铁碳合金相图考点分心

五、铁碳合金考点分析

重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算。

基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。

铁素体：溶于α-Fe 中的间隙固溶体，为体心立方结构，常用符号F或α表示。奥氏体塑性很好，具有顺磁性。奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为面心立方结构，常用符号A或γ表示。

δ铁素体：碳溶于体心立方晶格δ-Fe 中的间隙固溶体，以δ表示。

渗碳体：Fe3C，含碳量为ωC=6.69%，可用C m表示，具有很

高的硬度，但塑性差，低温下具有一定的铁磁性。Fe-Fe3C相图分析单相区——5个

相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：

液相区(L)——ABCD 以上区域

δ固溶体区——AHNA 奥氏体区(γ或A)——NJESGN

铁素体区(α或F)——GPQG

渗碳体区(Fe3C)——DFKL直线以左

两相区——7个

7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：

L+δ——AHJBA

L+γ——BJECB

L+Fe3C——DCFD 符T C % 说明

A1538 0 纯铁的熔点

B1495 0.53 包晶转变时液相成分C1148 4.30 共晶点

D1227 6.67 渗碳体的熔点

E1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大

溶解度

F1148 6.67 渗碳体的成分

G912 0 纯铁α↔γ转变温度H1495 0.09 碳在δ-Fe中的最大

溶解度

J1495 0.17 包晶点

K727 6.67 渗碳体的成分

N1394 0 纯铁γ↔δ转变温度P727 0.0218 碳在α-Fe中的最大

溶解度

S727 0.77 共析点

Q

600 0.0057 600˚C碳在α-Fe中的

溶解度

δ+γ——HNJH

γ+α——GPSG

γ+ Fe3C——ESKFCE

α+ Fe3C——PQLKSP+ Fe3C+

三相区——3个

包晶线——水平线HJB(Lδ+γ)

共晶线——水平线ECF(Lγ+Fe3C)

共析线——水平线PSK(γ+α+ Fe3C)

包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反应式为：L B+δH

→γJ

式中L0.53——含碳量为0.53%的液相；

δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体；

γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即奥氏体，是包晶转变

的产物。

含碳量在0.09~0.53%之间的合金冷却到1495℃时，均要发生

包晶反应，形成奥氏体。

共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应式为：L C→

γE+Fe3C

共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏

体，用L d表示。凡是含碳量大于 2.11%的铁碳合金冷却到

1148℃时，都会发生共晶反应，形成莱氏体。

共析转变发生727℃（水平线PSK，也称为A1线），反应式

为：γS→αP+Fe3C

共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用字母P表示。含碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至727℃时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形成珠光体。Fe-Fe3C相图中的ES、PQ、GS三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：

ES线（A cm线）是碳在奥氏体中的溶解度曲线。奥氏体的最大溶碳量是在1148℃时，可以溶解2.11%的碳。而在727℃时，溶碳量仅为0.77%，因此含碳量大于0.77%的合金，从1148℃冷到727℃的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体称为二次渗碳体(Fe3C II)。

PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。727℃时铁素体中溶解的碳最多(0.0218%)，而在200℃仅可以溶解7×10-7%C。所以铁碳合金由727℃冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3C III)。由于三次渗碳体沿铁素体晶界析出，因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高的铁碳合金，三次渗碳体（含量太少）可以忽略不计。

GS线（A3线）是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中，铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素异晶转变的纯金属，其固溶体也具有同素异晶转变，但其转变温度有变化）。

五. 填图 1: A、B、C、D各是什么相区？写出共析反应式并指出在Fe－Fe

C相图中指出45、T8、T12钢的室温组织。

3

1．解：A：γ、B：L＋γ、C：α＋γ、D：γ+二次渗体2．共析反应式：γS→α

+Fe3C

P

45钢的室温组织: α＋P

T8钢的室温组织：P

T12钢的室温组织：P＋二次Fe3C

2.T12钢加热到Ac1以上，用下图的各种方法冷却，分析其所得到的组织。

2解：

a ——M + A′+ Fe3CⅡ

b ——B下+ M +A′+ Fe3CⅡ

c —— B下 + Fe3CⅡ

3.共析钢加热到相变点以上，用下图的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？

a ——M + A′；

b ——M + A′；

c ——T + M + A′

d —— B下；

e —— S ；

f —— P ；

g —— P ；

5.画出 Fe-Fe 3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P 、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。

C ：共晶点1148℃ 4.30%C ，在这一点上发生共晶转变，

反应式：C Fe A Lc E 3+⇔，当冷到1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体()()C Fe A Le E 3+→