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。 二作用：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。
七二七℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 九一二℃
E点：C在γFe中最大溶解度 一一四八℃
P点：C在αFe中最大溶解度 七二七 ℃
Q点：室温时C在αFe中最大溶解度
第三章 铁碳合金
四特性线
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。
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。
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A三线。
ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量二.一一 % 六.六九%的铁碳合金至此发
声共晶反应，结晶出A与Fe三C混合物莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0二一八 % 六.六九%的铁碳合金至
此反声共析反应，产声珠光体P ，又称A一线。
第三章 铁碳合金
第三章 铁碳合金
一铁碳相图量。
二几个概念
纯铁 共析钢
钢 亚共析钢
铸铁 过共析钢
共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
第三章 铁碳合金
三特性点
A点：纯铁的熔点
一五三八℃
C点：共晶点
一一四八℃
D点：渗碳体的熔点
一二二七℃
S点：共析点
3-3 铁碳合金相图
铁 碳 合 金 状 态 图
5） ECF水平线（1148C）为共晶线： 与该线成分（2.11%~6.69%C）对应的合金在 该线温度下将发生共晶转变：L4.3 A2.11 + Fe3C。 转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为 莱氏体，用符号“Ld”表示。莱氏体的组织特点 为蜂窝状，以Fe3C为基，性能硬而脆。
3、过共析钢的结晶过程 过共析钢在3点以前与共析钢类似； 当缓冷到3点温度时，奥氏体的溶碳量随着温度的 下降而逐渐降低，并沿着奥氏体晶界析出二次渗 碳体；随着温度继续下降，二次渗碳体不断析出 ，而剩余奥氏体的碳含量沿ES线逐渐减少； 温度降到4点(727℃)时；剩余奥氏体恒温下发生 共析转变而形成珠光体； 共析转变结束后，合金组织为珠光体加二次渗碳 体，直至室温。 所有过共析钢的室温平衡组织都是珠光体+网状二 次滲碳体。 但随着含碳量的增加，组织中珠光体的数量减少 ，网状二次 滲碳体的数量增加，并变得更粗大。
L（4.3％C） Ld（A＋Fe3C）
铁 碳 合 金 状 态 图
2、主要特性线 2） ） ACD AECF 线 31 ） GS 线线 液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成 固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成 奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通 的线，铁碳合金在此线以上处于液相。 的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体 常称为 A3线。 AC线下结晶出奥氏体；CD线下结晶出渗碳体。 状态。
w
2、亚共析钢（以 c=0.45％为例） 过W c=0.45％的亚共析钢作合金线，与相图 分别交于1、2、3、4点温度。 亚共析钢在3点以前的结晶过程与共析钢类似； 当缓冷到3点时，从均匀的奥氏体中开始析出铁素 体； 温度继续下降，奥氏体量逐渐减少，铁素体 量逐渐增加，就会将多余的碳原子转移到尚未转 变的奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量沿 GS线逐渐增加。 当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体含碳 量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件， 转变为珠光体。原铁素体不变保留了在基体中。 4点以下不再发生组织变化。故亚共析钢的室 温组织为铁素体＋珠光体。
铁碳合金的相图的详细讲解 PPT
铁碳合金的相图的详细讲解
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时 最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
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
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% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
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 )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时 最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
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
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% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
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 )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
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Fe－Fe3C相图中特性点、线的含义及各区域 内的组织
1．主要特性点
主要特性点
2．主要特性线
主要特性线
• 铁碳合金的分类及室温组织 • 铁碳合金的分类
铁碳合金的成份、组织与性能的关系
随含碳量的不同，其组织顺序：
' F→F+P→P→P+ Fe3 C→P+ Fe3 C+ Ld
→L'd→L'd+ Fe3 CⅠ
含碳量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性
越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。
②含碳量对碳钢力学性能的影响
• • • • • • • •
强度：当Wc<0.9％时，随着Wc增加，不断提高； 当Wc>0.9％时，由于渗碳体在晶界呈网状分布， 使钢的强度下降。 硬度：随Wc的增加而提高。 塑性：随Wc的增加而迅速降低。 冲击韧性：变化情况与塑性相似。 为使碳钢有足够的强度、一定的塑性和韧性， 工业上应用的碳钢，Wc一般不超过1.3%～1.4%。
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）
1）、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
2）、奥氏体（A）
碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体，用符号A 表示。
低温莱氏体——室温 下的莱氏体，由珠光体和 渗碳体组成，用符号Ld表 示。
低温莱氏体的显微组织
第二节 铁碳合金状态图分析
• • • • • •
图中温度为纵坐标，碳的质量分数为横坐标， 其左端点是纯铁(Wc＝0)； 右端点是Fe3C(Wc=6.69%)。 横坐标上的任何一点,均代表了一种成分的铁碳合金 图中的任何一点， 表明了某一成分的铁碳合金在一定温度 下所具有的状态或组织。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
奥氏体的晶胞示意图
奥氏体的显微组织
3）、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
4）、珠光体（P）
珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。
光学显微镜观察组织
电子显微镜观察组织
5）、莱氏体（Ld）
莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示。
复习
第三章 铁碳合金状态图
黑色金属——以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）。
有色金属——其他金属及其合金。
合金的基本概念
合金——以一种金属为基础，加入其他金属或非金属， 经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种 或两种以上的元素所组成的金属材料。
组织——合金中不同相之间相互组合配置的状态。换 言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的 组织。