2.4-铁碳合金状态图
铁碳合金状态图课件
根据铁碳合金在不同温度下的状态，绘 制等温线。
根据铁碳合金在不同温度和成分下的状 态，在图上标记相应的区域，并注明相 应的名称。
04
铁碳合金状态图的应用
在铸造工业中的应用
铸造工艺设计
铁碳合金状态图是铸造工艺设计的重 要依据，通过分析合金的凝固温度范 围和液相线温度，可以确定合适的浇 注温度和时间。
确定比例尺
根据实际需要选择合适的比例 尺，以便在图纸上准确表示铁 碳合金的实际 状态，在图上绘制等温线。
绘制元素分布曲线
根据铁碳合金中各元素的分布 情况，在图上绘制相应的曲线。
绘制实例和演示
选择合适的比例尺，绘制坐标轴。
对绘制好的铁碳合金状态图进行演示和 讲解，以便更好地理解和掌握铁碳合金 的状态变化规律。
1 2 3
铁碳合金状态图的实验研究
当前，研究者通过实验手段深入探究铁碳合金的 相变规律和组织性能，为实际生产提供理论支持。
铁碳合金状态图的计算模拟研究
随着计算材料学的进步，研究者利用计算机模拟 手段预测和模拟铁碳合金的状态和性能，为新材 料的开发提供有力支持。
铁碳合金状态图的应用研究
在实际生产中，钢铁企业根据铁碳合金状态图选 择合适的材料和工艺，提高产品质量和降低成本。
适的锻造温度和变形量。
锻件质量控制
通过铁碳合金状态图，可以预测锻 件在不同温度和变形条件下的组织 和性能变化，从而控制锻件的质量。
锻造设备选择
根据铁碳合金状态图，可以确定不 同锻造条件下材料的变形行为和所 需设备吨位，从而选择合适的锻造 设备。
在焊接工业中的应用
焊接材料选择
铁碳合金状态图可以指导焊接材 料的选择，根据母材的成分和状
铁碳合金相图
钢锭及其冶炼
冶炼工艺的主要任务 冶炼工艺的主要方法
钢锭的结构
钢锭是由冒口、锭 身、 底部组成
钢锭的内部缺陷
激冷结晶区（细小等轴结晶区） 没问题 柱状结晶区 没多大问题 树枝状结晶区 多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷 自由结晶区（粗大等轴结晶区） 多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈 所谓疏松组织 淀淀结晶区 常产生夹渣类缺陷
实例
Elliptical head Upper shell (Ⅰ、 Ⅱ) Conical shell Intermediate shell (lower) (Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) Tube sheet Primary head (channel head)
实例
Upper head Core shell Lower head
锻造生产的特点及其在国民经济中的作用
特点 地位
大型锻件主要应用于以下方面
1、轧钢设备 2、锻压设备 3、矿山设备 4、火力发电设备 5、水力发电设备 6、核能发电设备 7、石油、化工设备 8、船舶制造工业 9、军工产品制造：
实例（核反应堆中主要锻件M140）
Closure head(monobloc) Vessel flange Inlet(outlet) nozzle Nozzle shell Core shell Transition ring Lower dome
3. Fe—Fe3C相图分析
如图为Fe—Fe3C相图 全貌。根据分析围绕三条 水平线可把Fe—Fe3C相图 分解为三个部分考虑：左 上角的包晶部分，右边的 共晶部分，左下角的共析 部分。 分析点、线、区特 别是重要的点、三条水平 恒温转变线 、重要的相
第二章 铁碳合金 第三节 铁碳合金状态图
6.67％
1538℃
A
铁碳合金状态图 2
D
Y
A+Y Y +Fe3CⅠ
C F 1148℃ 912℃ G
A
A3
F+A
P S
E
Fe3C
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+L’ L’ L’ +Fe3CⅠ
K
727℃
F
F+P
Q
C％ 0.218%
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’
L’’
L’’ +Fe3CⅠ
2013-7-25
1-3 铁碳合金状态图
7
铁碳合金状态图的作用
铁碳合金状态图主要是用来分析铁碳合金的成 分、温度、组织三者之间的关系。
当含碳量增加时，铁素体的比例减少，珠光体比例
增大，故而碳钢的机械强度和硬度增大，塑性和韧 性降低； 当含碳量超过0.9%时，碳钢中C的含量增多，硬度 增加，强度、塑性、韧性均下降； 当温度一定时，控制了碳钢的含碳量就控制了碳钢 的组织和性能；碳钢的机械性能又决定了碳钢的用 途。
过共析钢结晶过程
液态金属冷却至点1时开始生成A晶核； 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； 冷却至点3后，在GS至PSK间随温度下降不 断析出Fe3CⅡ，同时剩余A中的含碳量沿ES 线不断减少而得到珠光体P。
2013-7-25
1-3 铁碳合金状态图
22
共晶生铁结晶过程
冷却至点1时发生共晶反应生成莱氏体Ld； 点1至点2间的莱氏体称为高温莱氏体L d ； 冷却至点3后则称为低温莱氏体L d’。
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-PPT课件
碳素工具钢 (T8等)
合金结构钢
低合金结构钢 20Cr 渗碳钢 20Cr 调质钢 40Cr 弹簧钢 60Si2Mn 轴承钢 3Cr13
合金工具钢
刃具钢 9SiCr 模具钢 3Cr2W8V 量具钢 CrWMn
2/15/2020
特殊性能钢
不锈钢 1Cr18Ni9 耐热钢 15CrMo 耐磨钢 3Cr13 其它 ZGMn13
2/15/2020
相图中主要线的含义
➢ ACD线—液相线 是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。 ➢ AECF线—固相线 各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终
止线。 ➢ ECF水平线—共晶线 含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在
1148 ℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反 应称为共晶反应。 ➢ PSK水平线—共析线（A1线） 含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此 线时，在727 ℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称 为共析反应。 ➢ GS线—（A3线） 是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。 ➢ ES线—称Acm线 是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时 由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。
工程材料导论
第2章 铁碳合金
2.1 金属及合金的晶体结构 2.2 铁碳合金相图及其应用 2.3 常用的金属材料及选用
铁碳合金是最重要的工程材料，钢 和铸铁是制造机器设备的主要金属 材料，在工业生产中占主导地位。 与其它材料相比，其资源广泛、冶 炼方便、价格低廉、性能优越。 金属材料铁碳合金是以铁、碳为主 要组元组成的合金。
4. 合金的结构——固溶强化
随着溶质原子的增加，所形成的 固溶体的强度、硬度升高的现象。
例如：纯铁与钢的用途
2/15/2020
第四章铁碳合金状态图
第四章铁碳相图与碳钢钢铁材料都属于铁碳合金，学习本章有助于了解铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系,以便在生产中合理地使用。
本章包括以下内容：铁碳相图碳含量对合金组织性能的影响铁碳相图的应用与局限性碳钢4.1 铁碳相图4.1.1铁碳合金中的基本相不同温度时Fe 具有不同的晶体结构α-Fe γ-Fe δ-Fe C 可以溶解到Fe 的晶格中形成固溶体α:C 在α-Fe 中的间隙固溶体；铁素体，Fγ: C 在γ-Fe 中的间隙固溶体；奥氏体，A δ:C 在δ-Fe 中的间隙固溶体; 高温铁素体 当C 含量超过溶解度时，多余的C 形成化合物Fe 3C 或石墨1394o C 912o C4.1.2 Fe-FeC相图分析3简化铁碳相图4.1.3 铁碳合金的分类按照含碳量铁碳合金可以分为三大类（一）工业纯铁: C％≤0.0218％（二）钢: 含C％为0.0218％～2.11％1. 共析钢C％＝0.77％2. 亚共析钢0.0218％< C％< 0.77％3．过共析钢0.77％< C％≤2.11％(三) 白口铸铁: 2.11％< C％< 6.69％1.共晶白口铁C％＝4.3％2．亚共晶白口铁2.11％< C％< 4.3％3．过共晶白口铁4.3％< C％< 6.69％4.1.4 典型合金结晶过程1 工业纯铁室温组织为：α＋Fe3C III2-1 共析钢室温组织为:珠光体P(F+Fe 3C)室温组织中组织组成物相对重量:W F = ×100% = 88% W Fe3C 共析= ×100%=12%0.026.690.776.69−−0.02-6.690.020.77−2-2 亚共析钢30钢的室温组织40钢的室温组织室温组织：F 初＋P （F ＋Fe 3C ）W P = ×100% = 51%W F 初= 1 -51% = 49%0.020.770.020.4−−2-3 过共析钢室温组织：Fe 3C Ⅱ＋P （F ＋Fe 3C ）1.2%C 钢的室温组织组成物相对重量为：Fe 3C Ⅱ％＝×100％＝7％，P ％＝1－7％＝93％0.776.690.771.2−−3－1 共晶白口铸铁3-2 亚共晶白口铸铁3-3 过共晶白口铸铁Fe-Fe 3C组织组成物相图4.2 碳含量对组织性能的影响4.2.1 组织相：随着C ％↑F ↓Fe 3C ↑组织：主要涉及碳化物的数量与形态： 少量Fe 3C III ，P ，二次Fe 3C II ，莱氏体基体4.2.2 含碳量对力学性能的影响F 为软相，Fe 3C 为硬脆相。
铁碳合金状态图
② 亚共析钢
③ 过共析钢
3）白口铸铁
2.11％ < WC ≤ 6.69％
按室温组织不同，又可分为以下三种： ① 共晶白口铸铁 WC = 4.3％ 室温组织：低温莱氏体 ② 亚共晶白口铸铁 2.11％ < WC < 4.3％ 室温组织：低温莱氏体 + 珠光体 + 二次渗碳体 ③过共晶白口铸铁 4.3％ < WC ≤ 6.69％ 室温组织：低温莱氏体 + 一次渗碳体。
渗碳体是强化相，其形状有条状、网状、
片状、粒状等，它的形状、大小和分布对 钢的性能起重要作用。
四、珠光体
珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物
（平均含碳量：0.77%）
性能组织：介于F 和 Fe3C之间具有良好的综合力学性能
层片状
颗粒状
五、莱氏体
莱氏体（Ld）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物
727
共晶相图
共析相图
0.0218
0.77
2.11
4.3
Fe — Fe3C状态图
第一节 铁碳合金的基本相
一、铁素体
铁素体（F 或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体
晶格结构：体心立方晶格
最大溶解度：0.0218%（727℃）
性能组织：强度低、硬度低而塑性好。
二、奥氏体
奥氏体（A
2、制定铸、锻、热处理工艺的重要依据
1）铸造方面： 浇注温度一般在液相线以上50～100°C 铸造生产中，共晶成分附近的铸铁应用最多在此范围的钢， 其结晶温度范围小，铸造性能好
2）锻造方面： 锻造时，将其温度加热到A体区域， 能获得良好的塑性，易于锻造成形 白口铸铁中有大量硬而脆的渗碳体， 故不能锻造
铁碳合金状态图
(2)合金的平衡结晶过程及其组织
1）固溶体合金（合金Ⅰ）
成分位于M点以左（即wSn≤19%）或N点以右（即wSn≥97.5%）的合金称为固溶体合金 液态合金缓冷至温度1，开始从L相中结果出α固溶体。随温度的降低，液相的数量不断减少，α固
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
讨论：
默画出铁碳相图,标明C、S、E、F点的成分及 ECF、PSK线的温度,标明各相区;
说明铁与碳在液态和固态的相互作用以及各相的 本质，指出α-Fe与F；γ-Fe与A的区别;
写出相图中C、S两点进行相变的反应式,指出各是 什么反应,说明其相变特点;说出ECF; PSK; ES; GS各线的意义;
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。
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 。
2）共晶反应
成分位于（E）点的合金，在温度达到水平线MEN所对应的温度 （tE=183℃）时，将同时结晶出成分为M点的α相及成分为N点的β 相。其转变式为：
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
n 共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒
温下同时析出个新固体的转变。铁碳相图 中S点
n
7270C
n A0.77%C → P（F0.0218%C+Fe3C ）
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
Fe - Fe3C 相图
A T°
L+A
E
A
G
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
第四章铁碳合金的基本 组织与状态图
2020/11/29
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
n 1-5 铁碳合金的基本组织与状态图 n 1-5-1铁碳合金的基本组织 n 液态：无限互溶 n 固态：碳能溶于铁的晶体中，形成间隙 固溶体，和固溶体与Fe3C构成机械混合物。
n (一)铁素体（F） n 碳溶于α—Fe（体心立方晶格）中形成间
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
共晶白口铁组织金相图
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
共晶合金组织形态
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
n 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。
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
渗碳体组织金相图
第四章铁碳合金的基本组织与状态图
n Fe3C的结构决定了它极硬（可刻画玻璃）、 极脆，是铁碳合金中的硬组元。熔点为
12270C， 无同素异晶转变。
n
n 一定条件下（高温、长期保温）渗碳体可 分解：
n
Fe3C → 3Fe +C（石墨）
铁碳合金状态图
4.3
碳对铁碳合金组织和性能的影响
二、对铁碳合金力学性能的影响
4.4
铁碳合金状态图的应用
1、在选材方面的应用
Fe- Fe3C相图反映了铁碳合金组织和性能随成分的变化规律。这样， 就可以根据零件的工作条件和性能要求来合理的选择材料。例如， 桥梁、船舶、车辆及各种建筑材料，需要塑性、韧性好的材料， 可选用低碳钢（ωc =0.1%~0.25%）；对工作中承受冲击载荷和 要求较高强度的各种机械零件，希望强度和韧性都比较好，可选 用中碳钢（ωc =0.25%~0.65%）；制造各种切削工具、模具及 量具时，需要高的硬度、而耐磨性，可选用高碳钢（ωc =0.77%~1.44%）。对于形状复杂的箱体、机器底座等，可选用 熔点低、流动性好的铸铁材料。
G
A
E A+ Fe3CⅡ
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ
S A+F F ( F+ Fe3C ) P Q P+F Fe
P
P+Fe3CⅡ
0.0218%C 0.77%C
2.11%C
4.2
1、特征点:
特性点 符号
铁碳合金状态图
二、 Fe - Fe3C 相图的分析
温度/℃ ωc/% 含义
A C D E G S P Q
4.4
铁碳合金状态图的应用
2、在铸造生产上的应用
由Fe- Fe3C相图可见，共晶成分 的铁碳合金熔点低，结晶 温度范围最小，具有良好的铸造 性能。因此，在铸造生产中， 经常选用接近共晶成分的铸铁。
铁碳相图与铸锻工艺间的关系
4.4
铁碳合金状态图的应用
3、在锻压生产上的应用
钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难。而奥氏 体的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。因此在进行锻压和 热轧加工时，要把坯料加热到奥氏体状态。加热温度不宜过高， 以免钢材氧化烧损严重，但变形的终止温度也不宜过低，过低 的温度除了增加能量的消耗和设备的负担外，还会因塑性的降 低而导致开裂。所以，各种碳钢较合适的锻轧加热温度范围是： 始锻轧温度为固相线以下100~200℃；终锻轧温度为 750~850℃。对过共析钢，则选择在PSK线以上某一温度，以便 打碎网状二次渗碳体。
铁碳合金平衡图
(Fe-C)铁-碳合金平衡状态图及分析 铁 碳合金平衡状态图及分析 简介： 简介： 钢和铸铁都是铁碳合金。
含碳量低于 2．11％的铁碳合金称为钢，含碳量 2．11％～6．67％的铁碳合金称为铸铁。
为了全面了解铁碳合金在不同含碳量和不同温度下所处的状态 及所具有的组织结构，可用 Fe-C 合金平衡状 ... 钢和铸铁都是铁碳合金。
含碳量低于 2．11％的铁碳合金称 为钢，含碳量 2．11％～6．67％的铁碳合金称为铸铁。
为了全 面了解铁碳合金在不同含碳量和不同温度下所处的状态及所具 有的组织结构，可用 Fe-C 合金平衡状态图来表示这种关系，见 图 1—6。
图上纵座标表示温度，横座标表示铁碳合金中碳的百 分含量。
例如，在横座标左端，含碳量为零，即为纯铁；在右端， 含碳量为 6．67％，全部为渗碳体(Fe3C)。
图 1—6 Fe-C 平衡状态图 — 图中 ACD 线为液相线，在 ACD 线以上的合金呈液态。
这条线 说明纯铁在 1535℃凝固，随碳含量的增加，合金凝固点降低。
C 点合金的凝固点最低，为 1147℃。
当含碳量大于 4．3％以后， 随含碳量的增加，凝固点增高。
AHJEF 线为固相线。
在 AHJEF 线以下的合金呈固态。
在液 相线和固相线之间的区域为两相(液相和固相)共存。
GS 线表示含碳量低于 0．8％的钢在缓慢冷却时由奥氏体开 始析出铁素体的温度。
ECF 水平线，1147℃，为共晶反应线。
液体合金缓慢冷却至该温度时，发生共晶反应，生成莱氏体组织。
PSK 水平线，723℃，为共析反应线，表示铁碳合金在缓慢 冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。
为了使用方便，PSK 线又称为 A1 线，GS 线称为 A3 线，ES 线为 Acm 线。
正点是碳在奥氏体中最大溶解度点， 也是区分钢与铸铁的分 界点，其温度为 1147℃，含碳量为 2．11％。
S 点为共析点，温度为 723℃，含碳量为 0．8％。
铁碳合金相位图1
ห้องสมุดไป่ตู้
特性点符号
温度/℃
A C D E G S P
4.2 1538
1148 1227 1148 912 727 727
ωc/%
铁碳合金状态图 0 熔点：纯铁的熔点
熔点：渗碳体的熔点 0 同素异构转变点
含义
4.3 6.69 2.11 0.77 0.0218
共晶点：发生共晶转变L4.3—→Ld(A2.11%+Fe3C共晶) 碳在γ-Fe中的最大溶解度点 共析点：发生共析转变A0.77%—→p(F0.0218%+Fe3C共析) 碳在α-Fe中的最大溶解度点
Q 室温 0.0008 室温下碳在α-Fe中的溶解度 单相区：F、A、L和Fe3C四个单相区。两相区：有五个两相区，即 L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、 A+F和F+ Fe3C.每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线，即共晶线ECF，L、 A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F和Fe3C三相共存。 （1）AC线 液体向奥氏体转变的开始线。即：L→A。 （2）CD线 液体向渗碳体转变的开始线。即：L→Fe3CⅠ。 ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号L表示。 （3）AE线 液体向奥氏体转变的终了线。 （4）ECF水平线 共晶线。 AECF线统称为固相线，液体合金冷却至此线全部结晶为固体，此线以下为固相区。 （5）ES线 又称Acm线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。即：L→Fe3CⅡ。 （6）GS线 又称A3线， （7）GP线 奥氏体向铁素体转变的终了线。 （8）PSK水平线 共析线（727℃），又称A1线。 （9）PQ线 碳在α-Fe中的溶解度线。
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。
机械制造基础-第3章-铁碳合金状态图
析分图态状金合碳铁 2 . 3
区相、3
71
析分图态状金合碳铁 2.3
类分的金合碳铁、4
81
。温室至却冷体光珠�下以点S �体光珠为变转 �变转析共生发下温恒在体氏奥�时点S到降度温当 �却冷的体氏奥一单为间点3至点2 �体氏奥为晶结部全相液�止终晶结度温点2至直 �加增渐逐量体氏奥�降下续 继度温�体氏奥出晶结相液从始开�时度温点1到冷缓 �态液于处金合�上以度温点1
析分图态状金合碳铁 2.3
52
程过晶结的钢析共过�3
62
织组微显钢析共过
72
。 `dL是物成组织组� C3eF和 F 是物成组相的织组微显时温室铁口白晶共 � 。 )C3eF 十P( `dL → )C3eF十A(dL→L �为意示地 单简以可程过变相的却冷慢缓铁口白晶共 � 程 过 晶 结 的 铁 口 白 晶 共 �4
43
程过晶结的铁口白晶共过�6
53
织组微显铁铸口白晶共过
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铁碳状态图
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。
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第四节 铁碳合金及其 平衡状态图
一、铁碳合金中的基本相与基本组织 1. 铁碳合金基本相 铁素体 奥氏体 渗碳体
金属材料的组织结构
0.0006~0.0008%
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
2. 基本组织 三种单相组织：铁素体 奥氏体 渗碳体 三种双相组织：珠光体 高温莱氏体 低温莱氏体
金属材料的组织结构
五、铁碳合金状态图的应用 1. 选材 2. 确定钢的锻造温度范围 3. 确定铸钢和铸铁的熔化温度和浇注温度 4. 制定钢的热处理工艺
金属材料的组织结构
思 考 题
1.解释基本概念：晶体、晶体结构、过冷度、同素 异晶转变、合金、组元、相、组织、固溶强化、 共析反应、共晶反应、铁素体、奥氏体、渗碳体、 珠光体、莱氏体。 2.简述金属的结晶过程。纯金属与合金的结晶过程 有何异同？ 3.晶粒度对金属机械性能有何影响，在实际生产中， 常采用哪些措施细化晶粒？ 4.合金的基本相结构有哪些，合金的相和组织有何 区别和联系？ 5.说明固溶体和金属化合物的晶体结构特点，并指 出二者的性能差异。
金属材料的组织结构
4. 相区 ⑴ 单相区： 液相区 奥氏体相区 铁素体相区 渗碳体相区 ⑵ 双相区——两面夹方法 以相组成表示的铁碳平衡状态图 以组织组成表示的铁碳平衡状态图
金属材料的组织结构
5. 问题 四个单项区中，液相区、奥氏体相区、铁素 体相区均为区域，而渗碳体相区为线段DFK， 为什么？
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
共析转变： 一种固相转变成另外两种固相的转变。 或者 共晶转变： 一种液相转变成另外两种固相的转变。 或者
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
五种基本组织的关系
C
溶入
α-Fe
与 Fe 化 合
溶入
γ-Fe
F
混 合
Fe3C
混 合 混合Aຫໍສະໝຸດ PLdLd’
金属材料的组织结构
二、铁碳合金平衡状态图
1、何谓相图（状态图）？ 2、何谓平衡？ 3、相图的组成 （1）纵坐标：温度； （2）横坐标：成分； （3）图中的每一条相变线； （4）每一相变线组成的相区。
金属材料的组织结构
状态图
度、组织、状态之间关系的图 表。
温度℃ 温度 ℃ 1538 ℃
—— 表示合金系的成分、温
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随碳含量增大, 组织 按下列顺序变化：
F
F+P Ld’ Ld'+Fe3CI P P+Fe3CII
P+Fe3CII+ Ld’ Fe3C
金属材料的组织结构
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2. 问题 ⑴ 随着铁碳合金中含碳量的增加，强度先上 升，而后又下降，为什么会出现这种现象？ ⑵ 常用钢材的含碳量一般不超过1.4%，为什 么？
金属材料的组织结构
2. 特性点 从温度、成份、意义三个方面介绍： ⑴ 左边三个点：A、G、Q ⑵ 右边三个点：D、F、K ⑶ 两个最大溶解度点：E、P ⑷ 两个转变点：C、S
金属材料的组织结构
3. 特性线 特性线：铁碳相图中的线条是铁碳合金组织 发生转变的临界线，即不同成份合金相变点 的连线，称为特性线。 ⑴ 液、固相线：ACD、AECF ⑵ 两条水平线——转变线：ECF、PSK ⑶ 两条溶解度曲线：ES、PQ ⑷ 其他特性线
1538 ℃ 体心 1394 ℃
1394 ℃
状态图的作用
——是研究合金的成分、温 度、组织、状态之间变化规 律的工具。
912 ℃
面心
912 ℃ 体心
时间 成分
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
说明 ①符号的标注是国际统一规定的； ② 图中的某些点、线的成份在不同的书刊可能 略有不同； ③ 只研究含碳量小于6.69%的铁碳合金； ④ 铁碳相图也可以认为是Fe-Fe3C状态图； ⑤ 简化的铁碳合金平衡状态图；
金属材料的组织结构
三、典型铁碳合金的组织转变 1. 铁碳合金的分类
金属材料的组织结构
2. 钢与生铁的组织转变 ⑴ 分析方法 成份点→成份线→相区→组织 ⑵组织转变
金属材料的组织结构
铁碳合金平衡状态图
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
四、铁碳合金的化学成份、组织和性能的关系 1. 铁碳合金的化学成份、组织和性能的关系
金属材料的组织结构
6.Fe-C合金中的基本相和基本组织有哪些， 各具有什么性能特点？ 7.简述Fe-C合金相图中各特性点和特性线的 含义。 8.试分析含碳量分别为0.4%、1.2%、3.5% 的铁碳合金在平衡条件下由高温液态冷却 到室温过程中的组织转变。 9.为什么不同含碳量的奥氏体在冷却过程中 都会发生共析转变？ 10.试述Fe-C合金的化学成份、室温组织与机 械性能之间的关系。 11.说明Fe-C合金相图在工业生产中的应用。