1-3铁碳合金状态图

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
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
含碳量< 0.77% 的钢
过共析钢 Hypereutectoid Steels
含碳量> 0.77% 的钢
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
A3
F+A
727℃ P
3 3
Acm
A+Fe3CⅡ+Ld’ Ld’ Ld’ +Fe3CⅠ
K
F F+P
Q C％ 0.218% 0.77％ 2.11％ 4.3％
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+Ld’’
Ld’’
Ld’’ +Fe3CⅠ
L 6.67％
Ledeburite’ +Fe3CⅠ
K
Ferrite Pearlite Ferrite+ Pearlite
Q C％ 0.218% 0.77％ 2.11％ 4.3％
Ledeburite’’ Pearlite+Fe3CⅡ+ Ledeburite’’ Ledeburite’’ +Fe3CⅠ
L 6.67％
Pearlite+Fe3CⅡ
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
共析反 A+Fe CⅡ+Ld’ 应
3
L’
Ld’ +Fe3CⅠ
K
F
4
3
2
3
共析钢 F+P P 亚共析钢
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
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)
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
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。
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
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。
1538℃ A
D
Y A+YLeabharlann BaiduA
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’
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。
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
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。
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。