材料科学-第六章 铁碳合金相图和碳钢
(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。
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
二、碳素钢的分类 1、按钢的含碳量分类 １）低碳钢 c ＜0.25％； ２）中碳钢 c = 0.25％-0.60％； ３）高碳钢 c ＞ 0.60％。
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
2、按钢的冶炼质量分类
碳素钢冶炼质量的高低，主要是根据钢中的有 害元素S、P的含量多少来划分的:
一、Fe-C合金的基本组织
1.铁素体 (F)
2.奥氏体 (A)
3.渗碳体（Fe3C） 4.珠光体（P）
莱氏体 (L ) 5.
d
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
1.铁素体 (F) 定义： C在α-Fe中的间隙固溶体。
特点： 晶体结构——bcc
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
铁的溶碳能力决定于晶格中原子间的间隙大 小。只有当晶格中间隙半径与碳原子半径相接近 时，碳原子才能溶入到晶格间隙中去。在727℃ 最大溶碳量为0.0218%。
铁-碳合金相图与碳钢
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
金属材料
黑色金属
有色金属
黑色金属——以铁及铁碳为主的合金
（钢铁与铸铁）
有色金属——其它金属及其合金
（Cu、Al、Ti 等及其合金）
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
§1.铁碳合金的基本组织与性能织、性能 和应用场合也不同。
在铸钢生产中, 碳含量一般规定在0.15-0.6%之间, 因为这个范围内钢的结晶温度区间较小, 因此铸造性 能较好。
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
钢处于奥氏体状态时强度较低, 塑性较好, 因此 锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。
一般始锻、始轧温度控制在固相线以下 100℃～200℃范围内。
《铁碳合金相图》word版
铁碳合金的结晶一.铁碳相图☆提示：重点内容铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应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，通常称其为 Fe-Fe3C相图, 此时相图的组元为Fe和Fe3C。
Fe-Fe3C相图Fe-FeC相图中各点的温度、碳含量及含义31. 铁碳合金的组元(1) Fe 铁是过渡族元素, 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。
（见2-1-2）？纯铁是如何结晶的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σb180MPa～230MPa抗拉屈服极限σ0.2100MPa～170MPa延伸率δ30%～50%断面收缩率ψ 70%～80%冲击韧性 a k 1.6×106J/m2～2×106J/m2硬度50HB～80HB(2) Fe3C Fe3C是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗碳体, 用Cm表示。
渗碳体的机械性能特点是硬而脆, 大致性能如下：2. 铁碳合金中的相Fe-Fe3C相图中存在五种相。
①液相L 液相L是铁与碳的液溶体。
②δ相δ相又称高温铁素体, 是碳在δ-Fe中的间隙固溶体, 呈体心立方晶格, 在1394℃以上存在, 在1495℃时溶碳量最大, 为0.09%。
③α相α相也称铁素体, 用符号 F或α表示, 是碳在α-Fe 中的间隙固溶体, 呈体心立方晶格。
铁素体中碳的固溶度极小, 室温时约为0.0008%, 600℃时为 0.0057%, 在727℃时溶碳量最大, 为0.0218%。
铁素体的性能特点是强度低、硬度低、塑性好。
其机械性能与工业纯铁大致相同。
④γ相相常称奥氏体, 用符号 A或γ表示, 是碳在γ-Fe中的间隙固溶体, 呈面心立方晶格。
铁碳合金相图和碳钢
—铁素体区（F）；DFK——LC渗碳A体E+区F。e3C
铁碳合金相图和碳钢
碳钢的分类 碳钢的分类方法很多，常用的分类方法有如下几种：
பைடு நூலகம்
1. 按钢中碳的质量 分数分类
（1）低碳钢
wC≤0.25 % （2）中碳钢
0.25 %<wC≤0.60 % （3）高碳钢
wC≥0.60 %
2. 按钢的冶金性质分类 根据钢中有害杂质硫、磷
含量多少可分为： （1）普通质量钢 wS≤0.050%，wP≤0.045 %
•••S温 素 珠σ=Α硬 表点b2k下体光=AE铬于C合=度40为点7点点.3%2（和体镍钢金5：0为共为0～为为～7渗（钢，在～1F析2在2共纯847碳Pew和恒9500-点℃）10%晶铁～JFC体1铁温0>e。）。4M点2的233片的下8C.81.具将P其A℃。熔0相F1层a分（HSe%有发反时具点图-B相1界的FS生应S1e碳有。中间点点34铁C共式在8CD的的成相，℃F碳点点析为P主-机分图w）F合成+为转e要CF械（的中将金分<渗e变2特混w区的发3属（.碳1，CC性1合域=最生于w体%即0点C物大。生的.=的7奥4及7（溶铁铁.熔%氏3其共%解。碳）点体）含析度合的。同的义体，金奥时液。）也属氏生态，是体成称在铁为恒
亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁
亚共晶白口铸 铁
过共晶白口铸 铁
铁碳合金相图和碳钢
典型铁碳合金的结晶过程分析 1.2共.亚析共钢析钢 •图•图4.48.中8中合合金金I为Ⅱ共为析亚钢共，析共钢结，晶其过结程晶如过图程4如.9所图示4.1。1所示。
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。
6讲铁碳合金相图(1)
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。
铁碳合金相图与碳钢
第4章铁碳合金相图与碳钢以铁碳合金为基础的碳钢、铸铁是应用最为广泛的金属材料。
通过铁碳合金相图可以确定碳钢、铸铁的熔炼、铸造、锻造和热处理工艺参数。
4.1 铁碳合金相图铁和碳的合金称为铁碳合金。
在二元合金中铁碳合金应用最为广泛。
根据碳的质量分数不同，可分为碳钢和铸铁两大类。
碳钢是指碳的质量分数为0.02%~2.11%的铁碳合金；铸铁是指碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金；铁碳合金相图是研究铁碳合金成分、组织和性能之间的关系及其变化规律的重要工具，了解和掌握它对制定钢铁的各种加工工艺都有重要指导作用。
铁碳合金相图诞生已一百多年，经过越来越精确的测定，形成了目前通用的图样。
铁碳合金相图较复杂，由多种基本类型相图组成，本节介绍铁碳合金相图中具有实用价值部分的Fe—Fe3C相图。
4.1.1.铁碳合金的基本相及组织铁碳合金在固态下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。
(1)铁素体碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，以符号“F”或“α”表示。
铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。
铁素体的力学性能以及物理、化学性能与纯铁极相近，塑性、韧性很好，强度、硬度很低。
(2)奥氏体碳溶解在γ-Fe形成的间隙固溶体，以符号“A”或“γ”表示。
奥氏体的溶碳能力比铁素体大，在1148℃时，碳在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，随着温度降低，其溶解度也减小，在727℃时，为0.77%。
奥氏体的强度、硬度低，塑性、韧性高，易于塑性变形。
在铁碳合金平衡状态时，奥氏体为高温下存在的基本相，也是绝大多数钢种进行锻压、轧制等加工变形所要求的组织。
（3）渗碳体渗碳体是具有复杂晶格的铁与碳的间隙化合物，每个晶胞中有一个碳原子和三个铁原子。
渗碳体一般以“Fe3C”表示，其含碳量为6.69%。
渗碳体的硬度很高，为800HB，塑性、韧性很差，几乎等于零，所以渗碳体的性能特点是硬而脆。
铁碳合金相图PPT课件
无磁钢：没有铁磁性从而不能被磁化的稳定奥氏体钢。Fe-MnAl-C系列奥氏体，其电磁性能(磁导率)，组织稳定，力学性能 优良，磁导率低而电阻率高，在磁场中的涡流损耗极小。
0.77 c 0.77 0.0218
100%
P
c 0.0218 0.77 0.0218
100%
6.69 c 6.69 0.0218
100%
Fe3C
c 0.0218 6.69 0.0218
100%
30
亚共析钢的组织
所有的亚共析钢室温组织都是由铁素体和珠光体 组成，其差别仅是铁素体与珠光体的相对量不同， Wc越高，珠光体越多，铁素体越少。
无磁钢的用途： （1）石油钻井无线随钻侧斜系统(MWD)：是在油田钻井过程
中的专业定向仪器。一般用于定向井，而定向井需要测斜度及 方位的，测斜时仪器在无磁钻具内部可以免受外界磁场的影响 从而保证结果的准确性。 （2）高压电器和大中型变压器油箱内壁、铁芯拉板、线圈夹 件、螺栓、套管、法兰盘等漏磁场中的结构件； （3）起重电磁铁吸盘、磁选设备筒体、选箱以及除铁器、选 矿设备等；
100%
13.4%
35
过共晶白口铸铁(Wc=5%)
Ld
6.69 6.69
5.0 4.3
100%
71%
Fe3C
5.0 4.3 100% 6.69 4.3
29%
铁碳合金及碳钢
第一节 铁碳合金相图
• 随着温度的下降. 结晶出的奥氏体不断增加. 其含碳量沿着固相线Ａ Ｅ 不断增多(在含碳小于０.７７％的范围内). 而剩余的液相数量不断 减少. 其含碳量沿液相线ＡＣ 不断增多(在含碳大于０.７７％的范围 内). 从液相中结晶出的奥氏体的含碳量不断增加. 越来越接近于Ⅰ合 金成分. 已结晶出来的固相. 由于温度较高.原子扩散能力较强. 使先后 结晶出来的固相成分均匀化. 同时含碳量趋向于Ⅰ合金成分. 当温度降 到略低于２ 点温度时. 液相结晶结束. 全部奥氏体的成分为Ⅰ合金成 分. 完成了匀晶转变. 从２ 点到３ 点温度范围内. 铁碳合金以单相奥 氏体缓慢冷却. 其组织状态不变. 待温度冷却到稍低于３点(７２７℃) 时. 共析成分的奥氏体开始发生共析转变:
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第一节 铁碳合金相图
• 即从含碳量为０.７７％的奥氏体中同时析出含碳量为０.０２％的铁 素体和含碳量为６.８９％的渗碳体.呈片层相间的两相机械混合物. 称 为珠光体组织(Ｐ). 其结晶过程组织转变如图４ －３ 所示.
• 共析碳钢在室温下的显微组织. 全部为珠光体组织. 图４ －４ 是珠光 体的显微组织.
微量溶于fe体心立方晶格形成铁素体?以后以fe与铁素体形成机械混合物p?分布在奥氏体的晶界上fe随着含碳量的增多
第四章 铁碳合金及碳钢
• 第一节 铁碳合金相图 • 第二节 碳钢
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第一节 铁碳合金相图
• 一、Ｆｅ － Ｆｅ３Ｃ 相图分析 • 分析Ｆｅ － Ｆｅ３Ｃ 相图时. 除了要理解其组元和组成相的结构、基
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第一节 铁碳合金相图
• ＥＳ 线是碳在奥氏体中的溶解度曲线. 通常称为Ａｃｍ线. 碳在奥氏体 中的最大溶解度是Ｅ点(含碳２.１１％). 随着温度的降低. 碳在奥氏体 中的溶解度减小. 将由奥氏体中析出二次渗碳体. 用Ｆｅ３ＣⅡ表示.
铁碳合金相图与碳钢
1538A 0.09 L+
H J 0.17
B 1495
0.53
1394 N +
912 G
S
P
Fe3C(III)
P P
L+ E
L C
Fe3C(II)+Ld Ld Fe3C(II)
PFe3C(II)
PFe3C(II)+Ld' Ld'
D
1227
L+Fe3C(I)
F 1148
Ld+Fe3C(I) Ld'+Fe3C(I)
K 727
Q
Fe 0.0218
0.77
亚共析钢
过共析钢
2.11
4.3
6.69 Fe3C
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
工业纯铁
共析钢
第12页/共40页
共晶白口铁
0.02% 0.40% 0.77% 1.2%
2.11%
3.0% 4.3%
5.0%
1538A 0.09 L+
H J0.17
B 1495
0.53
L
1394 N +
Ld+Fe3C(I)
Ld'+Fe3C(I)
K 727
Q
Fe 0.0218
0.77
2.11
4.3
(1)工业纯铁（C＝0.01%）：
6.69 Fe3C
L→L+δ→δ→δ+A→A→A+F→F→F+Fe3CⅢ
WF= （6.69-0.01） /6.69=99.85%
WFe3C=1-WF==0.015%
第14页/共40页
铁碳合金及碳钢教学课件PPT
成物相
对量% 0
三次渗碳体
相组成 100 物相对 量% 0
珠光体
二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
碳质量分数对力学性能的影响
铁碳合金相图的应用
➢在选材方面的应用 ➢在铸造方面的应用 ➢在可锻性方面的应用 ➢在焊接方面的应用
第五节 碳素钢
碳质量分数大于0.0218%小于2.11%， 且不含有特意加入合金元素的铁碳合 金，称为碳素钢简称碳钢。
第3章 铁碳合金及碳钢
第一节 铁碳合金的组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 铁碳合金的分类 第四节 典型铁碳合金的结晶过程 第五节 碳素钢
第一节 铁碳合金的组织--铁素体
碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体, 用符号α或F表示。
铁素体的胞晶
铁素体的显微组织
强度和硬度低，而塑性和韧性好。
第一节 铁碳合金的组织--奥氏体 碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体， 用符号γ或A表示。
四、Fe-Fe3C相图中的相区
➢Fe-Fe3C相图中的四个单相区： ACD线以上是液相区； AESG为奥氏体区（γ或A）； GPQG为铁素体区（α或F）； DFKL为渗碳体区（Fe3C）。
四、Fe-Fe3C相图中的相区 ➢Fe-Fe3C相图中的五个两相区
L+A两相区； L+ Fe3C两相区； A+ Fe3C两相区； A+F两相区及F+ Fe3C两相区。
A点： 纯铁的熔点，1538℃。 D点： 渗碳体的熔点，1227℃。 G点： 铁的同素异构转变点 。 E点： 碳在γ-Fe中最大溶解度点。 P点： 碳在α-Fe中最大溶解度点。
二、Fe－Fe3C相图中主要点的意义
6铁碳相图ppt课件
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。
最新课件
1
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
为。到S点
发生共析转 变：
S⇄P+Fe3C,
全部转变
为珠光体。
最新课件
17
共析钢的结晶过程
珠光体在光镜下呈指纹状. 变结束时，珠光体中相的
相对重量百分比为：
Q
SK 6.690.7788.8%, PK 6.690.0218
QF3eC 10% 088.8%11.2%
珠光体中的渗碳体称共析
＞2.11%C，组织中有以 Fe3C为基的Le’,合金太脆.
⒊ 含碳量对工艺性能的影响
① 切削性能: 中碳钢合适
中有七个组织组
+ Fe3C + Fe3C
成物区。
最新课件
40
A
L+
H
B
温N J
度 A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
A+ Fe3C
G
A+
Le
F
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le
P
P
F+ Fe3C
Le+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
P+ Fe3CⅡ
Le’
P+ Fe3CⅡ+Le’
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表示恒温转变的线： HJB线 (包晶转变)， ECF线(共晶转变)， PSK线(共析转变)
固溶度线： ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线 （温度，溶解度 ）；（0.77%--2.11%） PQ ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线 （温度 ，溶解度 ） (0.0008%—0.0218%) 同素异构转变线：NH 和 NJ，GS 和 GP 3 相图中的相区 单相区（4个＋1个） L、a、g、d 、（Fe3C）
3）共析转变 gs 727º C aP Fe3C
0.77
0.0218
+
6.69
• 含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分 的新固相的转变。 • 产物： a相和Fe3C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光 体，用P表示。 • 合金范围： Wc: 0.0218 %—6.69%( 合金成分线与 PSK 线相 交) • S点:共析点，（0.77，727） (具有S点成分的Fe—C合金冷 却至7270C时，合金全部发生共析转变，生成珠光体。)
2 组织
单相组织 （1）铁素体(F) （2）奥氏体(A) （3）渗碳体(Fe3C) 两相组织 （4）珠光体(P) ：F ＋Fe3C；共析反应产物 （5）莱氏体(Ld)：A＋Fe3C；共晶反应产物 （6）变态莱氏体(Ld′)：P＋Fe3C
二、Fe―Fe3C相图分析 L+δ A 1495℃ B δ H N J T
GS（开始线）
GP（结束线）
（3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变。
g a
析出
Fe3CII （二次渗碳体）
析出 Fe3CIII （三次渗碳体）
（4）恒温转变 1）包晶转变 → HJB 线 dH 0.09 + LB 0.53 1495º C gJ 0.17
d
g
L
• 含义：由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一 定成分新固相地反应---包晶转变（反应）。
L
L+γ 2.11 E
L +Fe3C
D
G α+γ 0.77 P S α 0.0218
Q 0.0008 Fe
γ
4.3 1148℃ F C K 6.69 Fe3C
γ +Fe3C A1 727℃ α+Fe3C C%
相图中的点（14个） （1）组元的熔点： A (0, 1538) 铁的熔点 D (6.69, 1227) Fe3C的熔点 （2）同素异构转变点 N（0，1394）d-Fe g－Fe G（0，912） g－Fe a -Fe （3）碳在铁中最大溶解度点 P（0.0218，727）碳在a -Fe 中的最大溶解度 E（2.11，1148）碳在 g -Fe 中的最大溶解度 H (0.09，1495）碳在 d-Fe中的最大溶解度 Q（0.0008，RT）室温下碳在a -Fe 中的溶解度
（2）奥氏体(γ或 A ) 定义：C在面心立方γ－Fe中的间隙固溶体 溶碳量较大： 0.77% (727℃) ~2.11% (1148℃) 性能: 强硬度较低； 塑性较好, 变形抗力较低, 易于锻压成形; 顺磁性。
（3）渗碳体(Fe3C) 定义： Fe与C形成的金属化合物，含碳量6.69%， 性能：强度低：σb= 30MPa; 硬度高：800HB 无塑性：δ=0; ψ=0; Ak=0 弱的铁磁性(<230 ℃)——硬脆组织，强化相
L g : 由液相中直接结晶出g相。（合金的成分线和BC线相交， 即含碳量Wc：0.53% ~ 4.3%) L Fe3C : 由液相中直接结晶出Fe3C相。（合金的成分线和CD 线相交，即含碳量Wc：4.3%~6.69%)
（2）同素异构转变
d (b.c.c) g(f.c.c) g (f.c.c) a (b.c.c) NH （开始线） NJ（结束线）
• 发生包晶反应的合金成分： C%：0.09%--0.53% 的成分线与HJB线相交； • 产物：单相奥氏体（ gJ ） • 包晶点 （J点）：（0.17，1495） 即合金
2）共晶转变 Lc 1148º C gE 2.11 + Fe3C 6.69 gE Fe3C
4.3
• 含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的 固相的转变。 • 发生共晶反应的成分范围： Wc ： 2.11 %—6.69% ( 合金成分 线与ECF线相交) • 产 物 ： gE 和 Fe3C 两 相 混 合 物 ， 称 为 莱 氏 体 。 用 Ld 表 示 。 （Fe3C为基体； gE 呈粒状或杆状分布在基体上） • 共晶点C (4.3,1148)
两相区（7个）L + d, L + Fe3C，L + g , d + g , g + a
g + Fe3C ,a + Fe3
根据相图规则，两个单相区之间必然夹一个两相区，两相区 的两个相就由这两个单相区的相组成。
4 Fe-Fe3C相图中的转变
（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单一固相的转变.
L d : 由液相中直接结晶出d相。（合金的成分线和AB线相交， 即含碳量Wc：0～0.53%）
第六章 铁碳合金相图和碳钢
基本内容： 铁碳合金中的相和组织， 铁碳相图， 碳钢的分类、编号与用途。 重点： 铁碳合金中的相和组织、 铁碳相图形式、 工业纯铁和钢的平衡结晶过程分析， 难点： 室温组织组成物和相组成物相对含量计算。
第一节 铁碳合金与铁碳相图 一 铁碳合金中的基本相和基本组织 （一）纯铁的晶体结构与性能
1538℃ 1394℃ L → δ－Fe → γ－Fe → bcc fcc
912℃ α－Fe bcc
—— 纯铁在冷却中经历两次同素异构转变
纯铁(工业纯铁)的 性能： 强度低 硬度低 塑性好 铁磁性
（二） 铁碳合金中的基本相和基本组织 1 基本相： （1）铁素体(α或 F ) ： 定义: C在体心立方α－Fe中的间隙固溶体 但C在α－Fe中的溶解度极小: 0.0008% (20℃) ~0.0218% (727℃) 性能: 强硬度低(50HBS~80HBS)， 塑韧性好(ψ:70 ％～80 ％; Ak=160J ) ——钢中基体相；与工业纯铁同
(4) 三相共存点
S（共析点）（gs＋ aP ＋Fe3C） C（共晶点）（ gE＋LC ＋Fe3C） J（包晶点）（ dH＋ gJ＋LB ）
（5）其它点 B（0.53，1495）发生包晶反应时液相的成分 F（6.69,1148) 渗碳体 K (6.69,727) 渗碳体 2 相图中的线
液相线(ＡＢＣＤ):其上体系为液相，(结晶时液相的成分变化线)