铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共析钢的详细分析
亚共析钢、共析钢和过共析钢.
亚共析钢、共析钢和过共析钢
1、亚共析钢、共析钢和过共析钢
硬度法无法区分亚共析钢，共析钢和过共析钢。
金相法可以区分亚共析钢，共析钢和过共析钢.利用铁素体,珠光体,渗碳体之间的比例按照杠杆定理来判断含碳量.铁素体越多,含碳量越少,渗碳体越多,含碳量越高,全部是珠光体则是共析钢。
亚共析钢:珠光体加铁素体
共析钢:珠光体
过共析钢:珠光体加渗碳体
高碳钢是共析钢和过共析钢的总称.
含碳量为0.8%的钢为共析钢，以纯珠光体形式存在。
含碳量小于0.8%的钢为亚共析钢，以珠光体和铁素体的共熔体存在。
含碳量大于0.8%的钢为过共析钢，以珠光体和渗碳体的形式存在。
显微分析
亚共析钢——铁素体（白色）+珠光体（暗色）
过共析钢——珠光体（暗色）+渗碳体（白色）
含碳量增加，珠光体量增加
2、现在钢铁的分类和用途
钢即铁碳合金．根据C含量不同性质不同．用途也不同．还有受热处理的影响．
根据C含量和组织的不同可分为：
（1）工业纯铁是C含量＜0.0218％的铁碳合金；
（2）碳钢是C含量在0.0218％－2.11％的铁碳合金，其中包含亚共析刚＼共析刚＼和过共析刚；
（3）白口铸铁其含C量在2.11％－6.69％．由于断口成白色，故叫白口铸铁，又分为亚共晶白口铁，共晶白口铁和过共晶白口铁．
3、高中低碳钢是怎么分类的？和共析钢，亚共析，过共析有什么联系和区别呢？低碳钢：C含量<0.25%
中碳钢：C含量0.25%-0.65%
高碳钢：C含量>0.65%
共析钢=0.77%，亚共析<0.77%，过共析>0.77%。
铁碳合金相图及平衡组织分析
实验三铁碳合金相图及平衡组织分析一、实验目的1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备二、实验原理通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。
按组织分区的Fe-Fe3C相图（一）铁碳合金中的几种基本相和组织（1）铁素体（F）。
它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。
具有磁性及良好的塑性，硬度较低。
用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。
亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。
（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%。
用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。
此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。
（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。
由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。
因此，铁素体后，渗碳体薄。
硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。
1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。
铁碳合金相图及平衡组织分析
实验三铁碳合金相图及平衡组织分析一、实验目的1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备二、实验原理通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。
按组织分区的Fe-Fe3C相图（一）铁碳合金中的几种基本相和组织（1）铁素体（F）。
它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。
具有磁性及良好的塑性，硬度较低。
用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。
亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。
（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%。
用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。
此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。
（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。
由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。
因此，铁素体后，渗碳体薄。
硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。
1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。
铁碳相图对共析钢-亚共析钢和过共析钢的详细分析
共析钢的结晶过程是一个扩散控制的过程，需要足够的时间来
03
完成。
共析钢的物理性质和机械性能
1
共析钢的物理性质和机械性能与其化学成分和组 织结构密切相关。
2
共析钢具有较高的强度和硬度，良好的耐磨性和 耐腐蚀性，以及较好的塑性和韧性。
3
这些性能使得共析钢在机械制造、汽车、航空航 天等领域得到了广泛应用。
过共析钢的物理性质和机械性能
01
02
03
由于过共析钢的碳含量 较高，其强度和硬度相 对较高，但韧性较差。
过共析钢在高温下具有 良好的抗氧化性和耐腐 蚀性，但在低温下容易
发生脆化。
由于组织中存在大量的 二次渗碳体，过共析钢 的耐磨性和高温疲劳强
度较好。
05
铁碳相图对共析钢-亚共 析钢和过共析钢的应用
在这个温度范围内，铁碳相图中的共析反应是放热反应，即 随着温度的降低，液态铁碳合金会逐渐发生共析反应，生成 铁素体和渗碳体。
共析钢的结晶过程
01
共析钢的结晶过程是在一定的温度下，液态的铁碳合金开始发 生共析反应，生成铁素体和渗碳体。
02
随着温度的降低，共析反应会继续进行，直到所有的液态合金
都转变为固态的铁素体和渗碳体。
铁碳相图为制定热处理工艺提供了依据，通过控制加热、保温和冷却过
程，实现对钢材内部组织结构的调控，从而改善其物理和机械性能。
在材料科学中的应用
研究相变行为
铁碳相图揭示了钢在加热和冷却过程中的相变行为，有助 于材料科学家了解材料在不同温度下的组织结构和性能变 化。
探索微观结构与性能关系
通过铁碳相图，可以研究不同成分和温度条件下钢材的微 观结构，进一步探索微观结构与性能之间的关系，为新材 料的开发提供理论支持。
共析钢、亚共析钢、过共析钢区分介绍解读
共析钢、亚共析钢、过共析钢区分介绍
碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到α——铁中的固溶体叫铁素体，溶解到γ——铁中的固溶体叫奥氏体。
铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。
当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物——碳化铁(Fe3C)这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。
1.共析钢
从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中渗碳体(碳化铁)约占12%，铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。
即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失(加热时)，如果出现则两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。
基于这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。
即含碳量正好是0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。
2.亚共析钢
常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77%，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。
碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。
3.过共析钢
工具用钢的含碳量往往超过0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+渗碳体。
这类钢统称为过共析钢。
铁碳合金相图分析
成P点成分的铁素体和渗碳体，即γS＝αP＋Fe3C。
▪
所得到的共析体αP＋Fe3C称为珠光体，用P表示。
3. 铁碳合金的平衡结晶和组织转变
1）铁碳合金的分类 工业纯铁：碳含量小于0.022％的铁碳合金称为工业纯铁， 其特点是在冷却过程中不发生共析反应。
钢：碳含量在0.022～2.14％之间的铁碳合金称为钢，其特 点是结晶过程不发生共晶反应。根据室温组织的不同，钢又 分为：
是2.25g/cm3。
▪
碳的原子半径为0.34nm。碳有两种存在
形式：石墨和金刚石，石墨较为广泛。
▪
石墨是由碳原子层组成，层内原子呈正六
边形。层内原子由共价键结合，原子间距为
0.142nm。层间原子由弱金属键结合，间距为
0.34nm。
▪
石墨的晶体结构属于六方晶系，其中a＝
0.46nm，c＝0.670nm，每个晶胞含有四个原子。
PK
6.690.022
亚共析钢的室温平衡组织是先共析铁素体和珠光体。
亚共析钢中的先共析铁素体可能呈现不同的形态：先共 析铁素体在奥氏体晶界上形核后，可形成沿原奥氏体晶界的 网状先共析铁素体；也可沿奥氏体晶内某特定晶面生长成相 互平行的片状，即魏氏组织。
❖ 过共析钢
d1 d2
d3 P S d4
当合金从液相开始冷却：
%＝c5S100% 0.76－ 0.3 100%62.2%
PS
0.760.022
P％Pc5100%0.30.022100%37.8%
PS
0.760.022
此时，合金中α与Fe3C两相的相对量为：
%＝c5K100% 6.69－ 0.3100%95.8%
PK
6.690.022
3-2铁碳相图
3.5 典型铁碳合金
1、工业纯铁 三次渗碳体量很少， 以不连续的网状或片状 分布于晶界。随着温度 下降，Fe3CⅢ 量不断增 加，室温下的Fe3CⅢ 最 大量为：
QFe3CIII
0.0218 0.0008 100% 0.3% 6.69 0.0008
3.5 典型铁碳合金
2、共析钢：C＝0.77% 上部是单液相L。 1点：开始相变形核并 长大，成为液固两相区 L+γ。C同时溶解到γFe中，又称为L+A。 2点：完成液固转变， 成为面心立方晶格的单 相区γ。C溶解到γ-Fe 中，又称为奥氏体A相。
3.5 典型铁碳合金
6、亚共晶白口铸铁： C＝2.11～4.3% 上部是单液相L。 1点：开始相变形核 并长大，成为液固两 相区L+γ。C 同时溶 解到γ-Fe 中，又称 L+A。 2点：温度降至1148℃共晶线ECF时，含碳4.3% 的液 相在恒温下发生共晶转变，结晶为共晶奥氏体和共晶 渗碳体的共晶组织莱氏体。 A+L4.3→A+A2.11＋Fe3C＝A+Ld
3.5 典型铁碳合金
5、共晶白口铸铁： C＝4.3% 上部是单液相L。 1点：温度降至1148℃ 共晶点C时， 含碳4.3% 的液体合金在恒温下发 生共晶转变。同时全部 结晶为含碳2.11% 共晶 奥氏体和共晶渗碳体的蜂窝状共晶组织莱氏体。 L4.3→A2.11＋Fe3C＝Ld
3.5 典型铁碳合金
3.5 典型铁碳合金
3、亚共析钢： 亚共析钢室温下的组织为 F+P。 在C＝0.0218～0.77%范围 内珠光体的量随含碳量增加 而增加。
3.5 典型铁碳合金
4、过共析钢： C＝0.77～2.11% 上部是单液相L。 1点：开始相变形核 并长大，成为液固两 相区L+γ。C 同时溶 解到γ-Fe 中，又称 L+A。 2点：完成液固转变， 成为单相区γ。C 溶 解入又称奥氏体A相。 3点：开始从奥氏体中析出二次渗碳体，沿晶界呈网 状分布，成为两相区A+Fe3CⅡ。 剩余奥氏体的含碳量 随温度降低而沿SE线减少，直到含碳量为0.77%。
铁碳合金相图解析
b
14
三、过共析钢的结晶过程分析
图1-36 过共析钢结晶过程示意图
图1-37 过亚 共析钢的显 微组织
b
15
四、共晶白口铸铁的结晶过程分析
图1-38 共晶白口铸铁结晶过程示意图
图 1-39 共 晶 白 口 铸铁的显微组织
b
16
五、亚共晶白口铸铁的结晶过程分析
图1-40 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图
b
5
知识点二 Fe- Fe3C相图分析
b
6
图1-30 Fe- Fe3C相图
简化的Fe- Fe3C相图
b
7
1、主要特性点
表1-4简化Fe- Fe3C相图中的特性点
特性点 符号
A
温度/℃ ωc（%）
1538
0
含义 熔点：纯铁的熔点
C
1148
4.3 共晶点：发生共晶转变L4.3—→Ld(A2.11%+Fe3C共晶)
四个单相区。
（2）两相区 简化的Fe- Fe3C相图中有五个两相区，即
L+A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A+F两相
区和F+ Fe3C两相区。
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。
b
10
图1-46 铁碳相图与铸锻 工艺间的关系
b
22
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。
铁碳合金的相图的详细讲解 (精品)
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe3C
(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
铁素体组织金相图
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
东华大学材料科学基础-铁碳相图部分知识点总结及考研真题解答
铁碳合金分类和室温下组织组成物、组成相与含碳量之间的关系基本计算：1、共析钢（w c=0.77%）室温相组成物：铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）相组成物相对量计算：室温平衡组织组成物：珠光体（P）P%=100%2、亚共析钢（w c=0.45%）室温相组成物：铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）计算：室温平衡组织组成物：先共析铁素体（F）+珠光体（P）计算：注：亚共析钢中的先析铁素体随着钢中的含碳量增加而减少。
3、过共析钢（w c=1.2%）室温相组成物：铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）计算：室温平衡组织组成物：二次渗碳体（Fe3CⅡ）+珠光体（P）计算：4、共晶白口铸铁（w c=4.3%）室温相组成物：铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）计算：室温平衡组织组成物：二次渗碳体（Fe3C）+珠光体（P）—Ld’（变态莱氏体）计算：5、亚共晶白口铸铁（w c=3.0%）室温相组成物：铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）计算：室温平衡组织组成物：二次渗碳体（Fe3CⅡ）+珠光体（P）+低温莱氏体（L’d）计算：从初晶奥氏体中析出的二次渗碳体的数量为：6、过共晶白口铸铁（w c=5.0%）室温相组成物：铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）计算：室温平衡组织组成物：一次渗碳体（Fe3C）+低温莱氏体（L’d）计算：真题计算：1、2012年参照共晶白口铸铁计算即可2、2011年、2010年、2009年参照亚共晶白口铸铁，计算过程中设其含碳量为x，带入求出x即可。
3、2008年计算参照前面，所求含碳量设x即可。
共析渗碳体的量相等，因为，在727℃时发生共析转变，A s→F p+ Fe3C，F和Fe3C组成珠光体P，而二者的珠光体含量均为80%，通过杠杆定理可知，其共析渗碳体的含量也是相等的。
铁碳相图对应的显微组织和分析
Fe3CII=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)* A%
最终组织：变态莱氏体Ld’+（由先共晶奥氏体经共析转变的) 珠光体P＋（从先共晶奥氏体沿其晶界析出的）二次渗碳体
枝晶？ Fe3CII？
材
料 亚共晶白口铁
热 处 理 金属模铸造
显 微 组 织 先共晶枝晶+莱氏体（变）
浸 蚀 剂 4%硝酸酒精
3.画出6块样品（20,60,T8,T12,亚，过）的组织示意图， F50MM半圆，标出各相关参数；并结合相图及课堂讨论分析 其特征, 绘出结晶过程示意图(全部手绘);要求分别描述组 织组成和相组成的计算方法。
4.个人感想与体会；你是否从此实验中达到预期的实验目的， 有何收获？
六、课堂讨论
T / ºC
材
料 T12钢
热 处 理 退火
显 微 组 织 珠光体+渗碳体网
浸 蚀 剂 碱性苦味酸溶液
原放大倍数 200
T12钢
浸蚀剂 4％硝酸酒精溶液
碱性苦味酸溶液
Ld: γ+Fe3C Ld’: P+Fe3C
共 晶 白 口 铸 铁
最终组织：变态莱氏体Ld’(珠光体与渗碳体的机械混合物)
特征？ 黑？ 白？
碳素结构钢：用于制造各种加工工具的钢种。用钢中平均含 碳量的两位数字表示，单位万分之一。例如：钢号45，表示 平均含碳量为0.45％的钢。
三、实验设备及样品
1.光学显微镜；
2.标准样品（10个；七种类型） ：
（1）工业纯铁 (< 0.0218%C）: Fe
（2）亚共析钢 (0.0218-0.77%C): 20, 45, 60
铁碳相图对应的 显微组织和分析
一、实验目的
什么是共析钢、亚共析钢、过共析钢
什么是共析钢、亚共析钢、过共析钢一、共析钢、亚共析钢、过共析钢1.共析钢碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到α——铁中的固溶体叫铁素体，溶解到γ——铁中的固溶体叫奥氏体。
铁素体与奥氏体都具有良好的塑性。
当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时，剩余出来的碳将与铁形成化合物——碳化铁（Fe3C）这种化合物的晶体组织叫渗碳体，它的硬度极高，塑性几乎为零。
从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见，当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占12%，铁素体约占88%时，该合金的相变是在恒温下实现的。
即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失（加热时），如果出现则两者又同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。
基于这个原因，人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待，并且命名为珠光体，这种钢就叫做共析钢。
即含碳量正好是0.77%的钢就叫做共析钢，它的组织是珠光体。
2.亚共析钢常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77%，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。
碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。
3.过共析钢工具用钢的含碳量往往超过0.77%，这种钢组织中渗碳体的比例超过12%，所以除与铁素体形成珠光体外，还有多余的渗碳体，于是这类钢的组织是珠光体+渗碳体。
这类钢统称为过共析钢。
二、有关钢材机械性能的名词1.屈服点（σs）钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）2.屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。
铁碳相图详细讲解要点说明
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。
⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C）下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。
图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。
继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。
温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。
在4~5点之间，不发生组织转变。
冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。
在6-7点之间冷却，不发生组织转变。
温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe3C III。
7点以下，随温度下降，Fe3C III量不断增加，室温下Fe3C III的最大量为：%31.0%1000008.069.60008.00218.03=⨯--=ⅢCFeQ。
图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
工业纯铁的室温组织为α+Fe3C III，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe3C III。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②）的结晶过程共析钢的含碳量为0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量0.53%，因此冷却时不发生包晶转变，其结晶过程及组织转变示于图3 - 29。
铁碳合金相图及平衡组织分析
P+Fe3CⅡ （白网） 4%硝酸酒精溶液
L´d+ Fe3CⅠ 4%硝酸酒精溶液
过共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
F+P
4%硝酸酒精溶液
铁碳合金相图及平衡组织分析铁碳合金相图及平衡组织分析Fe—Fe3C合金平衡相图亚共析钢过共析钢过共晶白口铁亚共晶白口铁
铁碳合金相图及平衡组织分析
F+P
4%硝酸酒精溶液
L´d+ Fe3CⅠ 4%硝酸酒精溶液
工业纯铁（4%硝酸酒精溶液）
15钢（4%硝酸酒精溶液）
45钢（4%硝酸酒精溶液）
65钢（4%硝酸酒精溶液）
T8钢（4%硝酸酒精溶液）
T12钢（4%硝酸酒精溶液）
T12钢（碱性苦味酸钠水溶液）
共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
亚共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
铁碳合金相图及平衡 组织分析
Fe—Fe3C合金平衡相图
共
析
工
钢
业
纯
铁 亚共析钢
过共析钢
共 晶 白 口 铁
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
铁碳合金平衡组织试样
序号 试样名称 处理状态 显微组织
浸蚀剂
1 工业纯铁2Leabharlann 15钢345钢
4
65钢
5 T8钢
6 T12钢
7 T12钢
8 亚共晶白口铁
9 共晶白口铁
10 过共晶白口铁
P+Fe3C Ⅱ （黑网） 碱性苦味酸钠水溶液
T12钢（碱性苦味酸钠水溶液）
F+P
4%硝酸酒精溶液
L´d+ Fe3CⅠ 4%硝酸酒精溶液
65钢（4%硝酸酒精溶液）
P+Fe3CⅡ （白网） 4%硝酸酒精溶液
铁碳相图对共析钢亚共析钢和过共析钢的详细分析
四、 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
铁碳合金—碳钢和 铸铁，是工业应用 最广的金属材料。
含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢。
含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为相图的组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已 无实用价值。
相组成物：F，Fe3C
2、亚共晶白口铁的结晶过程
L→L+A → A+Lｄ (共晶A+Fe3C共晶) →A+Lｄ (A+Fe3C共晶 +Fe3CII) + Fe3CII →P+Lｄ’(P+Fe3C共晶+Fe3CII) + Fe3CII
相组成物：F，Fe3C
3、过共晶白口铁的结晶过程
L→L+ Fe3CI → Fe3CI +Lｄ (共晶A+Fe3C共晶) → Fe3CI +Lｄ (A+Fe3C共晶+Fe3CII) → Fe3CI +Lｄ’(P+Fe3C共晶+Fe3CII)
(五) 亚共晶白口铁的结晶过程 合金在1~2点间析出A。到2点，液相成分变到C点,
并转变为Le。2~3点间从A中析出Fe3CⅡ，一次A的 Fe3CⅡ被共晶A 衬托出来。到3点，A转变为P。
亚共晶白口铁室温组织 为P+Fe3CⅡ+Le’。
室温下组织组成物相对 重量百分比为 ：
N
1
D
E2
E
2C
℃
+
+
Ⅲ
+
Ⅱ
Ⅱ
铁碳相图
铁碳相图
温度降低(350C~MS)时，碳原子扩散能力更低，铁
素体在奥氏体的晶界或晶内某些晶面上长成针状，碳
原子在铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形
式析出，从而形成了下贝体。
铁碳相图
（2）贝氏体的组织形态及性能
上贝氏体中短杆状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶
内生长的铁素体条间，在光镜下呈羽毛状（左图）。下
开始转变相转变终了的时间
点，描绘在以温度为纵坐标、
时间为横坐标(以对数表示)
的坐标图上，并分别连线，
即得到所要测定的C曲线。
铁碳相图
C曲线分析
（1）MS线和MF线是奥氏体向马氏体开始转变和转
变终了温度。 A1的~ MS之间转变开始线以左的区域为
过冷奥氏体区。转变终了线以右和MF点以下为转变产
物区。开始转变和转变终了线之间为转变过渡区（过
铁碳相图
（2）合金元素的影响： 除Co外，所有溶于奥氏体的合金元素都增加奥氏体 的稳定性，即使C曲线右移。
但是当合金元素未溶于奥氏体中，以碳化物的形式
存在时，它们将降低奥氏体的稳定性，即使C曲线左移。
铁碳相图
（3）加热温度和保温时间的影响： 加热至Ac1，以上温度时，随着奥氏体化温度的提 高和保温时间的延长．奥氏体的成分更加趋于均匀； 未溶碳化物减小；晶粒长大，晶界面积减小。结果 降低了过冷奥氏体在冷却转变时分解的形核率，使 奥氏体稳定性增加，C曲线右移。
度与过冷奥氏体转变产物及其转变量之间的关系。
铁碳相图
（1）CCT曲线分析
共析钢的CCT曲线中无贝氏
体转变区，珠光体转变区下部多
一条转变中止线K、PS、PZ分别
为奥氏体转变为珠光体的开始线 和终了线。当连续冷却曲线碰到 K线时，过冷奥氏体中止向珠光 体型组织转变，而继续冷却一直
铁碳平衡相图详解
2.4 主要特性点
1）A点 纯铁的熔点，温度1538℃，W(c) =0%；
2）C点 共晶点，温度1148℃，W(c) =4.3% 成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应：
Lc→Ld（AE+Fe3C）； 3）D点
渗碳体熔点，温度1227℃，W(c) =6.69%；
9
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4）E点 碳在γ-Fe中的最大溶解度，温度1148℃，W(c) =2.11%；
中析出铁素体的终了线。
15
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8）PQ线 碳在铁素体中的溶解度曲线。在727℃时， W(c)
=0.0218%，溶碳量最大；在600℃时， W(c) =0.0057%。 在727℃缓冷时，铁素体随着温度降低，溶碳量减少，
铁素体中多余的碳将以渗碳体（三次渗碳体Fe3CIII）的形式 析出。一般情况下，忽略Fe3CIII的存在。
6
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2）两相区(七个)： L+δ δ+A L+A； L+Fe3C； A+F； A+Fe3C； F+Fe3C
7
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3）三相区(两个) L、A、Fe3C—— ECF线：共晶线，是液相、奥氏体、 渗碳体的三相共存线； A、F、Fe3C ——PSK线，共析线，是奥氏体、铁素 体、渗碳体的三相共存线。
1
1.铁碳合金状态图
1.1 以构成相标注的铁碳相图 目前应用的
铁碳合金状态图 是W(c)为0～ 6.69%的铁碳合 金部分（即FeFe3C部分）， W(c)大于6.69％ 的铁碳合金在工 业领域应用鲜见 报道。
2
1.2 以特性点标注的铁碳相图
注：虚线、点划 线的意义——— 尚未准确确定的 数据、磁学转变 线、有序－无序 转变线。
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.
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
⇄
.
L+Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF ⑵ 两条水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械 混合物，称作莱氏体, 用Le 表示。为蜂窝状, 以Fe3C为 基，性能硬而脆。
.
莱氏体
PSK：共析线
③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C)
.
(一) 共析钢的结晶过程 合金液体在 1-2
点间转变为A。 到S点发生共析 转变： AS⇄FP+Fe3C, A 全部转变为 珠光体。
.
℃
+
1点以上：L
+
1～2点：LA
2～3点：A
+
3～3'点： AP 3'点以下：P
.
珠光体在光镜下呈指纹状. 转变结束时，珠光体中相
第四节 铁碳合金相图 1、铁碳合金的基本相与性能 2、铁碳合金相图与结晶过程 3、含碳量对铁碳合金组织性能的影响 4、铁碳合金相图的应用
.
铁碳合金—碳钢和 铸铁，是工业应用 最广的金属材料。
含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢。
含碳量为 2.11%~一系列稳定化合物：Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为相图的组元看待。
S ⇄FP+ Fe3C
L+ Fe3C
共析转变的产物是 F与
Fe3C的机械混合物，称 作珠光体，用P表示。
珠光体 .
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
⑶ 其它相线 GS—A⇄ F 固溶
体转变线, GS又 称A3 线。
ES—碳在 -Fe中
的固溶线。又称 Ac m线。
构转变。同素异构转变属于 相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
.
⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零 Fe3C是一个亚稳相，在一
是构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可以是两相或者 多相混合物。
铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体 珠光体：共析反应的产物，是F与Fe3C片层相间的两 相混合物 莱氏体：共晶反应的产物，高温莱氏体是A与Fe3C两 相混合物, 室温莱氏体是珠.光体与Fe3C的两相混合物
二、铁碳合金相图的分析
的相对重量百分比为：
QF
SK 6.690.77 88.8%, PK 6.690.0218
QFe3C 100%88.8%11.2%
珠光体中的渗碳体称共析
渗碳体。
S点以下，共析 F 中析出 Fe3CⅢ，与共析Fe3C结合 不易分辨。室温组织为P。
.
珠光体
室温下，珠光体中两
相的相对重量百分比
1
2
是多少？
定条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反 应对铸铁有重要意义。
由于碳在-Fe中的溶解度
钢中的渗碳体
很小，因而常温下碳在铁
碳合金中主要以Fe3C或石 墨的形式存在。
.
铸铁中的石墨
三个基本相：铁素体、奥氏体和渗碳体。但奥氏体一 般仅存在于高温下，所以室温下所有的铁碳合金平衡 组织中只有两个相，就是铁素体和渗碳体。 五种组织组成物：
4L Q QL
3
6 .6 9 0 .7 7 8 8 .5 % 6 .6 9 0 .0 0 0 8
Q4
9
Q Fe3C 1 0 0 % 8 8 .5 % 1 1 .5 %
.
共析钢的结晶过程
.
(二) 亚共析钢的结晶过程 以0.40%C的钢为例
Ⅲ
A
H
B
J
合金在3点以前通过匀晶
—包晶—匀晶反应全部转 变为A。到4点，由A 中析出F 。到5点, A成分
.
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体 大，1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体 晶粒，晶界较直。强 度低、塑性好，钢材 热加工都在A 区进行.
碳钢室温组织中无奥
氏体。
.
奥氏体
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
.
一、铁碳合金的基本相和性能
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称 铁素体, 用F 或 表示。
碳在δ-Fe中的固溶体称 δ -铁素体，用δ 表示。
铁素体
都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低, 在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
PQ—碳在-Fe
中的固溶线。
.
⒊ 相区 ⑴ 单相区：
L、A、F、Fe3C ⑵ 两相区: L+A、
L+Fe3C、A+Fe3C、 A+F、F+Fe3C ⑶ 两个三相区： 即ECF(L+A+ Fe3C)、PSK(A+F+ Fe3C)两条水平线
.
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程
铁碳合金按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
G S
P
+Fe3C
沿GS线变到S点， A发生
共析反应转变为珠光体。温度继续下降，F 中析出
Fe3CⅢ，由于与共析Fe3C结合, 且量少, 忽略不计.
.
℃
+
1点以上：L
1～2点：LA
+
2～3点：A
3～4：AF
+
℃
+
4～4'：AP
4'点以下：P+F
+
共析温度下相的相对重量为：
0 .4 0 0 .0 2 1 8 + Q F e 3 C 6 .6 9 0 .0 2 1 8 1 0 0 % ,Q 1 Q F e 3 C
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已 无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C%. (at%) →
C
铁碳合金相图是 研究铁碳合金最 基本的工具，是 研究碳钢和铸铁 的成分、温度、 组织及性能之间 关系的理论基础, 是制定热加工、 热处理、冶炼和 铸造等工艺依据.
⑵ 钢 (0.0218~2.11%C) 高温组织为单相A
① 亚共析钢 (0.0218~0.77%C)
② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢
(0.77~2.11%C)
.
⑶ 白口铸铁 (2.11~6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆
① 亚共晶白口铸铁 (2.11~4.3%C)
② 共晶白口铸铁 (4.3%C)