巧记铁碳相图Microsoft Office Word 文档
(完整word版)铁碳合金相图
铁碳合金相图非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。
了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。
本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。
铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。
C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。
相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。
3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相3.l.l 组元⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为2/m kg 3107.87⨯。
纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变），即： δ-Fe （体心）γ-Fe （面心）α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。
可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。
⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。
C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。
3.1.2 基本相Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相：⑴ 高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。
⑵ 铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。
F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。
图 铁碳相图 第四节 铁碳相图和铁碳合金
4.硫的影响
硫在钢中是有害的杂质。 液态时Fe、S能够互溶，固态时 Fe几乎不溶解硫，而与硫形成熔点 为1190℃的化合物FeS。形成的共 晶体（r-Fe+FeS）以离异共晶形式 分布在r-Fe晶界处。 若将含有硫化铁共晶体的钢加 热到轧制、锻造温度时，共晶体熔 化，进行轧制或锻造时，钢将沿晶 界开裂，这种现象称为钢的“热脆” 或“红脆”。
40.6%
P% 6.69 2.11 (1 40.6%) 46% 6.69 0.77
4.30 6.69
碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响
含碳量与Fe-Fe3C合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系
1.碳的影响
在C%<1%时，随含碳量的 增加钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性降低； 当C%>1%后，随含碳量的 增加，钢的硬度增加，但强度、 塑性、韧性降低，这是因为 Fe3CⅡ成连续网状分布，进一步 破坏了铁素体基体之间的连接 作用所造成。
8.氧的影响
氧在钢中的存在也是有害元素，由于炼钢是一个氧化过 程，氧在钢液中起到去除杂质的积极作用，但在随后的脱氧
过程中不能完全将它除净，氧在钢中的溶解度很小，在
700℃时为0.008%，在500℃时在铁素体中的溶解度 <0.001%。 氧溶入铁素体一般降低钢的强度、塑性和韧性，氧在钢 中主要以氧化物方式存在，如（FeO、Fe203、Fe304、MnO、 SiO2、Al2O3等），所以它对钢的性能的影响主要取决于这 些氧化物的性能，数量、大小和分布等。
图 共析钢的室温组织
ES、PQ、GS线
ES线是碳在奥氏体中的溶解度 曲线。含碳量大于0.77%的合金， 从1148℃冷到727℃的过程中，将 自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳 体称为二次渗碳体(Fe3CII)。 PQ线是碳在铁素体中的溶解度 曲线。铁碳合金由727℃冷却到室 温的过程中，铁素体中会有渗碳体 析出，这种渗碳体称为三次渗碳体 (Fe3CIII)。 GS线是冷却过程中，奥氏体向 铁素体转变的开始线；或者说是加 热过程中，铁素体向奥氏体转变的 终了线（具有同素异晶转变的纯金 属，其固溶体也具有同素异晶转变， 但其转变温度有变化）。
钢铁知识必备—铁碳相图
钢铁知识必备—铁碳相图铁碳相图铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，对于轧钢来说也是制定各种轧制温度、加热制度、热处理的物理依据。
一、Fe-Fe3C相图的组元1．Fe组元纯铁从液态结晶为固态后, 继续冷却到1394℃及912℃时, 先后发生两次同素异构转变。
工业纯铁的机械性能特点：强度低、硬度低、塑性好。
2．CC在Fe-C合金中的存在形式有三种：①C溶入Fe的不同晶格中形成固溶体；②C与Fe形成金属化合物，渗碳体(Fe3C)；③C以游离态石墨存在于合金中。
渗碳体(cementite)在铁碳合金中是一种亚稳定相，熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
在长时间高温下可分解为铁和石墨：Fe3C→Fe + C石墨的性能特点为耐高温，可导电，有一定的润滑性，但其强度、硬度、塑性和韧性都极低。
二、Fe-Fe3C相图中的相1．液相L2．δ相高温铁素体（C固溶到δ -Fe中——δ相）C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不观察，也有称高温铁素体。
3．α相铁素体F （C固溶到α-Fe中——α相）C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记为 F (Ferrite)或α。
强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%, 727度：C%=0.0218%）4．γ相、A奥氏体（C固溶到γ-Fe中——γ相）强度低，易塑性变形。
C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为 A (Austenite)或γ。
5．Fe3C铁和碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂斜方晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为Cm (Cementite)。
三、相图分析1．三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB：这是一包晶反应，发生在高温，并且在随后的冷却过程中组织还会发生变化。
铁碳平衡相图
铁碳平衡相图又称铁碳相图或铁碳状态图。
它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标,表示在接近平衡条件（铁-石墨）和亚稳条件（铁－碳化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。
简史早期利用热分析法和金相法发现铁的加热和冷却曲线上出现两个驻点，即临界点A3和A2，它们的在 1868 年，俄国学者切尔诺夫（Д．к．Чернов）就注意到只有把钢加热到某一温度”a”以上再快冷,才能使钢淬硬,从而有了临界点的概念。
至1887～1892年奥斯蒙（F.Osmond）温度视加热或冷却 (分别以A c和A r表示)过程而异。
奥斯蒙认为这表明铁有同素异构体，他称在室温至A2温度之间保持稳定的相为α铁；A2～A3间为β铁；A3以上为γ铁。
1895年，他又进一步证明，如铁中含有少量碳,则在690或710℃左右出现临界点,即A r1点,标志在此温度以上碳溶解在铁中,而在低于这一温度时,碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来,随铁中碳量提高，A r3下降而与A r21合为一点。
1904年又发现A4至熔点相合,然后断续下降，至含碳为0.8～0.9％时与Ar间为δ铁。
以上述临界点工作的成果为基础，1899年罗伯茨－奥斯汀（W.C.Roberts-Austen）制定了第一张铁碳相图；而洛兹本 (H.W.Bakhius Roozeboom)更首先在合金系统中应用吉布斯(Gibbs)相律,于1990年制定出较完整的铁碳平衡图。
随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。
目前采用的铁碳平衡图示于图1，图中各重要点的温度、浓度及含义如下表所列。
当铁中含碳量不同时，得到的典型组织如图2所示。
铁碳平衡图释义纯铁有两种同素异构体,在912℃以下为体心立方的α－Fe；在912～1394℃为面心立方的γ-Fe;在1394～1538℃(熔点)又呈体心立方结构,即δ－Fe。
当碳溶于α－Fe时形成的固溶体称铁素体(F)、溶于γ-Fe时形成的固溶体称奥氏体(A)，碳含量超过铁的溶解度后，剩余的碳可能以稳定态石墨形式存在，也可能以亚稳态渗碳体(Fe3C)形式存在。
铁碳相图讲解讲课文档
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亚共晶白口铸铁 ( Wc = 3.0% )
现在四十三页，总共一百零七页。
亚共晶白口铸铁组织金相图
现在四十四页，总共一百零七页。
亚共晶白口铸铁 ( Wc = 3.0% )
相组成： α +Fe3C
%6.693.05.52%
6.69
F3 C e % 1 5.2 5 % 4.8 4 %
组织组成： Fe3C+P+Ld’——？
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过共晶白口铸铁 ( Wc = 5.0% )
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过共晶白口铸铁组织金相图
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P % 1 7 .2 % 6 9 .7 2 % 4
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a) 硝酸酒精浸蚀
白色网状相为二次渗碳体
暗黑色为珠光体
b) 苦味酸钠的浸蚀 黑色网状为二次渗碳体
浅白色为殊光体
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共晶白口铸铁 ( Wc = 4.3% )
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奥氏体（Austenite）
碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体(A)， 最高溶碳量为1148℃时的wc=2.11％；奥氏体具 有高塑性、低硬度和强度，其力学性能为： σb400MPa、δ40%~50%、170~220HB。
奥氏体主要存在于727℃以上的高温范围内，利 用这一特性，工程上常将钢加热到高温奥氏体状 态下进行塑性成形。
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铁碳相图理解记忆法
Fe–Fe3C相图，作为《金属材料与热处理》这门课程的重点内容，究其原因除了它在生产实践中具有重大意义外，还有就是该相图与本课程其它很多内容都有关联。
有经验的教师会很好地利用该相图，使各相关的知识点得到很好的融会贯通，使得本课程成为一个有机的整体。
但在具体学习中，很多同学都不能很好地理解Fe–Fe3C相图，更不用说熟记该相图去分析铁碳合金的成份、组织与性能的关系了。
其主要原因除了本课程特有的抽象性外，在Fe–Fe3C相图的记忆上具体存在着三大难点：1、线条不规则。
2、数字多，既有温度的数字，又有含碳量的数字。
3、组织名称多。
所以，在学习中，学生经常出现“望图生畏”，而不愿去记忆该相图。
如何让学生轻松愉快地快速记下该相图呢？本人在多年教学实践中，总结出下面的心得体会：（下面以简化后的Fe–Fe3C相图为例，见附图3）具体画图时，分三步进行：第一步：先画出图内的线条，分出各个区域。
第二步：在纵、横坐标上标出相应的数字，分别代表温度及含碳量。
第三步：标出各区域对应组织的符号。
如何准确画出相图中的线条呢？下面以我的某次授课过程为例，说明其记忆方法：我先让同学们观察书中Fe–Fe3C相图，找出图中线条的特征，一段时间后，同学们还是找不出什么特征。
我在黑板上用彩色粉笔画出图中的ACD和ECF线以及GSE和PSK线，让同学们再观察这些线条，顺便提示，将铁碳合金相图比作一个海洋。
马上有同学回答：“象海鸥”，我紧跟着加以引导：“不错，我们的相图就象两只海鸥在海平面上展翅飞翔”，同学们马上报以愉快的笑声。
“不对！”笑后，还是有同学站起来纠正：“老师，你画的图漏画了AE线”。
“是啊！这AE线怎么办呢？”我继续引导。
“那是一条美丽的彩虹！”马上有同学补充，下面是伴随着一阵会心的笑声。
“是啊，多么美丽的彩虹，”我边说边将AE线画上。
“老师，还有三条铅垂方向的虚线呢？”观察仔细的同学还是发现存在的不足。
“那是海鸥在海平面上激起的三朵浪花。
铁碳相图简画及口决
控制热处理过程中的组织转变
铁碳相图有助于控制热处理过程中合金的相变和组织转变，以获得所需的组织和性能。
预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷，如开裂、变形等，以提 高产品质量。
铁碳相图的应用
铁碳相图广泛应用于钢铁工业、 铸造、焊接等领域，为材料科学、 工程热物理等领域提供了重要的 理论支持。
铁碳相图的未来展望
新型材料的研究
随着新材料技术的不断发展，铁碳相图将进一步应用于新 型材料的研发和制备过程中，为新材料的性能优化提供理 论指导。
计算机模拟技术的发展
随着计算机模拟技术的不断进步，铁碳相图的模拟精度和 可靠性将进一步提高，为实验研究和实际应用提供更加精 确的数据支持。
预测和优化钢铁材料的性能
通过铁碳相图，可以预测和优化钢铁材料的力学性能、物理性能和化学性能，如强度、韧 性、硬度、耐腐蚀性等。
指导钢铁材料的热处理工艺
铁碳相图是制定钢铁材料热处理工艺的基础，如退火、正火、淬火和回火等，以获得所需 的组织和性能。
在铸造工业中的应用
指导合金成分设计
01
铁碳相图为铸造工业提供了选择和设计铸造合金成分的依据，
THANKS
感谢观看
N区域特性
总结词
纯铁的液态区与固态区
详细描述
N区域是铁碳相图中的纯铁的液态区与固态区，位于恒温点N的左侧区域。在该 区域内，碳含量接近于零，纯铁以液态或固态形式存在。
04
铁碳相图的应用
在钢铁工业中的应用
确定不同成分铁碳合金的结晶过程和组织转变
材料科学基础——铁碳相图
但石墨的表面能很大，只有在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。
% 88% 所以，S是一种有害元素。
组织组成： Fe3C+P——Ld‘
6.69 3）P和Cu一起加入钢中，可以提高钢在大气中的抗蚀性。
要求：保证化学成分和力学性能，需要热处理获得需要的性能。
温 度
Fe Fe3C Fe2C FeC
C
(6.69%C)
渗碳体是个亚稳定的相，石墨才是稳定的相。 但石墨的表面能很大，只有在极缓慢冷却或加入某 些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的 形式存在。
因此，铁碳相图有两类：
Ⅰ 液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡，是紧 靠铁端部分，其中C含量的范围是0～6.69％
相组成： α +Fe3C 这种现象叫做应变时效。
组织组成：P
渗碳体是指晶体点阵为复杂正交点阵，化学式近似于Fe3C的一种间隙式化合物，用符号Fe3C表示，其含碳量为wc=6.
如果钢液脱氧不良，含较多FeO，还会形成熔点更低的（Fe＋FeO＋FeS)三相共晶体，其危害更大。
T8 T10
蓝脆就是指钢在加热到150～300℃时，产生硬度升高，塑性、韧性下降的现象。 与Fe-Fe3C相图的不同之处：
铸铁(cast iron)： C%： 2.11～6.69%，有较好的铸造 性能、质脆，不能锻造。又分为： 共晶铸铁(eutectic cast iron)： C%： 4.30% 亚共晶铸铁(hypoeutectic cast iron) ： C%： 2.11～ 4.30% 过共晶铸铁(hypereutectic cast iron) ： C%： 4.30～ 6.69%
铁碳相图(手写)
4-1 铁碳合金的组元一、纯铁工业纯铁的机械性能特点是强度、硬度低，塑性好，其机械性能大致如下：二、碳在铁中的固溶体碳的原子半径较小，在α-Fe和γ-Fe中均可进入Fe原子间的孔隙而形成间隙固溶体。
碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（ferrite），常用符号F或α表示，其最大溶解度为0.0218wt%C，发生于727℃，碳多存在于体心立方α结构的八面体空隙。
铁素体与α-Fe在居里点770℃以下均具有铁磁性。
碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体（austenite），常用符号A或γ表示，其最大溶解度为2.11wt%C，发生于1148℃，碳多存在于面心立方γ结构的八面体孔隙。
奥氏体与γ-Fe均具有顺磁性。
30-50%70-80%160-200J/cm250-80延伸率δ断面收缩率ψ冲击值布氏硬度HB 纯铁由液态结晶为固态后，继续冷却到1394℃及912℃时，先后发生两次晶格类型的转变。
金属在固态下发生的晶格类型的转变称为同素异晶转变（allotropic transformation）。
同素异晶转变伴随有热效应产生，因此在纯铁的冷去曲线上，在1394℃及912℃处出现平台。
铁的同素异晶转变如下：温度低于912℃的铁为体心立方晶格，称为α-Fe；温度在912-1394℃间的铁为面心立方晶格，称为γ-Fe；温度在1394-1538℃间的铁为体心立方晶格，称为δ-Fe。
拉伸强度σb屈服强度σ0.218×107-28×107N/m 210×107-17×107N/m 2第四章 铁碳合金相图碳钢与铸铁是使用最为广泛的金属材料，是铁和碳组成的合金，不同成分的碳钢和铸铁，组织和性能也不相同。
在研究和使用钢铁材料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废品的原因时，都需要应用铁碳相图。
在铁碳合金中，根据结晶条件不同，组元碳可具有碳化物Fe 3C（渗碳体）和石墨两种形式，渗碳体在热力学上是一个亚稳定相（meta-stable phase），而石墨是稳定的相。
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%。
5-4 铁碳相图
(7) 过共晶白口铸铁（4.3～6.69％C）
室温组织
室温组织：一次渗碳体＋低温莱氏体（ Fe3CⅠ＋Ld’ ) 基体为低温莱氏体Ld’ ，Fe3CⅠ呈长条状。 如 w(C)＝5.0%合金，利用杠杆定律可计算: 组织组成物： Fe3CⅠ＋Ld’
五、铁-石墨相图
铸铁：含碳量大于2.11% (一般为2.5%~4.0%) 铁碳 合金（含Si、Mn、S、P等 元素）。 固溶在F、A中 化合态的渗碳体(Fe3C) 游离态石墨（G）
Fe-G相图
C的 存在 形式
石墨的性能 HBS 3～5 σb＝20MPa δ≈ 0 ak ≈ 0
石墨的晶体结构
石墨对铸铁性能的影响 G →分布于基体中 →空洞 →有效承载面积降低 →力性比碳钢↓ 耐磨性↑ 消震性↑ 缺口敏感性↓ 切削加工性↑ 铸造性能↑(熔点↓ 流动性↑ 收缩率↓)
（3）纯铁的性能与应用
工业纯铁 w(Fe)＝99.8％～99.9％ 力学性能特点：强度、硬度低，塑性、韧性好 抗拉强度 σb＝176～274 Mpa 屈服强度 σ0.2＝98～166 Mpa 延伸率 δ＝30～50％ 断面收缩率ψ＝70～80％ 冲击韧性 ak＝160～200 J/cm2 硬度 HBS 50～80
4.3 − 3.0 × 100% = 59.4% w (γ E ) = 4.3 − 2.11 3.0 − 2.11 w ( Ld ) = w ( LC ) = × 100% = 40.6 4.3 − 2.11
从初晶奥氏体中析出的二次渗碳体的数量为
w ( Fe 3C C ) = w ( Fe 3C C ) max ⋅ w (γ E ) 2.11 − 0.77 × 59.4% = 13.4% = 6.69 − 0.77
铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)
铁碳合金的性能特点
工业纯铁具有较高的磁导率和良好的冷加工性能， 但强度和硬度较低。
钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，同时具有良 好的塑性和韧性。
白口铸铁具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较差。
02 铁碳相图的特征点
CHAPTER
共晶点
总结词
共晶点是铁碳相图中的一个关键点，表 示铁和碳在液态时完全共溶，形成奥氏 体。
控制热处理过程中的相变过程
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中铁 碳合金的相变过程和组织转变，以获得所需的组 织和性能。
提高热处理效率和降低能耗
根据铁碳相图，可以优化热处理工艺，提高热处 理效率和降低能耗，节约能源和资源。
谢谢
THANKS
渗碳体的析出点
总结词
渗碳体的析出点是铁碳相图中的另一个特征点，表示渗碳体在不同温度下从液态或奥氏 体中析出的过程。
详细描述
在渗碳体的析出点，渗碳体开始从液态或奥氏体中析出。这个过程是在一定的温度范围 内进行的，温度越高，析出越快。渗碳体的析出对钢铁的性能有重要影响，如硬度、强
度和韧性等。因此，了解渗碳体的析出点对于钢铁材料的研究和生产具有重要意义。
铁碳相图演示
目录
CONTENTS
• 铁碳相图简介 • 铁碳相图简介 • 铁碳相图的特征点 • 铁碳相图的特征线 • 铁碳相图的演示画法 • 铁碳相图的应用
01 铁碳相图简介
CHAPTER
铁碳合金的分类
根据碳含量，铁碳合金可以分为工业 纯铁、钢和白口铸铁三类。
工业纯铁的碳含量最低，一般在 0.02%以下；钢的碳含量在0.02%2.0%之间；白口铸铁的碳含量在2.0% 以上。
表示铁碳合金开始从液态转变为固态的温度 。
详解铁碳相图
详解铁碳相图（注：在解读上面铁碳相图之前，我们要明白纯铁在不同的温度下会发生同素异晶转变，这个对于我们解读上面相图很有用。
）1：ACD线：ACD线上面完全是液相，没有固相产生。
在温度1538℃时候，此时的液态铁的晶格类型为δ-Fe,如果此时的碳溶解在δ-Fe的晶格间隙中，那么就会产生一种新的相，即为铁素体相，为了区别碳溶解在α-Fe中的铁素体相，分别给它们前面加上一个δ或者α，即如果是碳溶解到晶格类型为δ-Fe的间隙中形成间隙固溶体相的就命名为δ-铁素体或直接写δ，如果是溶解到晶格类型为α-Fe的间隙中形成间隙固溶体相的就命名为α-铁素体或α或F。
伴随着温度的下降，组元----温度----成分三者是这个铁碳相图的核心理念。
要看懂这个相图，弄明白组元----温度----成分关系，就能读懂这个相图。
从图中你可以看见，即便同一个温度，不同的碳含量，它的成分是不一样的，这就是为什么要提到组元----温度----成分这三者关系的原因。
而铁碳相图会一直要用到这三者的关系来加以理解。
重点：铁素体就是碳溶解到δ-Fe和α-Fe的晶格间隙而形成的一种间隙固溶体相。
2：AEC区域和CDF区域AEC和CDF区域有液相也有固相，但是，它们的成分是不一样的，AEC区域为什么是奥氏体+液相呢？为什么CDF区域是渗碳体+液相呢？首先，AEC区域之所以是奥氏体+液相，那是因为在1500℃---1148℃时候δ-Fe会转变成γ-Fe(转变温度为1394℃)，也就是说，当温度从1394℃再次冷却到1148℃的时候，这时候δ-Fe已经转变成了γ-Fe，此时的碳就会溶解到γ-Fe晶格中形成一种新的间隙固溶体相，即为奥氏体，由于受到温度原因，液相并没有全部结晶，所以在AEC区域中的成分就是奥氏体—液相。
很有意思的如果碳含量达不到析出渗碳体的碳含量要求的话，液相是不会析出渗碳体，那么从图中可以看出，要从液相中析出渗碳体的的碳含量要求是必须大于或等于3.4%，即为图中的点C，而这个点也有意义的，它就是共晶点。
铁碳相图
一、Ｃ％ 对铁碳 合金组 织的影 响
Ψ δ
HB
σｂ ak
C%
二、Ｃ％对铁碳合金机械性能的影响
如图所示
⑴Ｃ％↑，ＨＢ↑，而σｂ的变化必较复杂： 在Ｃ％＝（０～０．９）％范围内， Ｃ％↑，σｂ↑ Ｃ％〉０．９％ Ｃ％↑，σｂ↓ (Fe3 C Ⅱ 呈网状分布)
⑵Ｃ％↑，ψ、δ、ak↓（F相减少） 三、Ｃ％对铁碳合金工艺性能的影响
A0.77 727 ℃ (F 0.02+Fe3C共析)
P称为珠光体
（3）相区： 单相区：Ｌ、Ａ、Ｆ； 两相区：由单相区通过规则填入。
4．铁碳合金的分类 （1）工业纯铁： Ｐ点以左的合金：Ｃ％〈＝０.０２１８％ （2）钢（C％：0.0218～2.11%）
★亚共析钢：Ｃ％(０.０２１８～０.７７％)； ★共析钢： Ｃ％＝０.７７％； ★过共析钢：Ｃ％(０.７７～２.１１％)
七、过共晶白口铸(C％：6.69～4.3%） L Fe3 CⅠ＋Lc Fe3 CⅠ +Ld=（Ae+ Fe3
C） Fe3 CⅠ + Ld= (Fe3 C Ⅱ +A0.77 + Fe3 C) Fe3 CⅠ ＋L’d=(Fe3 C Ⅱ +P＋Fe3 C)
室温组织为：L’d + Fe3 CⅠ
§7－3 铁碳合金的成分与组织和性能的关系
性几乎为零。不能单独使用。
2．Fe－Fe3 C相图中的相 （1）液相L （2）铁素体
☆Ｃ溶于α－Fe（体心立方）形成的间隙固溶体 ；用Ｆ表示。在高温下，
Ｃ溶于－Fe（体心立方）形成的间隙固溶体,称 为高温铁素体。
☆性能： 与纯铁相似
（3）奥氏体A
★ 碳溶于γ－Fe（面心立方）形成的间隙固溶 体；用Ａ表示。
铁碳相图知识(打印)
铁碳相图知识化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe 中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。
铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。
具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。
奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。
奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
图4 碳在γ－Fe晶格中的位置图5 渗碳体的晶格渗碳体(Fe3C)渗碳体是铁和碳形成的化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的晶体结构（图5），熔点为1227℃。
铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)
亚共析钢室温组织：F＋P， 随C％增加，P含量增加。
含0.20%C钢的组织
含0.45%C钢的组织
含0.60%C钢的组织
室温下相的相对重量百分比：
Q Fe3C
0.45 6.69
100%
6.7%
QF 93.3%
室温下组织组成物的相 对重量百分比为：
QP
0.45 0.77
100%
58.4%
Q
L+A
E
C
A + Fe3C
F + Fe3C
L+Fe3C D 1148 F
727 K
Q
0 0.0218 0.77
Fe
1
2.11
4.3
2
3 ωc% 4
5
6.69
6 Fe3C
一.组元及基本相 * 铁 ( ferrite ) * 渗碳体 ( Cementite )
1、纯铁
L
1538℃
δ-Fe
1394℃
γ-Fe
F和Fe3C形态在发生变化 Fe3CⅢ薄片状→共析Fe3C层片状 →Fe3CⅡ网状 →共晶Fe3C连续基体 →Fe3CⅠ粗大片状 含碳量变化→相的相对量变化、形态和分布变化 →组织变化→性能变化
相构成 决定组织 决定性能 决定用途
含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为
工 业
钢
纯 铁
亚共析钢
过共析钢
727 ℃时0.0218% 性能接近于纯铁，强度、硬度低，塑性好
4、奥氏体（A或γ表示）
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。 金相显微镜下位规则多边形晶粒。 奥氏体体中碳的溶解度较大，727 ℃时0.77%，1148 ℃时
铁碳相图详细介绍共47页
铁碳相图详细介绍
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
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巧记铁碳相图
本帖最后由 sunny2008 于 2010-12-8 06:23 编辑
一二三四五六巧记铁碳相图
"一"指一种合金组织渗碳体（Fe3C）：特别需要注意从金属液态直接结晶出渗碳体称为一次渗碳体（Fe3CⅠ），而从A（奥氏体）中析出渗碳体称为二次渗碳体（Fe3CⅡ）。
很易把两者混淆。
"二"指二个坐标：Ｃ/％、Ｔo／℃；在画的时候容易忘记这两坐标标注。
"三"指三个单项：Ａ（奥氏体）、Ｐ（珠光体）、Ｌd（莱氏体）。
在铁碳合金相图中，只有三个区域中是单项组织，其中在727℃以下含碳量为0.77％时，其成分只有Ｐ（朱光体），1148℃以下含碳量为4.3％时，其成分只有Ｌd（莱氏体），在这些地方经常容易漏掉。
"四"指四个含碳量： 0.77％、2.11％、4.3％、6.69％；
"五"指五种温度：1538℃，1148℃，1227℃，912℃，727℃；
"六"指六条线：
(1) ACD液相线：其以上组织都是液态。
(2) AECF固相线：其以下组织都是固态。
(3) GS奥氏体析出铁素体的开始线：奥氏体析出铁素体
(4) ES溶解度线：奥氏体析出渗碳体称为二次渗碳体
(5) ECF共晶线：金属液态结晶出莱氏体（Ld）。
(6) PSK共析线：当合金组织冷却到727℃以下奥氏体（A）全部转成朱光体（P）。
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昨天06:23
一、基本概念
1.铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金
2.碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金
3.铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金
4.铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。
注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C
二、组元
1.纯铁
纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。
2.碳
碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。
3.碳在铁碳合金中的存在形式有三种：
1.C与Fe形成金属化合物，即渗碳体；
2.C以游离态的石墨存在于合金中。
3.C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体；
A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，
铁素体在室温下可稳定存在。
B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。
C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6.69％。
以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB＝800)而脆，塑性几乎等于零。
渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。
它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。
碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。
铁碳合金相图的分析
1.铁碳合金相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图；
2.相图中有五个单相区：液相L、高温铁素体δ、铁素体α、奥氏体γ、渗碳体 Fe3C；。