(完整版)铁碳合金相图(一)
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铁碳合金相图分析
1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)
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12
铁素体的显微组织
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。
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奥氏体的组织
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在。
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（3）Fe3C(渗碳体） cementite
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4
（1）纯铁pure iron（多型性）
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➢ 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变。
➢ 在912℃以下为体心立方 ， 称α铁(α-Fe)；
➢ 低温的铁具有铁磁性，在 770℃ 以 上 铁 磁 性 趋 于 消 失 。
➢ 912℃—1394℃ 之 间 为 面 心 立方，称为γ铁(γ-Fe)；
称为铸铁 ➢含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工
业纯铁
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根据组织特征可将铁碳合金分为以下七种
①工业纯铁(<0.0218％C)； ②共析钢，0.77％C； ③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； ④过共析钢(0.77％-2.11％C)； ⑤共晶铸铁(4.30%C)； ⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； ⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C)。
G 912
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0
α与γ同素异构转变点(A3)
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2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点
符号 H J K N P S Q
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温度/℃ 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量/% 含义
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
(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。
铁碳合金相图
• 当温度降至2点时，合金全部结晶成奥氏体，温度降至2～3点之间时，合 金为单相奥氏体。
• 温度降至3点，即共析点S时，含碳量0.77%的奥氏体在727℃温度下发生共 析反应。从奥氏体中同时析出铁素体F和渗碳体Fe3C，两相所组成的共析 组织即珠光体P。
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15
• 珠光体是在727℃恒温下生成的，温度降到室温时组织基本不发生变 化。只是铁素体的含碳量从0.0218%降至几乎为零，碳则以微量的三
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10
• 珠光体是铁碳合金中室温时的一个平衡组织，其力学性能数据如下：
抗拉强度δ b 布氏硬度 HB
750-900Mpa 180-280HB
断后延伸率 A11.3 冲击韧性 a K
20%~25% 30~40J/cm²
• 由此可见，珠光体力学性能介 于铁素体与渗碳体之间，具有 较好的塑性和韧性，强度较高， 硬度适中。正火后便可得到珠 光体组织。
• 相图的左下部为共析相图。共析相图与共晶相图相似，所不同的是共晶相图是
从液相中同时析出两个固相，产物称作共晶体；而共析相图则是从一个固相中同
时析出两个新的固相，产物称作共析体。在铁碳合金中，含碳0.77%的奥氏体在
727℃时发生共析反应：
恒温
A0.77
F0.0218 + Fe3C
727℃
以上反应生成的铁素体与渗碳体组成的机械混合物共析体组织，称为珠光体，以符号P表示。
• 碳溶入α-Fe和γ-Fe中所形成的固溶体称为铁素体和奥氏体。 当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物 相Fe3C，称为渗碳体。
• 碳原子溶入δ-Fe中所形成的固溶体称为高温铁素体。它在 1394℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性 能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。
• 温度降至3点，即共析点S时，含碳量0.77%的奥氏体在727℃温度下发生共 析反应。从奥氏体中同时析出铁素体F和渗碳体Fe3C，两相所组成的共析 组织即珠光体P。
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• 珠光体是在727℃恒温下生成的，温度降到室温时组织基本不发生变 化。只是铁素体的含碳量从0.0218%降至几乎为零，碳则以微量的三
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• 珠光体是铁碳合金中室温时的一个平衡组织，其力学性能数据如下：
抗拉强度δ b 布氏硬度 HB
750-900Mpa 180-280HB
断后延伸率 A11.3 冲击韧性 a K
20%~25% 30~40J/cm²
• 由此可见，珠光体力学性能介 于铁素体与渗碳体之间，具有 较好的塑性和韧性，强度较高， 硬度适中。正火后便可得到珠 光体组织。
• 相图的左下部为共析相图。共析相图与共晶相图相似，所不同的是共晶相图是
从液相中同时析出两个固相，产物称作共晶体；而共析相图则是从一个固相中同
时析出两个新的固相，产物称作共析体。在铁碳合金中，含碳0.77%的奥氏体在
727℃时发生共析反应：
恒温
A0.77
F0.0218 + Fe3C
727℃
以上反应生成的铁素体与渗碳体组成的机械混合物共析体组织，称为珠光体，以符号P表示。
• 碳溶入α-Fe和γ-Fe中所形成的固溶体称为铁素体和奥氏体。 当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物 相Fe3C，称为渗碳体。
• 碳原子溶入δ-Fe中所形成的固溶体称为高温铁素体。它在 1394℃以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性 能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。
铁碳合金相图
碳钢，自液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。
第四节 铁碳合金的成分、组织、性能间的关系
一、含碳量与平衡组织间的关系
运用杠杆定律求得含碳量与铁碳合金缓冷后的组织组分及相组分间 的定量关系（如图4-16所示）
图4-16 铁碳合金中含碳量与组织组分及相组分间的关系
二、含碳量与力学性能间的关系
由图4-17可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中含碳量的增 加，钢的强度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时，因渗碳体 网的存在，不仅使钢的塑性、韧 性进一步降低，而且强度也明显 下降。
Fe3C的结构 渗碳体硬度很高，脆性很大，塑性极差。
8
渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结
构的间隙化合物。它的含碳量为6.69%;熔点为1227℃ 左右;不发生同素异晶转变;但有磁性转变，它在230℃ 以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性;其 硬度很高(相当于HB800)，而塑性和冲击韧性几乎等于 零，脆性极大。
f.在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000~1250℃。
g.钢铆钉一般用低碳钢制作。 h.钳工锯削70钢、T10钢、T12钢比锯20钢、30钢费力，锯条易磨钝。
简化后的Fe-Fe3C相图
三、铁-渗碳体相图中铁碳合金的分类
Fe-Fe3C相图中不同成分的铁碳合金，具有不同的显微组织和性能， 通常根据相图中P点和E点，可将铁碳合金分为工业纯铁，钢和白口铸 铁三大类。 工业纯铁（P点左面）
它的力学性能介于铁素
体和渗碳体之间，即其 强度、硬度比铁素体显 著增高，塑性、韧性比 铁素体要差，但比渗碳
体要好得多。
珠光体组织呈指纹状，其中白色的基底为铁素体
(完整版)铁碳合金相图(一)
理论课教案2、纯铁的同素异构转变(1)金属的晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格(2)纯铁的同素异构转变同素异构转变的概论：金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。
具有同素异构转变的金属有：铁、钻、钛、锡、锰等。
引导学生分析寸铁的冷却过程纯铁的冷却曲线1394 CS — Fe体心立方晶格Y — Fe面心立方晶格3、铁碳合金的基本组织与性能(1) 铁素体：概念：碳溶解在a -Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体。
符号：F 体心立方晶格 存在温度区间：室温 912C溶解能力：溶解度很小，在7270C 时，碳在a -Fe 中的最大 溶碳量为0.0218%,随温度的降低逐渐减小。
性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相 似。
即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。
(2) 奥氏体：概念：碳溶解在丫一 Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
符号：A面心立方晶格存在温度区间：大于727C溶碳能力：较强。
在11480C 时可溶C 为2.11%,在7270C 时，可溶 C 为0.77%。
(0.0218% ——2.11%)性能：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在 高温进行锻造和扎制时所要求的组织。
(3) 渗碳体：概念：含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物。
符号：Fe3C复杂的斜方晶体存在温度区间：室温 ------ 1148C 溶碳能力： C=6.69%912 C体心立方晶格结合纯铁 冷却曲线 得到铁碳 合金五种 组织。
铁碳合金相图1
第四章 铁碳合金相图
一、铁碳合金相图 铁碳合金相图是研究钢 和铸铁的基础，对于钢铁材 料的选用以及热加工和热处 理工艺的制订也具有重要的 指导意义。 铁和碳可以形成一系列 化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC 等, 有实用意义并被深入研 究的只是Fe-Fe3C部分。 ☆ 老师提示：重点内容
二、 铁碳合金中的基本相及组织 1、纯铁的同素异构转变
铁碳 合金
钢
含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。 白口铸铁 共晶白口铸铁：含碳量为4.3%; 亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%—4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；
3、典型铁碳合金的结晶过程分析
工业纯铁的结晶过程
（1） 共析钢 [w(C) = 0.77%]平衡结晶过程
渗碳体的显微组织
奥氏体的晶格结构
渗碳体的晶格结构
5、珠光体（ pearlite ）： 铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 用符号P表示。 性能---力学性能介于两者之间。常见的形态是铁素体与渗碳 体片层相间分布的，片层越细密，强度越高。
珠光体的显微组织
珠光体的显微组织
6、莱氏体（ ledeburite ）： 奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 用符号Ld表示。 性能---硬度高，塑性差。
（3）过共析钢[0.77%<w(C) ≤2.11%]平衡结晶过程
L→L+A→A→A+Fe3CII→As+Fe3CII →P+Fe3CII
因此室温平衡组织为Fe3CII +P。 在显微镜下, Fe3CII呈网状分布在层片状P周围。
T12钢的室温平衡组织 Fe3CII +P 含1.2%C的过共析钢的组成相为F和Fe3C； 组织组成物为 Fe3CII和 P, 它们的质量分数为多少？
一、铁碳合金相图 铁碳合金相图是研究钢 和铸铁的基础，对于钢铁材 料的选用以及热加工和热处 理工艺的制订也具有重要的 指导意义。 铁和碳可以形成一系列 化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC 等, 有实用意义并被深入研 究的只是Fe-Fe3C部分。 ☆ 老师提示：重点内容
二、 铁碳合金中的基本相及组织 1、纯铁的同素异构转变
铁碳 合金
钢
含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。 白口铸铁 共晶白口铸铁：含碳量为4.3%; 亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%—4.3%之间； 过共晶白口铸铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；
3、典型铁碳合金的结晶过程分析
工业纯铁的结晶过程
（1） 共析钢 [w(C) = 0.77%]平衡结晶过程
渗碳体的显微组织
奥氏体的晶格结构
渗碳体的晶格结构
5、珠光体（ pearlite ）： 铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 用符号P表示。 性能---力学性能介于两者之间。常见的形态是铁素体与渗碳 体片层相间分布的，片层越细密，强度越高。
珠光体的显微组织
珠光体的显微组织
6、莱氏体（ ledeburite ）： 奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物。 用符号Ld表示。 性能---硬度高，塑性差。
（3）过共析钢[0.77%<w(C) ≤2.11%]平衡结晶过程
L→L+A→A→A+Fe3CII→As+Fe3CII →P+Fe3CII
因此室温平衡组织为Fe3CII +P。 在显微镜下, Fe3CII呈网状分布在层片状P周围。
T12钢的室温平衡组织 Fe3CII +P 含1.2%C的过共析钢的组成相为F和Fe3C； 组织组成物为 Fe3CII和 P, 它们的质量分数为多少？
铁碳合金相图(超清楚版)
特性点符号 温度/ ℃ ω c（%） 含义
A 1 538
0
熔点：纯铁的熔点
C 1 1 48
4. 3 共晶点：发生共晶转变L4. 3→Ld( A2. 1 1 %+Fe3C共晶)
D 1 227
6. 69 熔点：渗碳体的熔点
E 1 1 48
2. 1 1 碳在γ- Fe中的最大溶解度点
G 91 2
0
同素异构转变点
温度/ ℃
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
00
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
S 727 P 727
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
铁碳合金相图(超清楚版)
特性点符号 温度/ ℃ ω c（%） 含义
A 1 538
0
熔点：纯铁的熔点
C 1 1 48
4. 3 共晶点：发生共晶转变L4. 3→Ld( A2. 1 1 %+Fe3C共晶)
D 1 227
6. 69 熔点：渗碳体的熔点
E 1 1 48
2. 1 1 碳在γ- Fe中的最大溶解度点
G 91 2
0
同素异构转变点
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
温度/ ℃
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
1 200
1 1 00
γ
1 000
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
铁碳合金相图1-2
Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Ni、Cu-Au、Cr-Mo等。
1.相图分析
相图的基本分析
对相图中各重要的点、各重要的线和各个面（区域）进行分析。
典型合金的结晶过程分析 选择若干典型合金，分析它们从高温冷却至室温的过程中所发生的 各种变化。
4.2 二元合金相图
相图分析和典型合金平衡结晶过程分析：
T,C
液相线 （Liquidus） 固相线 （Solidus） L
t3 t2
L＋
合金结晶开始的温度连线 L
B
合金结晶终了的温度连线
L
t1
1 2
t4
匀晶转变 L
A
3
冷却曲线
Cu-Ni合金相图
t
4.2 二元合金相图 固溶体合金的结晶特点：
①固溶体的结晶过程与纯金属一样由形核和长大完成。 实际结晶时也需要一定的过冷度。 ②结晶是在一温度范围内进行的。 只有在温度不断下降时，固相 的相对量才增加，温度不变，液相L和 固相 的相对量保持不变，即达到平衡状态。 ③结晶时，L相和 相的成分分别沿着液相线和固相线变化。 ④结晶时，L相和 相的相对量不断变化。
4.2 二元合金相图
Cu-Ni二元合金相图的建立
wNi=80% wNi=100% wNi=60%
wNi=40%
温 wNi=20% 度
wCu=100%
时间
Cu
20
40
60
80
Ni
wNi（%）
4.2 二元合金相图
2、基本相图
大多数二元相图都是由几类最基本的相图组合而成的，或者说，许多 二元相图都包含了几类基本相图。
两种或两种以上的相按一定的质量百分数，以混合形式组合在一起的 组成物。
6讲铁碳合金相图(1)
A
5）PQ线:碳在铁素体中 L+A 的溶解度曲线。铁素体冷 C 1148℃ E 却到此线，将以Fe3C形 A ( A+Fe C ) G 式析出过饱和的碳，称为 Ld A+ 三次渗碳体（Fe3CⅢ）， Fe CⅡ A+Ld+Fe CⅡ A+F S F P 数量极少。 ( F+ Fe C ) P+Ld’+Fe CⅡ Ld’ 一、二、三次渗碳体， P ( P+Fe C ) 对钢铁性能的影响是一样 Q P+F P+Fe CⅡ 0.0218%C 0.77%C 2.11%C 4.3%C 的。
15
（5）相图中的特性点
点的符号 温度℃
A B 1538 1495
含碳量%
0 0.53
说明
纯铁的熔点包晶反应时液相的成分
C
D E F G H J K N P
1148
1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727
4.3
6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218
由于Fe3C的含碳量为6.69%，是个亚稳定的化合物， 故可作为合金的一个组元，因此，这个状态图实际上是 Fe- Fe3C状态图。它是研究不同含碳量的钢和铸铁在不 同温度下组织变化规律的重要工具。 9
1、铁碳合金状态图的建立 • 铁碳合金的结晶过程尽管比纯铁复杂，但同样可用热分析法测定。 下面以铁碳合金状态图左下角部分的建立为例进行说明。 （1）配制不同成分的铁碳合金（表1-2） 用热分析法测定各合金的冷却曲线。进行测定时，先将各合金加 热熔化，然后使之非常缓慢地冷却，测出合金在1200 ℃以下部 分的冷却曲线。
5）PQ线:碳在铁素体中 L+A 的溶解度曲线。铁素体冷 C 1148℃ E 却到此线，将以Fe3C形 A ( A+Fe C ) G 式析出过饱和的碳，称为 Ld A+ 三次渗碳体（Fe3CⅢ）， Fe CⅡ A+Ld+Fe CⅡ A+F S F P 数量极少。 ( F+ Fe C ) P+Ld’+Fe CⅡ Ld’ 一、二、三次渗碳体， P ( P+Fe C ) 对钢铁性能的影响是一样 Q P+F P+Fe CⅡ 0.0218%C 0.77%C 2.11%C 4.3%C 的。
15
（5）相图中的特性点
点的符号 温度℃
A B 1538 1495
含碳量%
0 0.53
说明
纯铁的熔点包晶反应时液相的成分
C
D E F G H J K N P
1148
1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727
4.3
6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218
由于Fe3C的含碳量为6.69%，是个亚稳定的化合物， 故可作为合金的一个组元，因此，这个状态图实际上是 Fe- Fe3C状态图。它是研究不同含碳量的钢和铸铁在不 同温度下组织变化规律的重要工具。 9
1、铁碳合金状态图的建立 • 铁碳合金的结晶过程尽管比纯铁复杂，但同样可用热分析法测定。 下面以铁碳合金状态图左下角部分的建立为例进行说明。 （1）配制不同成分的铁碳合金（表1-2） 用热分析法测定各合金的冷却曲线。进行测定时，先将各合金加 热熔化，然后使之非常缓慢地冷却，测出合金在1200 ℃以下部 分的冷却曲线。
机电工程学院铁碳合金相图1(1)
4.3%C
6.69%C Fe3C
Fe - Fe3C 相图
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。 三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶
转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
工程材料 机械制造基础 -Ⅰ
第五章 铁碳合金相图
机电工程学院 金工学部 王志海
第五章 铁碳合金相图 ( Iron – Carbon Phase Diagram )
Fe – C 相图的基础知识。 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结
构与性能。 Fe - Fe3C 相图的建立与分析。 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能的
C
(6.69%C)
Mg – Si 合金相图
第二节 形成Fe - Fe3C 相图组元 和基本组织的结构与性能
一.组元 * 铁 ( ferrite ) * 渗碳体 ( Cementite )
二.基本组织
1.铁素体 ( F )
( Ferrite ) 碳溶于
α–Fe中形成 的间隙固溶 体。
铁素体组织金相图
1.包晶转变反应式:
LB + H 1495℃ AJ
2.共晶转变反应式:
1148℃
LC
( AE + Fe3C ) Le
3.共析转变反应式:
AS 727℃ ( FP + Fe3C ) P
2.奥氏体 ( A ) --- Austenite
碳溶于 γ-Fe中形成 的间隙固溶 体。
奥氏体组织金相图
3. 渗碳体 ( Fe3C ) --- Cementite
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符号：Fe3C 复杂的斜方晶体
存在温度区间：室温——1148℃
溶碳能力： C=6.69%
性能：熔点 12270C 硬度很高，塑性很差，伸长率和冲击韧 度几乎为零，是一个硬而脆的组织。
（4）珠光体：
概念：是铁素体与碳光体的混合物
符号： P 是铁素体和渗碳体片层相间，交替排列。
存在温度区间： 室温——727℃
溶碳能力：在 7270C 时，C=0.77%
性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较高，硬度 适中，具有一定的塑性。
5、莱氏体
概念：是含碳量为 4.3%的液态铁碳合金在 11480C 时从液体 上中间结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。
符号：Ld 高温莱氏体，温度＞727℃
由于奥氏体在 7270C 时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏 体由珠光体和渗碳体组成叫低温莱氏体。
作业 布置
教
学生听课 情况
学 学生掌握
后
情况
记 存在的问 题
审查签字
习题册
年月日
教师活 动
一、新课导入
教学过程 教学内容
学生活动
回顾上一次课的内容，以提问的形式检查上节课学生的掌握 情况，举实例有技巧得到如本次课要学习的内容。
二、新课讲授
1、合金及其组织
金属：是由单一元素构成的具有特殊光泽、延展性、导电性、 导热性的物质，如铁、金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
符号：A
面心立方晶格
存在温度区间：大于 727℃
溶碳能力：较强。在 11480C 时可溶 C 为 2.11%，在 7270C 时，可溶 C 为 0.77%。(0.0218% ——2.11%)
性能：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在 高温进行锻造和扎制时所要求的组织。
（3）渗碳体：
概念：含碳量为 6.69%的铁与碳的金属化合物。
利用多媒 体效果观 察
固熔体 根据溶质原子在晶格（溶剂）所处的位置不同 可以 分为：
间隙固熔体
置换固熔体
间隙固熔体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固 熔体。
举例：碳、氮、硼等非金属元素熔入铁中
特点：由于熔剂的晶格空间有限，所以溶质原子量是有限的。
：溶质原子
：溶质原子
：溶剂原子
：溶剂原子
置换固熔体：溶质原子置换了熔剂晶格节点上某些原子而形 成的固熔体。
课题 授课教师 教案序号
理论课教案
铁碳合金状态图（一）
专业 授课时间
课
程
机械加工 基础
课 型 新授
教学方法
教学 目标
1、掌握合金的基本概念及合金的组织。
2、掌握固溶解，金属化合物质、混合物。 3、掌握铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的符号及性能 特点。
教学重点难点 及解决办法
掌握铁碳合金的基本组织、性能
合金：是由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过 熔炼或其他方法合成的具有金属特性的物质。
金属材料：金属及其合金的总称
（1）合金组织
固熔体、金属化合物、混合物
1）固熔体
是一种组元的原子熔入另一种元素称为溶质，而基体元素称为溶剂。
固溶体仍然保持溶剂的晶格类型。
符号：F
体心立方晶格
存在温度区间：室温——912℃
溶解能力：溶解度很小，在 7270C 时，碳在α-Fe 中的最大 溶碳量为 0.0218%，随温度的降低逐渐减小。
性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相 似。即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。
（2）奥氏体：
概念：碳溶解在γ－Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。
引导学生 分析寸铁 的冷却过 程
δ－Fe
1394℃
γ－Fe
912℃
α－Fe
体心立方晶格
面心立方晶格
体心立方晶格
3、铁碳合金的基本组织与性能
（1）铁素体：
概念：碳溶解在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体。
结合纯铁 冷却曲线 得到铁碳 合金五种 组织
特点： 原子半径相同或接近，周期位置接近，晶格类型差别 小。
2）金属化合物：
定义；合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的 物质。
特性：（1）可用化学式来表示。
（2）复杂的晶格结构“三高一稳”的性能，高熔点、 高硬度、高脆性
3）混合物：
定义：两种或两种以上的相按一定质量分数组成的物质。
特征：保持自己原来地晶格类型
L’d 低温莱氏体，温度<7270C
溶碳能力：C=4.3%
熟记铁碳 合金五种 组织
性能特点：硬度很高，塑性很差。
F、A、Fe3C 是单相组织，称铁碳合金的基本相。
P、Ld 是由基本相混合组成的多相组织。
三、课堂小结 以叙述的方式对这两节课的内容进行概括性的总结。
四、作业
习题
性能：取决于组成相的性能，分布形态及数量和大小。
固熔强化：通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、 硬度提高的想象。
学生复习 总结三种 合金组织
2、纯铁的同素异构转变
（1）金属的晶格
体心立方晶格面 心立方晶格
密排六方晶格
（2）纯铁的同素异构转变
同素异构转变的概论：
金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的 现象称为同素异构转变。