1-3铁碳合金状态图
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铁碳合金的基本组织与状态图课件
54
n 3) 在压力加工成型方面
n 钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较 好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进 行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以 上100℃~200℃范围内。一般始锻温度为 1150℃~1250℃，终锻温度为750℃~ 850℃。
55
n 4) 在热处理工艺方面的应用
n Fe- Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特 别重要的意义。一些热处理工艺如退火、 正火、淬火的加热温度都是依据Fe- Fe3C相 图确定的。这将在热处理中详细阐述。
溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大 ， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度 下降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。
n 奥氏体存在于727~14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 (HB) 为170~220，无铁磁性。
6
奥氏体组织金相图
7
(三)渗碳体 (Fe3C) 铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物，含
n
n “二”指二个坐标： C/％、 T ／0C；在画的 时候容易忘记这两坐标标注。
23
n “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 7270C以下含碳量为0.77％时，其成分只有 P (珠光体) ，11480C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。
n 1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织 n 根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳
状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类： n 1、工业纯铁C＜0.0218%的铁碳合金。
28
n 2、钢C 0.0218~2. 11%的铁碳合金。特点是 高温固态组织为塑性很好的奥氏体，常用 于热压力加工。根据相变特征和室温组织
n 3) 在压力加工成型方面
n 钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较 好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进 行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以 上100℃~200℃范围内。一般始锻温度为 1150℃~1250℃，终锻温度为750℃~ 850℃。
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n 4) 在热处理工艺方面的应用
n Fe- Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特 别重要的意义。一些热处理工艺如退火、 正火、淬火的加热温度都是依据Fe- Fe3C相 图确定的。这将在热处理中详细阐述。
溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大 ， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度 下降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。
n 奥氏体存在于727~14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 (HB) 为170~220，无铁磁性。
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奥氏体组织金相图
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(三)渗碳体 (Fe3C) 铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物，含
n
n “二”指二个坐标： C/％、 T ／0C；在画的 时候容易忘记这两坐标标注。
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n “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 7270C以下含碳量为0.77％时，其成分只有 P (珠光体) ，11480C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。
n 1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织 n 根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳
状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类： n 1、工业纯铁C＜0.0218%的铁碳合金。
28
n 2、钢C 0.0218~2. 11%的铁碳合金。特点是 高温固态组织为塑性很好的奥氏体，常用 于热压力加工。根据相变特征和室温组织
铁碳合金状态图课件
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。
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
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。
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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。
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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
Fe-Fe3C相图
塑性、韧性、硬度介于
α和Fe3C之间。
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B. 两条磁性转变线
①A0线(虚线) : 渗碳体的磁性转变线 ，230℃以上无磁性， 230℃以下铁磁性。 ② MO(A2线）： 铁素体的磁性转变线 。770℃以上无磁性， 770℃以下铁磁体。 A2温度又称居里点。
A0、A1、A2、A3、Acm 线 温度依次升高。
Wc=0.0218～0.77%
▪ 过 共 析 钢 （ hypereutectoid steel）： Wc=0.77～2.11%
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（3）白口铸铁
白 口 铸 铁 （ white cast iron） 是 含 碳 量 在 Wc=2.11～6.69%之间的Fe、C合金。其特点液态合 金结晶时都发生共晶反应，液态时有良好的流动 性，因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶 产物是以Fe3C为基的莱氏体组织，所以性能硬、 脆，不能锻造。其断口呈银白色，故称为白口铸 铁。 上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁(生 铁)的理论分界线。
magnetic transformation）。
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纯铁的同素异构转变
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纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
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概念
▪ 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。
▪ 奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间 隙固溶体。
▪ 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 ▪ 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（
F+Fe3c 含碳0.8%） ▪ 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳
4.3%）
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(2) 渗碳体(Fe3C)－A
▪ 渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以 化合物(Fe3C)形式出现的。
第二章 铁碳合金 第三节 铁碳合金状态图
L
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’。
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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
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F
F+P
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P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’
L’’
L’’ +Fe3CⅠ
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1-3 铁碳合金状态图
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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。
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1-3 铁碳合金状态图
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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’。
1-2-3铁碳合金相图
B
1。纯铁 。
同素异构转变
金属在固态下由于温度的改变而发生晶格 类型转变的现象。
2。 铁碳合金基本相 （二元相图）
（2）共晶相图与共晶转变
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
PQ线是碳在F中固溶线。在727℃时F中溶碳量最大可达0.0218%, 室温时仅为0.0008%, 因此碳含量大于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中, 将从F中析出Fe3C。析出 的渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温度线。Fe3CIII 数量极少, 往往予以忽略。
K点
符号 K 温度, 温度 ℃ 727 碳含量 ω(C)% 6.69 含义 Fe3C的成分 的成分
P点
符号 P 温度, 温度 ℃ 727 碳含量 ω(C)% 0.0218 含义 碳在 α-Fe中的最大溶解度 中的最大溶解度
S点
符号 S 温度, 温度 ℃ 727 碳含量 ω(C)% 0.77 含义 共析点(A 共析点 1) As→ FP+Fe3C
渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在 显微镜下呈黑色。 渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。 渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。
渗碳体
四、珠光体（Pearite） 珠光体（ [珠光体 ：是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号“P”表示，珠光体是奥 珠光体]： 珠光体 氏体冷却时，在727℃发生共析转变的产物，碳质量分数平均为Wc=0.77%。显微 组织为由铁素体片与渗碳体片交替排列的片状组织，高碳钢经球化退火后也可获得 球状珠光体（也称粒状珠光体）。 [珠光体性能 ：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 珠光体性能]： 珠光体性能 韧性较好（σb=770MPa、180HBS、δ=20%~35%）。
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
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。
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
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 。
Fe-Fe3C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
纯铁的同素异构转变
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
概念
铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。 奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间 隙固溶体。 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物 （F+Fe3c 含碳0.8%） 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳 4.3%）
（3）白口铸铁
白 口 铸 铁 （ white cast iron） 是 含 碳 量 在 Wc=2.11～6.69%之间的Fe、C合金。其特点液态合 金结晶时都发生共晶反应，液态时有良好的流动 性，因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶 产物是以 Fe3C 为基的莱氏体组织，所以性能硬、 脆，不能锻造。其断口呈银白色，故称为白口铸 铁。 上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁(生 铁)的理论分界线。
4. Fe—C合金分类
Fe、C 合金通常按其含碳量 (Wc) 及其室温平 衡组织分为三大类： 工 业 纯 铁 （ pure iron）、 碳 钢 （ carbon steel）、铸铁（ cast iron）。根据碳钢和铸铁 的相变、组织特征可把二者细分。即： （1）工业纯铁：(Wc<0.0218%)显微组织为固 溶体。
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％。
1.3 合金的相结构与铁碳合金状态图
（二）.相图的建立
名称 晶格类型 熔点 合金1 合金2 合金3 …….. 合金9 合金10 合金11 A金属 bcc 高 100% 90% 80% …….. 20% 10% 0% B金属 bcc 低 0% 10% 20% ……. 80% 90% 100%
热 分 析 法
（二）.相图的建立
温 度 温 度 温 度
727℃ K Ld’+Fe3CⅠ
S A+F F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F P+Fe3CⅡ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
二. Fe - Fe3C 相图的分析
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转 变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
1、固溶体结晶是在一个温度范围内完成的， 纯金属结晶是在恒温下完成的
2、固溶体结晶出的固相与共存液相成分不同， 而纯金属结晶时，固相与液相成分始终相同。
二）.共晶相图
• 组成二元合金的两组元在液态时无限互溶， 在固态不能无限互溶的合金所形成的相图称为 二元共晶相图。
Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相图 均属于这类相图
总结
1、金属的晶格有体心立方结构、面心立方结构和 密排六方结构，由于致密度的不同，从一种晶格到另一 种的变化会引起体积的变化。 2、实际金属是由很多晶粒组成，金属内部存在着点缺 陷、位错、晶界和亚晶界。点缺陷对金属材料的热处理 过程极为重要。位错的存在以及位错密度的变化，对金 属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。金属 冷变形加工后的加工硬化，就是由于位错密度的增加所 致。点缺陷、晶界和亚晶界也与材料的力学性能有关。 3、合金的相结构有固溶体和化合物。弥散强化 和固溶强化可以提高金属材料的力学性能，所以，合金 化是提高金属性能的方法之一。
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（ ）。
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K
A+Fe3CⅡ
S 4 3 4
F
3
2
3
F+P
Q C％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L
0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
1538℃
A D
Y A+Y
E C
Y +Fe3CⅠ
F
1148℃ 912℃ G
A
Fe3C
A3
F+A
727℃ P S
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ Ld’ +Fe3CⅠ
A3
F+A
727℃ P
3 3
Acm
A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ L’ +Fe3CⅠ
K
A+Fe3CⅡ
S 4 3 4
F
3
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F+P
Q C％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L
0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
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 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。
L 6.67％
铁碳合金状态图
主要特性点的含义 (Property Points)
特性点 温度℃ 含碳量％ A C D E F G K P S 1538 1147 1600 1147 1147 912 727 727 727 0 4.30 6.67 2.11 6.67 0 6.67 0.02 0.77 含义 纯铁熔点(melting point) 共晶点(eutectic point) 渗碳体的熔点(melting point) C在γ铁中的最大溶解度(solubility) 渗碳体的成分(composition) α铁γ铁同素异构转变点(allotropic point) 渗碳体的成分(composition) C在α铁中的最大溶解度(solubility) 共析点(eutectoid point)
与共晶反应类似。在铁碳合金图
727℃ 和含碳量 0.77% 存在共析点。当奥
氏体冷却到此点会发生共析反应，同时析 出铁素体和渗碳体的机械混合物——珠光体 。
共析钢 Eutectoid Steel
含碳量 0.77%的钢。其晶相结构为铁 素体与渗碳体的机械混合物——珠光体。
亚共析钢 Hypoeutectoid Steels
奥氏体 Austenite
奥氏体 C溶解在γ铁中形成，用A 表示。面心立方。1148℃时最大达到2.11 ％，727℃时仅为0.77％。稳定存在的最 低温度为727℃，硬度不很高，HB＝ 160～200，塑性很好。
渗碳体 Cementite
渗碳体 化合物分子式为Fe3C，含 碳量6.67%，硬度很高，HB＞800，δ 几乎为0。在钢材中可能呈片状，网状或 粒状分布，在一定条件下可分解成金属 铁和石墨。自奥氏体中经重结晶过程得 到的渗碳体称为二次渗碳体 二次渗碳体，可以表示 为Fe3CⅡ。
铁碳合金的晶体结构
Lattice Structure of Ferrous Metals
固溶体
Solid Solution
铁素体 奥氏体
Ferrite
渗碳体
Austenite
化合物
Compound
Cementite
珠光体 莱氏体
机械混合物
Solid Mixture
Pearlite
Ledeburite
Q C％ 0.218%
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’共晶生铁 Ld’’ +Fe3CⅠ L’’
过共析钢
0.77％
亚共晶生铁
2.11％ 4.3％
过共晶生铁
L 6.67％
共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图
2012年2月17日星期五
共析钢的结晶过程
1-3 铁碳合金状态图
亚 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图
1538℃ A
D
Y A+Y A
E C
Y +Fe3CⅠ
F
1148℃ 912℃ G
A3
F+A
727℃ P S
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ Ld’ +Fe3CⅠ
K
F F+P
Q C％ 0.77％ 2.11％ 4.3％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
1538℃ 1495℃ 1394℃ 1227℃
A D
Liquid Austenite+Liquid Liquid + Fe3CⅠ Austenite
E C F
1148℃ 912℃ G
Ledeburite’ Ferrite+ Austenite
727℃ P S
Austenite+Fe3CⅡ
Austenite+Fe3CⅡ+ Ledeburite’
珠光体 Pearlite
珠光体 铁素体（固溶体）与渗碳 体（化合物）以层片相间的形式而形成 的机械混合物，用P表示，是由硬的渗碳 体片和软的铁素体片相间组成的混合物， 强度较好，σb≈750MPa，HB ≈ 180。
莱氏体 Ledeburite
莱氏体 由奥氏体和渗碳体组成的机械混 合物，用L’表示，莱氏体在高温环境下 （727℃以上）存在，称高温莱氏体 高温莱氏体。在 727℃以下时，金相组织为由P和Fe3C组 成的机械混合物，用L’’表示，机械性能 和渗碳体相似。
碳对钢的组织 及机械性能的 影响
2012年2月17日星期五
1-3 铁碳合金状态图
铁素体 Ferrite
铁素体 C溶解在α铁中形成的固溶体， 又称α固溶体，用F表示，F溶解C的能力 很小，727℃时最大达0.02％。韧性很好， δ ＝ 45 ～ 50 ％ ， 强 度 和 硬 度 均 不 高 ， σb≈250MPa，HB＝80。晶体为均匀明 亮的多边形晶粒。
铁碳合金状态图
Iron-carbon Equilibrium Diagram
铁碳合金状态图就是用热分析法测得不同浓度 的铁碳合金的冷却曲线，然后将冷却曲线上各 结晶温度转变点描绘在温度-成分坐标上，以得 到铁碳合金金相组织与温度及合金成分之间的 关系。 热分析法是借助于光学高温计及金相显微镜， 测得各种成分铁碳合金在缓慢冷却过程中的溶 液结晶温度及固态下二次结晶的组织转变温度， 对合金金相组织随温度变化的状况进行分析的 方法。
↔
铁碳合金状态图
主要线段的含义
ACD线——液相线 液相线，即液态合金冷却到此线时开始结晶。 AECF线——固相线 固相线，此线以下的合金为固体状态。 AE线——钢的固相线，全部结晶为奥氏体。 ECF线——生铁的固相线，又叫共晶线 共晶线。 GS线——习惯用A3来表示，开始析出铁素体。 A ES线——用Acm表示，开始析出渗碳体。 A PSK线——又叫共析线 共析线，用A1 来表示，析出珠光体，共 A 析反应。
共晶反应 The Eutectic
在铁碳合金状态图C点，即1148℃、含碳量 4.3％，液态合金将结晶出莱氏体，即奥氏 体和渗碳体的机械混合物。这种反应为共 晶反应。
ECF线称为共晶线，含碳量2.11～6.69%的
所有合金（即铸铁）经过此线都将全部或 部分生成莱氏体。
共析反应 The Eutectoid
铁碳合金状态图
主要区域的含义
ACDA区——液相区 液相区，又称Y区，其中全部为金属液体。 AESGA区——奥氏体区 奥氏体区，又称A区，此区组织全部为奥 氏体。 GPQG区——铁素体区 铁素体区，又称F区，此区组织全部为铁素 体。 DFKL区——渗碳体区 渗碳体区，又称Fe3C区，此区组织全部为渗 碳体。 液体Y 铁素体F 奥氏体A 渗碳体 液体Y、铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C是铁碳合金的基 本组织，或者说是基本晶体结构，即基本相 基本相，其他各区组织 都由这些基本相按不同比例混合而成。
亚共析钢的结晶过程
2012年2月17日星期五
1-3 铁碳合金状态图
过 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图
过共析钢的结晶过程
2012年2月17日星期五
1-3 铁碳合金状态图
Ⅱ 1538℃ A 1 2
Ⅰ 1 2
Ⅲ 1
Ⅴ
Ⅳ
Ⅵ D
Y
2
A+Y A
E
1 C 2 1
Y +Fe3CⅠ
1 F 2
1148℃ 912℃ G
1538℃
A
Ⅱ 1 2
Ⅰ 1 2
Ⅲ 1
Ⅴ
Ⅳ
Ⅵ D
Y
2
A+Y
1148℃ 912℃ G
A
共晶反 E 应
1 C 2 1
Y +Fe3CⅠ
1 F 2
Fe3C
A33
F+A
727℃ P S 4 3
3
Acm
A+Fe3CⅡ
A+Fe3CⅡ
S 4 3 4
F
3
2
3
F+P
Q C％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L
0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
1538℃
A D
Y A+Y
E C
Y +Fe3CⅠ
F
1148℃ 912℃ G
A
Fe3C
A3
F+A
727℃ P S
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ Ld’ +Fe3CⅠ
A3
F+A
727℃ P
3 3
Acm
A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ L’ +Fe3CⅠ
K
A+Fe3CⅡ
S 4 3 4
F
3
2
3
F+P
Q C％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L
0.77％
2.11％
4.3％
6.67％
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 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。
L 6.67％
铁碳合金状态图
主要特性点的含义 (Property Points)
特性点 温度℃ 含碳量％ A C D E F G K P S 1538 1147 1600 1147 1147 912 727 727 727 0 4.30 6.67 2.11 6.67 0 6.67 0.02 0.77 含义 纯铁熔点(melting point) 共晶点(eutectic point) 渗碳体的熔点(melting point) C在γ铁中的最大溶解度(solubility) 渗碳体的成分(composition) α铁γ铁同素异构转变点(allotropic point) 渗碳体的成分(composition) C在α铁中的最大溶解度(solubility) 共析点(eutectoid point)
与共晶反应类似。在铁碳合金图
727℃ 和含碳量 0.77% 存在共析点。当奥
氏体冷却到此点会发生共析反应，同时析 出铁素体和渗碳体的机械混合物——珠光体 。
共析钢 Eutectoid Steel
含碳量 0.77%的钢。其晶相结构为铁 素体与渗碳体的机械混合物——珠光体。
亚共析钢 Hypoeutectoid Steels
奥氏体 Austenite
奥氏体 C溶解在γ铁中形成，用A 表示。面心立方。1148℃时最大达到2.11 ％，727℃时仅为0.77％。稳定存在的最 低温度为727℃，硬度不很高，HB＝ 160～200，塑性很好。
渗碳体 Cementite
渗碳体 化合物分子式为Fe3C，含 碳量6.67%，硬度很高，HB＞800，δ 几乎为0。在钢材中可能呈片状，网状或 粒状分布，在一定条件下可分解成金属 铁和石墨。自奥氏体中经重结晶过程得 到的渗碳体称为二次渗碳体 二次渗碳体，可以表示 为Fe3CⅡ。
铁碳合金的晶体结构
Lattice Structure of Ferrous Metals
固溶体
Solid Solution
铁素体 奥氏体
Ferrite
渗碳体
Austenite
化合物
Compound
Cementite
珠光体 莱氏体
机械混合物
Solid Mixture
Pearlite
Ledeburite
Q C％ 0.218%
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’共晶生铁 Ld’’ +Fe3CⅠ L’’
过共析钢
0.77％
亚共晶生铁
2.11％ 4.3％
过共晶生铁
L 6.67％
共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图
2012年2月17日星期五
共析钢的结晶过程
1-3 铁碳合金状态图
亚 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图
1538℃ A
D
Y A+Y A
E C
Y +Fe3CⅠ
F
1148℃ 912℃ G
A3
F+A
727℃ P S
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ Ld’ +Fe3CⅠ
K
F F+P
Q C％ 0.77％ 2.11％ 4.3％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
1538℃ 1495℃ 1394℃ 1227℃
A D
Liquid Austenite+Liquid Liquid + Fe3CⅠ Austenite
E C F
1148℃ 912℃ G
Ledeburite’ Ferrite+ Austenite
727℃ P S
Austenite+Fe3CⅡ
Austenite+Fe3CⅡ+ Ledeburite’
珠光体 Pearlite
珠光体 铁素体（固溶体）与渗碳 体（化合物）以层片相间的形式而形成 的机械混合物，用P表示，是由硬的渗碳 体片和软的铁素体片相间组成的混合物， 强度较好，σb≈750MPa，HB ≈ 180。
莱氏体 Ledeburite
莱氏体 由奥氏体和渗碳体组成的机械混 合物，用L’表示，莱氏体在高温环境下 （727℃以上）存在，称高温莱氏体 高温莱氏体。在 727℃以下时，金相组织为由P和Fe3C组 成的机械混合物，用L’’表示，机械性能 和渗碳体相似。
碳对钢的组织 及机械性能的 影响
2012年2月17日星期五
1-3 铁碳合金状态图
铁素体 Ferrite
铁素体 C溶解在α铁中形成的固溶体， 又称α固溶体，用F表示，F溶解C的能力 很小，727℃时最大达0.02％。韧性很好， δ ＝ 45 ～ 50 ％ ， 强 度 和 硬 度 均 不 高 ， σb≈250MPa，HB＝80。晶体为均匀明 亮的多边形晶粒。
铁碳合金状态图
Iron-carbon Equilibrium Diagram
铁碳合金状态图就是用热分析法测得不同浓度 的铁碳合金的冷却曲线，然后将冷却曲线上各 结晶温度转变点描绘在温度-成分坐标上，以得 到铁碳合金金相组织与温度及合金成分之间的 关系。 热分析法是借助于光学高温计及金相显微镜， 测得各种成分铁碳合金在缓慢冷却过程中的溶 液结晶温度及固态下二次结晶的组织转变温度， 对合金金相组织随温度变化的状况进行分析的 方法。
↔
铁碳合金状态图
主要线段的含义
ACD线——液相线 液相线，即液态合金冷却到此线时开始结晶。 AECF线——固相线 固相线，此线以下的合金为固体状态。 AE线——钢的固相线，全部结晶为奥氏体。 ECF线——生铁的固相线，又叫共晶线 共晶线。 GS线——习惯用A3来表示，开始析出铁素体。 A ES线——用Acm表示，开始析出渗碳体。 A PSK线——又叫共析线 共析线，用A1 来表示，析出珠光体，共 A 析反应。
共晶反应 The Eutectic
在铁碳合金状态图C点，即1148℃、含碳量 4.3％，液态合金将结晶出莱氏体，即奥氏 体和渗碳体的机械混合物。这种反应为共 晶反应。
ECF线称为共晶线，含碳量2.11～6.69%的
所有合金（即铸铁）经过此线都将全部或 部分生成莱氏体。
共析反应 The Eutectoid
铁碳合金状态图
主要区域的含义
ACDA区——液相区 液相区，又称Y区，其中全部为金属液体。 AESGA区——奥氏体区 奥氏体区，又称A区，此区组织全部为奥 氏体。 GPQG区——铁素体区 铁素体区，又称F区，此区组织全部为铁素 体。 DFKL区——渗碳体区 渗碳体区，又称Fe3C区，此区组织全部为渗 碳体。 液体Y 铁素体F 奥氏体A 渗碳体 液体Y、铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C是铁碳合金的基 本组织，或者说是基本晶体结构，即基本相 基本相，其他各区组织 都由这些基本相按不同比例混合而成。
亚共析钢的结晶过程
2012年2月17日星期五
1-3 铁碳合金状态图
过 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图
过共析钢的结晶过程
2012年2月17日星期五
1-3 铁碳合金状态图
Ⅱ 1538℃ A 1 2
Ⅰ 1 2
Ⅲ 1
Ⅴ
Ⅳ
Ⅵ D
Y
2
A+Y A
E
1 C 2 1
Y +Fe3CⅠ
1 F 2
1148℃ 912℃ G
1538℃
A
Ⅱ 1 2
Ⅰ 1 2
Ⅲ 1
Ⅴ
Ⅳ
Ⅵ D
Y
2
A+Y
1148℃ 912℃ G
A
共晶反 E 应
1 C 2 1
Y +Fe3CⅠ
1 F 2
Fe3C
A33
F+A
727℃ P S 4 3
3
Acm
A+Fe3CⅡ