铁碳合金相图

F % ≈ 1 – 12 % = 88 %
珠光体
强度较高，塑性、韧性和硬度介于 Fe3C 和 F 之间。
室温组织: 层片状 P ( F + 共析 Fe3C ) 500×
(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
P % = ( 0.4 – 0.0218 ) / ( 0.77 – 0.0218 ) ≈ 51 % F % ≈ 1 – 51 % = 49 %

白口铸铁 —— 2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 % 亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 % 类型 钢号 碳质量分数／％ 亚共析钢 20 45 60 0.20 0.45 0.60 共析钢 T8 0.80 过共析钢 T10 T12 1.00 1.20
(4)各相的质量： QL= 50×2/3 = 33.3（kg) Qα = 50-33.3 = 16.7（kg)
2) 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（ No ）
3) 晶粒度级数数值越大，晶粒越细。（Yes ）
5. 1) 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度
2) 为细化晶粒，可采用： a. 快速浇注 b. 加变质剂
√ √
c. 以砂型代金属型
各相的相对量：
Fe3CII % ≈ 1.2 / 6.69 = 18 % F % ≈ 1 – 18 % = 82 %
室温组织
P + Fe3CII
400×
(5)共晶白口铁 ( C % = 4.3 % )结晶过程
室温组织 （低温）莱氏体 （P + Fe3CII + 共晶 Fe3C） 莱氏体 Le′的性能
强度、硬度低，韧性、塑性好。 ● Fe3 C —— 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
(2) Fe-Fe3 C相图的相
● 液相 L
● δ 相 （高温铁素体 ）—— δ –Fe（C）固溶体 ● γ 相（A ，奥氏体）—— γ -Fe（C）固溶体 ● α 相 （F，铁素体） —— α -Fe（C）固溶体 ● Fe3 C （ Cem， Cm，渗碳体）—— 复杂晶体结构
3. 1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是： 形核和晶核长大 2) 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 增加晶核数量，或阻碍晶粒长大。 3) 过冷度是指为：理论结晶温度 - 开始结晶温度 其表示符号为： T 4) 固溶体的强度和硬度比溶剂： 高 4. 1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ No ）
2) 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小： 金属型与砂型浇注 < 变质处理与不变质处理 < 铸成薄件与厚件 < 浇注时振动与不振动 <
7.
1)共晶反应式为： L ( + ) 共晶反应的特点是：在恒温下进行
2) 平衡结晶获得的质量分数为20%Ni的Cu-Ni合金比质量分 数为40%Ni的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（ No ）
性能：σ b≈750MPa δ ≈20%～25% 综合性能较好 HBS=180 ak=30～40J/cm
2
莱氏体（Ld、
或 Le 、
）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%） 性能：硬而脆
第二节
Fe-Fe3 C相图分析
(1) Fe-Fe3 C相图的组元
● Fe —— α –Fe、δ -Fe (bcc) 和γ -Fe (fcc)
A C液相线
CD液相线 AE固相线 GS线γ→α转变 开始线
ECF固相线
ES线 C在γ 终止线 PQ 线C在α中固溶线
(3) 相图中重要的点和线
液相线ACD
固相线AECF 共晶线 ECF，共晶点C
L4.3(A2.11+Fe3C)
高温莱氏体,Le或Ld
共析线 PSK，共析点S
HBS=50～80 ak=160～200J/cm
2
2. δ-铁素体：碳溶于δ-Fe中所形成的间隙固溶体，最大溶解度0.09%（1495℃）
3. 奥氏体（A或γ ）
定义：碳溶于γ -Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织）
晶格结构：fcc
最大溶解度：2.11%（1148℃）
性能： σ b≈400MPa 高塑性、无磁 HBS=170～220 δ =40%～50%
纯铁熔点 1538℃，Wc%=0
共晶点 1148℃，Wc%=4.3%
Fe3C熔点 1227℃，Wc%=6.69%
C 在A最大固溶点 1148℃，Wc%=2.11% 共析点 727℃，Wc%=0.77% C在α中最大固溶点 727℃，Wc%=0.0218% α→γ转变点 912℃，Wc%=0% C在α中固溶度点 室温，Wc%=0.008%
3) 一个合金的室温组织为 + Ⅱ+ ( + )， 它由三相组成。（ No ） 8. 1) 在发生 L(+)共晶反应时，三相的成分： a. 相同 b. 确定 c. 不定 2) 共析成分的合金在共析反应γ (+)刚结束时，其组成相为： a. γ ++ b. + c. (+)
第四章 铁碳合金相图
1．铁碳合金的基本相图
2．铁-渗碳体相图分析
3．典型铁碳合金的结晶过程及其组织 4．铁碳合金的成分组织性能间关系
第一节 铁碳合金的基本相
1. 铁素体（F或α） 定义：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体 晶格结构：bcc 最大溶解度：0.0218%（727℃） 性能： σ b=180～230MPa σ 0.2=100～170MPa δ =30%～50% ψ =70%～80%
A0.77(F0.02+Fe3C)
珠光体, P
ES线：C在A中的固溶线 PQ线：C在F中的固溶线
(4)铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类

工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %

钢 —— 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
小
结
重点要求
1. 2. 3. F、A、Cm、P、 Le′的组织和性能特点。 Fe-Fe3C相图中共晶、共析区域分析。 铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。
习
题
1、画简化的铁碳合金相图，将各点的含义填在表格的空格里。 2、画出碳的质量分数为1.2%合金的结晶过程曲线和结晶过程 示意图。 3、计算质量分数为0.45%合金在室温下组织组分与相组分的 相对重量。
a. 体缺陷 b. 面缺陷 c. 线缺陷
√
d. 点缺陷
2)
-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn的晶体结构 ① 体心立方： -Fe、V ② 面心立方： Al、Cu、Ni ③ 密排六方： Mg、Zn
3) 实际金属晶体中存在： 点、线、面缺陷，引起晶格畸变。 a. 点缺陷： 使电阻率和强度增加。 b. 面缺陷： 使塑性、强度增加。 c. 线缺陷（位错）： 在冷变形时，使强度增加、塑性降低。 4) 固溶强化： 形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象 固溶强化原因：溶质原子引起晶格畸变，使变形抗力增加。 5) 间隙固溶体： 晶格类型与溶剂相同 间隙相： 晶格类型与任一组元都不相同
3) 固溶体的晶体结构： a. 与溶剂相同 b. 与溶质相同 4) 间隙相的性能特点是： a. 熔点高、硬度低 b. 硬度高、熔点低
√
c. 为其它晶格类型 c. 硬度高、熔点高
√
6. 1) 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能， 细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？ a. 提高过冷度 b. 变质处理 c. 振动结晶
4. 渗碳体（Fe3C） 定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物 晶格结构：复杂正交 性能： HBS=800 δ ≈0 ψ ≈0 硬而脆（耐磨性好） Fe3C
高温
3Fe+C（石墨）
合金渗碳体： （Fe、Me）3C
Fe3（ C、N）或 Fe3（ C、B）
组织：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%）
√
√
9. 将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，此时：
w(Ni)=30/(20+30)=60%
(1)两相的化学成分： wL(Ni)= 50% wα (Ni)= 80% (2)两相的质量比：
QL/Qα =(80-60)/(60-50)=2
(3)各相的质量分数： w(L)=2/(2+1)=2/3 w(α )=1/3

含碳量与组织关系 图（a）和（b）

含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%↑而↓
铁碳相图的应用

钢铁选材：相图性能用途 铸件选材和确定浇注温度 确定锻造温度( 在 A 区） 制定热处理工艺 局限性 相图反映的是平衡状态， 与实际情况有较大差异。
点 A 点 的 含 义
E
C S G D
1. 1) 同非金属相比，金属的主要特性是 ① ② ③ ④ 热和电的良导体 正的电阻温度系数 不透明、有金属光泽 塑性高、强韧性好
2) 晶体与非晶体结构上的最根本的区别是 晶体内原子排列是有规则、周期性的。 3) -Fe的一个晶胞原子数为 4
2. 1)晶体中的位错属于：
硬而脆
500×
(６)亚共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织
Le′+ P + Fe3CII
200×
(６)过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织: