铁碳相图归纳
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
铁碳相图知识(打印)
铁碳相图知识化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe 中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。
铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。
具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。
奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。
奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
图4 碳在γ－Fe晶格中的位置图5 渗碳体的晶格渗碳体(Fe3C)渗碳体是铁和碳形成的化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的晶体结构（图5），熔点为1227℃。
铁碳合金的相图的最全详细讲解
A金属
B金属
熔点
高
低
合金1
100%
0%
合金2
90%
10%
合金3
80%
20%
……..
……..
…….
合金9
20%
80%
合金10
10%
90%
合金11
0%
100%
相图的建立
热 分 析 法
B 温度
A
时间
温度
A
温度
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温度
ab : 液相线
01
A
温度
02
L + S
L
03
S
ab : 固相线
Fe - Fe3C 相图的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
奥氏体
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%
奥氏体组织金相图
Fe3C是一个亚稳相，在一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。
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)资料
1、 铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 )
金属凝固后晶粒较为粗大（宏观可见）
三个晶区：激冷区、柱状晶区、等轴晶区
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1、 铸锭(件)的三晶区 (结晶不均匀性 )
①激冷区：紧邻型壁的一个 外壳层，它由无规则排列的 细小等轴晶组成； ②柱状晶区：它由垂直于型 壁，彼此平行的柱状晶组成； ③等轴晶区：它处于铸锭(件) 的中心区域，由等轴晶粒组 成。
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
（ 3 ） GP 线：碳在 铁 素 体 (α) 中 的 固 溶度线 在 α+γ 两相区，温 度变化时，铁素体 中的含碳量沿这条 线变化。
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Fe-Fe3C相图中四条重要的固态转变线
（ 4 ） PQ 线 ： 碳 在 铁 素 体 (α) 中的固溶度线 ( 共析 温度以下) 在 727℃时，铁素体含碳 量为 0.0218 ％，在 600℃ 时仅为 0.008 ％，因此温 度下降时铁素体中将析 出渗碳体，称为三次渗 碳体记作Fe3CIII。 图中 (770℃) 线表示铁素 体的磁性转变温度 ( 居里 温度)，常称A2温度。 230℃水平虚线表示渗碳 体的磁性转变温度 24
由于凝固过程中所发生的包括液-固相变的一 系列物理化学变化，造成了铸件(铸锭)在宏观 范围内的不均匀。（不均匀性分为三类）
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三、 合金铸件的组织与缺陷
不均匀性分为三类（根据形态）： 物理不均匀性，包括缩孔、疏松、气泡、 裂纹等； 结晶不均匀性，指初生树枝状晶的大小、 形状、位向和分布； 化学不均匀性，包括树枝状偏析(晶内偏 析)和区域偏析。
铁碳相图详解
铁碳相图详解今天⼩编整理汇总了关于铁碳相图的知识点，⽅便⼤家对铁碳相图的复习~~~相图中的点线区的意义平衡结晶过程及组织分类: (按有⽆共晶转变)碳钢 (Wc<>铸铁 (Wc>2.11%)⼯业纯铁 (Wc<>七种类型: (根据组织, 按含碳量分类)1. ⼯业纯铁 (Wc<>2. 共析钢 (Wc=0.77%)3. 亚共析钢 (Wc=0.0218-0.77%)4. 过共析钢 (Wc=0.77-2.11%)5. 共晶⽩⼝铁 (Wc=4.3%)6. 亚共晶⽩⼝铁(Wc=2.11-4.3%)7. 过共晶⽩⼝铁(Wc= 4.3-6.69%)Wc=0.01%的⼯业纯铁L→ L+δ→δ→δ+γ(奥⽒体)→γ→γ +a (铁素体) → a→ a+Fe3CⅢ(三次渗碳体区)共析钢L→ L+γ(奥⽒体)→γ→（共析反应）→α(铁素体)+Fe3C(共析渗碳体)→α+Fe3C+Fe3CⅢ(三次渗碳体区)省略Fe3CⅢ, 最终组织: α+Fe3C (既: P (珠光体))P (珠光体): 铁素体(a)+渗碳体(Fe3C)共析反应: 727℃γ0.77→α0.0218+ Fe3C (P珠光体)W α 0.0218 =(6.69-0.77)/(6.69-0.218)=88%W Fe3C =1-88%=12%亚共析钢(Wc=0.40%)L→ L+δ→包晶反应→ L +γ(奥⽒体)→γ→γ +α(铁素体)→共析反应→α+P(珠光体)→α+P+Fe3CⅢ(三次渗碳体)省略Fe3CⅢ, 最终组织: α(铁素体)+ P (珠光体)包晶反应: L+ δ→γ(奥⽒体)共析反应后的α与P含量：WP=5P/SPW α=S5/SP过共析钢(Wc=1.2%)L→ L+γ(奥⽒体)→γ→γ +Fe3CⅡ(⼆次渗碳体)→ P(珠光体)+Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)共析反应后的Fe3CⅡ与P含量：WP=4V/SVW Fe3CⅡ =4S/SV共晶⽩⼝铁(Wc=4.3%)L→共晶反应→γ(奥⽒体)+Fe3C(共晶渗碳体)→共析反应→ P(珠光体)+Fe3C(共晶渗碳体)+ Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)L→ Ld(莱⽒体)→ Ld’(低温莱⽒体或变态莱⽒体)共晶反应： L→γ(奥⽒体)+Fe3C(共晶渗碳体)共析反应：γ(奥⽒体) → P(珠光体)P(珠光体)：α(铁素体)+ Fe3C(渗碳体)Ld(莱⽒体)：γ(共晶奥⽒体)+Fe3C(共晶渗碳体)Ld’(低温莱⽒体或变态莱⽒体): P(珠光体)+Fe3C(共晶渗碳体)+ Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)亚共晶⽩⼝铁(Wc=3.0%)L→ L+γ(初晶奥⽒体)→共晶反应→γ(初晶奥⽒体) + Ld(莱⽒体) →γ (初晶奥⽒体) + Ld(莱⽒体) + Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)→共析反应→ P(珠光体)+Ld’(低温莱⽒体）+Fe3CⅡ (⼆次渗碳体)共晶反应后,该铸铁中组织组成物中，初晶奥⽒体含量：W γ =（4.3-3.0)/(4.3-2.11)=59.4%莱⽒体含量: W Ld=(3.0-2.11)/(4.3-2.11)=40.6%过共晶⽩⼝铁(Wc=5.0%)L→ L+Fe3CⅠ(⼀次渗碳体)→共晶反应→ Ld(莱⽒体) + Fe3CⅠ(⼀次渗碳体)→共析反应→ Ld’(低温莱⽒体）+ Fe3CⅠ(⼀次渗碳体)易混淆的概念重结晶：在固态下的相变结晶过程。
铁碳合金相图知识汇总
退火可以使组织均匀化，减少偏 析，为后续的热处理工艺做好准 备。
正火处理对性能影响
提高强度和硬度
正火可以细化晶粒，提高材料的强度和硬度，同时保持一 定的塑性和韧性。
01
改善切削加工性
正火后的组织比退火更细，硬度更高， 因此切削加工性相对较差，但可以通过 调整正火工艺参数来改善。
02
03
提高耐磨性
正火可以提高材料的耐磨性，延长工 件的使用寿命。
区域含义
相图中的区域代表不同的相区，如单相区、双相区等。每个区域都有其特定的组织结构和性能特点。通过了解相 图中各区域的含义，可以预测合金在不同成分和温度下的组织结构和性能表现。
03
铁碳合金相图分析
共析点与共晶点解析
共析点
在铁碳合金相图中，共析点表示的是铁碳合金在特定温度和成分下，奥氏体和渗碳体同 时从铁素体中析出的现象。共析点的温度和成分对于铁碳合金的力学性能和加工性能有
重要影响。
共晶点
共晶点表示的是铁碳合金在特定温度和成分下，液相同时结晶出奥氏体和渗碳体的现象 。共晶点的存在对于铸造和焊接等工艺有重要意义，因为它决定了合金的凝固方式和组
织形态。
各区域组织结构特征描述
铁素体区
铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立 方晶格结构。在铁碳合金相图中，铁素体区位于 共析点左侧，其组织由铁素体和少量珠光体组成 ，具有良好的塑性和韧性。
物理性能指标评价
导热性
铁碳合金的导热性能与其碳含量 和组织结构有关。低碳钢具有较 好的导热性，适用于需要散热的 场合。
导电性
铁碳合金的导电性能通常不如纯 铁，但随着碳含量的降低，其导 电性能会有所提高。
耐腐蚀性
铁碳合金的耐腐蚀性较差，容易 在潮湿环境中生锈。为了提高其 耐腐蚀性，可以采用镀锌、镀铬 等表面处理方法。
铁碳相图详解
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Fe3CIII。
7点以下，随温度下降，Fe3CIII量不断增加，室温下Fe3CIII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+Fe3CIII，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe3CIII。
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。
热处理中最重要的铁碳合金相图的知识总结
铁碳合金相图1、纯铁的同素异构转变许多金属在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银等金属在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格（金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心，如图a）。
钨、钼、钒等金属则为体心立方晶格（八个原子分布在立方体的八个角上，一个原子处于立方体的中心，如图b所示）。
但有些金属在固态下存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等，这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。
金属在固态下随着温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。
图a 面心立方晶体 图b 体心立方晶体图1是纯铁的冷却曲线。
液态纯钛在1538℃进行结晶，得到体心立方晶格的δ-Fe 。
继续冷却到1394℃发生同素异构转变，成为面心立方晶格γ-Fe。
在冷却到912℃又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格α-Fe。
正因为纯铁的这种同素异构转变，才使钢和铸铁通过热处理来改变其组织和性能成为可能。
图1 纯铁的冷却曲线纯铁的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，遵循结晶的一般规律：有一定的平衡转变温度（相变点）；转变时需要过冷度；转变过程也是由晶核的形成和晶核的长大来完成。
但是这种转变是在固态下进行的，原子扩散比液态下困难，因此比液态金属结晶具有较大的过冷度。
另外，由于转变时晶格致密度的改变，将引起晶体体积的变化。
如：γ-Fe转变为α-Fe时，他可能引起钢淬火时产生应力，严重时会导致工件变形或开裂。
纯铁的磁性转变温度为770℃。
磁性转变不是相变，晶格不发生转变。
770℃以上无铁磁性，770℃以下有铁磁性。
2、铁碳合金的基本组织在铁碳合金中，铁和碳是两个基本组元。
在固态下，铁和碳有两种结合方式：一是碳溶于铁中形成固溶体，二是铁与碳形成渗碳体，它们构成了铁碳合金的基本组成相。
（1）液相 用”L”表示。
是铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体。
（2）铁素体用符号"F"（或“α”、“δ”）表示。
铁碳相图详解
Fe-C相图详解图1 Fe-Fe3C合金相图1、相图中的基本相及其符号表示（1）液相（L）：铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体。
（2）高温铁素体（δ）：碳固溶在δ-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，在1394℃以上存在；在1495℃时溶碳量最大，碳的质量分数为0.09%。
（3）铁素体（α/F）：碳固溶在α-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；由于晶格间隙很小，其溶碳能力很低，常温下仅能溶解为0.0008%的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02%，因此其性能几乎和纯铁相同，强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。
（4）奥氏体（γ/A）：碳固溶在γ-Fe中形成的间隙固溶体, 呈面心立方晶格结构，是钢铁的一种层片状的显微组织；由于八面体间隙较大，因此可以容纳更多的碳；奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。
（5）渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物；渗碳体的含碳量为ωc=6.67%，熔点为1227℃；其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大；在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对合金的性能有直接影响：一次渗碳体（Fe3C I）：液相合金冷却到液相线以下时析出的渗碳体，为块状。
共晶渗碳体（Fe3C共晶）：莱氏体中的渗碳体，呈骨骼/树枝状。
二次渗碳体（Fe3C II）：由奥氏体中析出的渗碳体，为网状。
共析渗碳体（Fe3C共析）：珠光体中的渗碳体，呈片状。
三次渗碳体（Fe3C III）：从铁素体晶界上析出，沿铁素体晶界呈断续片状/短棒状分布。
（6）珠光体（P）：铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物；力学性能介于两者之间。
（7）莱氏体（Ld/Ld’）：常温下是珠光体、渗碳体和共晶渗碳体的混合物；当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示；在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏。
铁碳合金相图知识汇总.ppt
相相对量：F%=
Fe3C%=
组12织组成物：F 和 Fe3CIII
工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、 塑性好。主要机械性能如下： 抗拉强度极限 σb 180MPa～230MPa
抗拉屈服极限 σ0.2 100MPa～170MPa 延伸率 δ 30%～50% 断面收缩率 ψ 70%～80% 冲击韧性 ak 1.6×106J/m2～2×106 J/m2
一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热 温度都是依据Fe- Fe3C相图确定的。因此有重要 的意义。
34
在运用Fe-Fe3C相图时应注意以下两点： ①Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平
衡状态, 如含有其它元素, 相图将发生变化。 ②Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金 中相的状态, 若冷却或加热速度较快时, 其组 织转变就不能只用相图来分析了。
23
Fe3C%=
7．过共晶白口铸铁
相组成物：F%=
组织组成物：Le’%=Lc%=
24
Fe3C%= Fe3C%=
小结：标注组织的铁碳相图
25
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系
含碳量——铁碳合金在室温下的组织都由F和 Fe3C两相组成, 两相的质量分数由杠杆定律确
26 定。随C%↑→F%↓，Fe3C%↑
铁熔点或凝固点为1538℃, 相对密度是7.87g/cm3。 纯铁 从液态结晶为固态后, 继续冷 却到1394℃及912℃时, 先后发 生两次同素异构转变。
11
1．工业纯铁（C%≤0.0218%）
L → L+A → A → A+F → F → F + Fe3CIII
相组成物：F+Fe3C (C%>0.0008%)或 F（C%<0.0008%）
铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)
铁碳合金的性能特点
工业纯铁具有较高的磁导率和良好的冷加工性能， 但强度和硬度较低。
钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，同时具有良 好的塑性和韧性。
白口铸铁具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较差。
02 铁碳相图的特征点
CHAPTER
共晶点
总结词
共晶点是铁碳相图中的一个关键点，表 示铁和碳在液态时完全共溶，形成奥氏 体。
控制热处理过程中的相变过程
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中铁 碳合金的相变过程和组织转变，以获得所需的组 织和性能。
提高热处理效率和降低能耗
根据铁碳相图，可以优化热处理工艺，提高热处 理效率和降低能耗，节约能源和资源。
谢谢
THANKS
渗碳体的析出点
总结词
渗碳体的析出点是铁碳相图中的另一个特征点，表示渗碳体在不同温度下从液态或奥氏 体中析出的过程。
详细描述
在渗碳体的析出点，渗碳体开始从液态或奥氏体中析出。这个过程是在一定的温度范围 内进行的，温度越高，析出越快。渗碳体的析出对钢铁的性能有重要影响，如硬度、强
度和韧性等。因此，了解渗碳体的析出点对于钢铁材料的研究和生产具有重要意义。
铁碳相图演示
目录
CONTENTS
• 铁碳相图简介 • 铁碳相图简介 • 铁碳相图的特征点 • 铁碳相图的特征线 • 铁碳相图的演示画法 • 铁碳相图的应用
01 铁碳相图简介
CHAPTER
铁碳合金的分类
根据碳含量，铁碳合金可以分为工业 纯铁、钢和白口铸铁三类。
工业纯铁的碳含量最低，一般在 0.02%以下；钢的碳含量在0.02%2.0%之间；白口铸铁的碳含量在2.0% 以上。
表示铁碳合金开始从液态转变为固态的温度 。
铁碳相图
一、Ｃ％ 对铁碳 合金组 织的影 响
Ψ δ
HB
σｂ ak
C%
二、Ｃ％对铁碳合金机械性能的影响
如图所示
⑴Ｃ％↑，ＨＢ↑，而σｂ的变化必较复杂： 在Ｃ％＝（０～０．９）％范围内， Ｃ％↑，σｂ↑ Ｃ％〉０．９％ Ｃ％↑，σｂ↓ (Fe3 C Ⅱ 呈网状分布)
⑵Ｃ％↑，ψ、δ、ak↓（F相减少） 三、Ｃ％对铁碳合金工艺性能的影响
A0.77 727 ℃ (F 0.02+Fe3C共析)
P称为珠光体
（3）相区： 单相区：Ｌ、Ａ、Ｆ； 两相区：由单相区通过规则填入。
4．铁碳合金的分类 （1）工业纯铁： Ｐ点以左的合金：Ｃ％〈＝０.０２１８％ （2）钢（C％：0.0218～2.11%）
★亚共析钢：Ｃ％(０.０２１８～０.７７％)； ★共析钢： Ｃ％＝０.７７％； ★过共析钢：Ｃ％(０.７７～２.１１％)
七、过共晶白口铸(C％：6.69～4.3%） L Fe3 CⅠ＋Lc Fe3 CⅠ +Ld=（Ae+ Fe3
C） Fe3 CⅠ + Ld= (Fe3 C Ⅱ +A0.77 + Fe3 C) Fe3 CⅠ ＋L’d=(Fe3 C Ⅱ +P＋Fe3 C)
室温组织为：L’d + Fe3 CⅠ
§7－3 铁碳合金的成分与组织和性能的关系
性几乎为零。不能单独使用。
2．Fe－Fe3 C相图中的相 （1）液相L （2）铁素体
☆Ｃ溶于α－Fe（体心立方）形成的间隙固溶体 ；用Ｆ表示。在高温下，
Ｃ溶于－Fe（体心立方）形成的间隙固溶体,称 为高温铁素体。
☆性能： 与纯铁相似
（3）奥氏体A
★ 碳溶于γ－Fe（面心立方）形成的间隙固溶 体；用Ａ表示。
铁碳相图归纳
第四章纯铁：α-Fe 在770℃（居里温度）发生由铁磁性转变为顺磁性，即铁磁性消失。
工业纯铁的力学性能特点是：强度、硬度低，塑性、韧性好C在钢铁中存在的三种形式：溶入Fe的晶格形成固溶体（间隙固溶体）－钢以游离石墨存在于钢铁中－铸铁。
与铁成金属间化合物如Fe3C, Fe2C, FeC）－金属间化合物石墨性能：耐高温，可导电，润滑性好，强度、硬度、塑性和韧性低。
实线为 Fe－Fe3C 相图虚线为 Fe－C 相图α相 C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferrite)。
α= Fγ相 C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。
γ= Aδ相 C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不易观察，也有称高温铁素体。
Fe3C相铁与碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为 Cm(Cementite)。
石墨在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G(Graphite)。
L相碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。
的冷却过程中组织还会发生变化。
Ld(Ledeburite)的共析体组织,称为珠光体，记为P(Pearlite)（1） ABCD ―液相线（2） AHJECF ―固相线（3） HJB ―包晶反应线 (1495 C) L B+δH←→A J（4） ECF ―共晶反应线 (1148 C) L C←→ A E+Fe3C I (称为莱氏体)（5） PSK ―共析反应线 (727 C)As←→Fp+Fe3C (称为珠光体)（6） A CM线（ES线）―从奥氏体析出Fe3CⅡ的临界温度线（7） A3线（GS线）―从奥氏体转变为铁素体线五个单相区：液相区 L 高温固溶体δ；γ相（奥氏体，A) ；α相（铁素体，F) Fe3C相（渗碳体，Cm）七个双相区：L＋δ， L＋γ， L＋ Fe3C，δ＋γ，γ＋ Fe3C，α＋γ；α＋Fe3C三个三相区：HJB线 L＋δ＋γ；ECK线 L ＋γ＋ Fe3C；PSK线γ＋α＋Fe3C工业纯铁 (C%<0.02%)碳钢 ( C%= 0.02% 2.11 wt %）依据C含量不同，又分为：亚共析钢：C<0.77 wt% 共析钢： C=0.77 wt% 过共析钢：C>0.77 wt%白口铸铁 (生铁）（C%= 2.11 6.69 wt %）依据C含量不同，又分为：亚共晶白口铸铁 C<4.3 wt% 共晶白口铸铁 C=4.3 wt% 过共晶白口铸铁 C>4.3 wt% 灰口铸铁（C%= 2.11 6.69 wt %）亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁工业纯铁(C%<0.02%)：组织：F相：α (F)共析钢(C%≈0.77%)：组织：P 相：α(F)＋Fe3C亚共析钢(C%=0.02 0.77%)：组织：F＋P 相：α (F)＋Fe3C组织转变： L→L+A→A→F+A→F+P过共析钢(C%=0.77 2.11%)：组织：P＋Fe3C II相；α (F) ＋Fe3C组织转变：L→L＋A →A→A＋Fe3C II→P＋Fe3C II共晶白口铁(C%≈4.3%)：组织：L’d 相：α (F) ＋Fe3C组织转变 L → Ld（A+Fe3C I)→A+Fe3C II+Fe3C I → (P + Fe3C I（Fe3CⅡ)）亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%)：组织：P＋Fe3C II＋L’d 相：α (F) ＋Fe3C组织转变L→L＋A→A＋Ld→A＋Fe3C II＋Ld→P＋Fe3C II＋L’d过共晶白口铁(C%=4.3 ~ 6.69%)：组织：Fe3C I＋L’d 相：α (F) ＋Fe3C组织转变 L→L+Fe3C I→Fe3C I+Ld→Fe3C I+L’d。
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
归纳和总结铁碳相图中
归纳和总结铁碳相图中铁碳相图归纳和总结铁碳相图是研究铁和碳合金体系中不同组成下的相变行为的重要工具。
它呈现了铁和碳之间的相互作用，揭示了不同温度和组成条件下的相变规律。
本文将对铁碳相图中的主要组成部分进行归纳和总结，以帮助读者更好地了解铁碳合金的性质和应用。
一、铁碳相图的基本结构铁碳相图由铁为主轴、碳为副轴构成。
在相图的横轴上表示碳的含量，纵轴表示温度范围。
铁碳相图可分为几个重要的组成部分：1. 铁的相态区域：铁的相态区域主要由铁的纯介质相组成，包括α铁、γ铁和δ铁。
其中，α铁为低温下的铁相，具有体心立方晶格结构；γ铁为高温下的铁相，具有面心立方晶格结构；δ铁为高温高压下的铁相，具有体心立方晶格结构。
2. 铁碳共晶区：共晶区是铁碳相图中的一个重要组成部分，通常表示为L+Fe3C。
在共晶区域内，铁和碳以共晶的形式存在，即液态的共晶组织同时凝固为铁和Fe3C两种相。
3. 铁碳共饱和区：共饱和区是铁碳相图中的另一个重要组成部分，通常表示为(α+γ)+L。
在共饱和区域内，铁和碳以共饱和的形式存在，即α铁和γ铁混合存在。
二、铁碳相图的重要相区1. γ铁相区：γ铁相区主要包括γ固溶体和γ+Fe3C共晶组织。
γ固溶体具有面心立方结构，是高温下的铁相。
2. α铁相区：α铁相区主要包括α固溶体和α+Fe3C共晶组织。
α固溶体具有体心立方结构，是低温下的铁相。
3. Fe3C相区：Fe3C相区主要包括Fe3C碳化物相。
Fe3C也被称为水滑石相，具有正交晶格结构。
三、铁碳相图的相变规律1. 铁的熔化：铁的熔化温度随碳含量的增加而降低。
在铁碳相图中，随着碳含量的增加，共晶温度逐渐下降。
2. 碳的溶解性：在γ铁相区，碳的溶解度随温度的升高而增加。
在α铁相区，碳的溶解度随温度的降低而减小。
3. 相变温度：铁碳相图中的共晶温度为1147℃，共饱和温度为727℃。
这些相变温度是铁碳合金的重要参考数据，在工程设计和制造过程中具有重要意义。
材料科学基础——铁碳相图
3.白口铸铁（ 2.11% -- 6.69%C）
指液态结晶时都有共晶反应且室温下的平衡组织中皆 含有变态莱氏体的一类铁碳合金
其断口白亮而得名，俗称生铁
特
具有较低的熔点，流动性好，便于铸造成形
点 含有一定数量的莱氏体，硬度高、脆性大，故不能承受锻
造、轧制等压力加工，也不宜切削加工
共析钢组织金相图
共析钢 ( Wc = 0.77% )
相组成：α+Fe3C 组织组成：P
%6.690.7788 %
6.69
F3C e% 18% 81% 2
3. 亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
相组成： α +Fe3C
%6.69 0.459.33%
合金的结晶特点：
1.合金的结晶过程不一定在恒温下进行，而是在一个温 度范围内完成，而纯金属在恒温下完成； 2.合金的结晶不仅会发生晶体结构的变化，还会伴有化 学成分的变化，而纯金属仅发生晶体结构的变化。
组元：组成合金的最简单、最基本且能独立存在的物质； 在大多数的情况下就是组成元素。按所含组元的数目，合 金分为二元合金、三元合金及多元合金
γ - Fe
912℃
α - Fe 时间
铁素体
碳在α-Fe中的间隙固溶体称为α铁素体，简称为 铁素体(Ｆ)；最大溶碳量为727℃时的 wc=0.0218%，最小为室温时的wc=0.0008%；性 能 为 ： σb180~280MPa、σ0.2100~170MPa、 δ30%~50%，αk160~200J/㎝2 、硬度~80HB 。
组织组成： Fe3C+Ld‘
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第四章
纯铁：α-Fe 在770℃（居里温度）发生由铁磁性转变为顺磁性，即铁磁性消失。
工业纯铁的力学性能特点是：强度、硬度低，塑性、韧性好
C在钢铁中存在的三种形式：
溶入Fe的晶格形成固溶体（间隙固溶体）－钢
以游离石墨存在于钢铁中－铸铁。
与铁成金属间化合物如Fe3C, Fe2C, FeC）－金属间化合物
石墨性能：耐高温，可导电，润滑性好，强度、硬度、塑性和韧性低。
实线为 Fe－Fe3C 相图虚线为 Fe－C 相图
α相 C在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为bcc，仅由α相形成的组织称为铁素体，记为 F(Ferrite)。
α= F
γ相 C在γ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为fcc，仅由γ相形成的组织称为奥氏体，记为 A(Austenite)。
γ= A
δ相 C在δ-Fe中的间隙固溶体，晶体结构也为bcc，δ相出现的温度较高，组织形貌一般不易观察，也有称高温铁素体。
Fe3C相铁与碳生成的间隙化合物，其中碳的重量百分比为6.69%，晶体结构是复杂正交晶系，仅由Fe3C相构成的组织称为渗碳体，依然记为Fe3C，也有写为 Cm(Cementite)。
石墨在铁碳合金中的游离状态下存在的碳为石墨，组织记G(Graphite)。
L相碳在高温下熔入液体，相图中标记 L(Liquid)。
的冷却过程中组织还会发生变化。
Ld(Ledeburite)
的共析体组织,称为珠光体，记为P(Pearlite)
（1） ABCD ―液相线（2） AHJECF ―固相线
（3） HJB ―包晶反应线 (1495 C) L B+δH←→A J
（4） ECF ―共晶反应线 (1148 C) L C←→ A E+Fe3C I (称为莱氏体)
（5） PSK ―共析反应线 (727 C)As←→Fp+Fe3C (称为珠光体)
（6） A CM线（ES线）―从奥氏体析出Fe3CⅡ的临界温度线
（7） A3线（GS线）―从奥氏体转变为铁素体线
五个单相区：液相区 L 高温固溶体δ；γ相（奥氏体，A) ；α相（铁素体，F) Fe3C相（渗碳体，Cm）
七个双相区：L＋δ， L＋γ， L＋ Fe3C，δ＋γ，γ＋ Fe3C，α＋γ；α＋Fe3C
三个三相区：HJB线 L＋δ＋γ；ECK线 L ＋γ＋ Fe3C；PSK线γ＋α＋Fe3C
工业纯铁 (C%<0.02%)
碳钢 ( C%= 0.02% 2.11 wt %）
依据C含量不同，又分为：
亚共析钢：C<0.77 wt% 共析钢： C=0.77 wt% 过共析钢：C>0.77 wt%
白口铸铁 (生铁）（C%= 2.11 6.69 wt %）
依据C含量不同，又分为：
亚共晶白口铸铁 C<4.3 wt% 共晶白口铸铁 C=4.3 wt% 过共晶白口铸铁 C>4.3 wt% 灰口铸铁（C%= 2.11 6.69 wt %）
亚共晶、共晶、过共晶灰口铸铁
工业纯铁(C%<0.02%)：组织：F
相：α (F)
共析钢(C%≈0.77%)：组织：P 相：α(F)＋Fe3C
亚共析钢(C%=0.02 0.77%)：组织：F＋P 相：α (F)＋Fe3C
组织转变： L→L+A→A→F+A→F+P
过共析钢(C%=0.77 2.11%)：组织：P＋Fe3C II相；α (F) ＋Fe3C
组织转变：L→L＋A →A→A＋Fe3C II→P＋Fe3C II
共晶白口铁(C%≈4.3%)：组织：L’d 相：α (F) ＋Fe3C
组织转变 L → Ld（A+Fe3C I)→A+Fe3C II+Fe3C I → (P + Fe3C I（Fe3CⅡ)）
亚共晶白口铁(C%=2.11~4.3%)：组织：P＋Fe3C II＋L’d 相：α (F) ＋Fe3C
组织转变L→L＋A→A＋Ld→A＋Fe3C II＋Ld→P＋Fe3C II＋L’d
过共晶白口铁(C%=4.3 ~ 6.69%)：组织：Fe3C I＋L’d 相：α (F) ＋Fe3C
组织转变 L→L+Fe3C I→Fe3C I+Ld→Fe3C I+L’d。