铁碳合金的结构和相图培训课件.pptx
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铁碳合金相图PPT课件
GS为奥氏体在冷却过程中析出铁素体的起始温度线，简称A3线。
GP为奥氏体在冷却过程中转变为铁素体的终止温度线。
二、相图中点、线和相区的意义
• 铁碳合金相图中主要点的温度、含碳量及含义见下表。
特性点 温度（℃） 含碳量（％）
特性点含义
A
1538
0
纯铁的熔点
C
1148
4.3
共晶点
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1227
6.69
渗碳体的熔点
E
1148
2.11
碳在奥氏体中的最大溶解度
G
912
0
α-Fe γ-Fe的同素异构转变点
S
727
0.77
共析点
2019/7/31
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
断后延伸率 A11.3 冲击韧性 a K
750-900Mpa
•
180-280HB
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A0反.7应7 ： 恒温
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。
2019/7/31
GP为奥氏体在冷却过程中转变为铁素体的终止温度线。
二、相图中点、线和相区的意义
• 铁碳合金相图中主要点的温度、含碳量及含义见下表。
特性点 温度（℃） 含碳量（％）
特性点含义
A
1538
0
纯铁的熔点
C
1148
4.3
共晶点
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1227
6.69
渗碳体的熔点
E
1148
2.11
碳在奥氏体中的最大溶解度
G
912
0
α-Fe γ-Fe的同素异构转变点
S
727
0.77
共析点
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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
断后延伸率 A11.3 冲击韧性 a K
750-900Mpa
•
180-280HB
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A0反.7应7 ： 恒温
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。
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Fe-Fe3C相图 ppt课件
ppt课件
19
A.三条水平线
①HJB--包晶转变线： （1459℃）
L0.53+δ0.09
γ0.17
（LB+δH γJ）
转变产物为奥氏体 (austenit) 强度低，塑性好
ppt课件
20
A.三条水平线
② ECF-- 共 晶 转 变 线 ： （1148℃），
L4.3
γ2.11+ Fe3C
（LC γE+ Fe3C）
激冷结晶区（细小等轴结晶区）
没问题
柱状结晶区
没多大问题
树枝状结晶区
多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷
自由结晶区（粗大等轴结晶区）
多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈
所谓疏松组织
淀淀结晶区
常产生夹渣类缺陷
ppt课件
49
偏析
▪ 定义： 指各处成分与杂质分不的不均匀现象， 包括枝晶偏析和区域偏析等
▪ 成因：由于选择性结晶、溶解度变化、比重 差异和流速不同造成的。
▪ 危害：造成力学性能不均匀和裂纹缺陷
ppt课件
50
夹杂
▪ 定义：主要是指冶炼时产生的氧化物，硫化 物、硅酸盐等非金属夹杂。
▪ 成因：冶炼产物，及外来夹渣物 ▪ 危害：对热锻过程和锻件质量均有不良影响，
它破坏金属的连续性，在应力的作用下在夹 杂处产生应力集中，引发微裂纹，成为疲劳 源
铁碳相图
iron-carbon diagram
ppt课件
1
主要的内容
1.铁碳合金状态图 2.铁碳合金的结晶过程和组织变化 3.铁碳合金的成分、组织与性能间的关系
ppt课件
铁碳合金的结构及其相图.pptx
D 1
2 F 3K
4 Fe3C
第36页/共44页
➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
第38页/共44页
温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
第25页/共44页
过共析钢的结晶过程
第26页/共44页
➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
第29页/共44页
➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
第30页/共44页
度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
第42页/共44页
⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
2 F 3K
4 Fe3C
第36页/共44页
➢2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Le变化同
共晶合金,其室温组织为Fe3CⅠ+Le’。
第37页/共44页
渗碳体分类： Fe3CⅠ（块状） Fe3C共晶（鱼骨状） Fe3CⅡ（网状） Fe3C共析（层状） Fe3CⅢ（短杆状或粒状）
第38页/共44页
温度下降, Fe3CⅡ量增加。
到4点， 成分
沿ES线变化到
S点，余下的
转变为P。
在共析温度下Fe3CⅡ的相对量？
第25页/共44页
过共析钢的结晶过程
第26页/共44页
➢过共析钢室温组织为P+ Fe3C Ⅱ。
➢Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时,
Fe3CⅡ量最大：
QFe C 3 II
Fe3C
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➢共 晶 转 变 结 束 时 ， 两 相 的 相 对 重 量 百 分 比 为 :
Q
6.69 4.3 6.69 2.11
100%
52.2%，QFe3C
47.8%
C点以下, 成分沿ES线变化，共晶 将析出Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ与共晶Fe3C 结合，不易 分辨。
第30页/共44页
度升高，塑性、韧性下降。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续 网状，强度下降, 但硬度仍上 升。
＞2.11%C，组织中有以Fe3C 为基的Le’,合金太脆。
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⒊ 含碳量对工艺性能的影响
• ① 机加工性能: 中碳钢好
车
铣 钻
S点以下，共析 中析出Fe3CⅢ， 与共析Fe3C结合不易分辨。室 温组织为P。
铁碳合金基本组织.pptx
第三节 铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各
不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机 器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁 素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
第7页/共7页
第3章 铁碳合金
第2页/共7页
第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 2、几个概念
纯铁
共析钢 钢
共晶白口铸铁 铸铁
钢 亚共析钢
铸铁 过共析
亚共晶白口铸点
A点：纯铁的熔点
1538℃
C点：共晶点
1148℃
D点：渗碳体的熔点
1227℃
S点：共析点
727℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃
E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃
P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃
Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
第4页/共7页
第3章 铁碳合金
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至 此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加 热至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇 注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面， 可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化， 可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各
不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机 器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁 素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
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第3章 铁碳合金
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第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 2、几个概念
纯铁
共析钢 钢
共晶白口铸铁 铸铁
钢 亚共析钢
铸铁 过共析
亚共晶白口铸点
A点：纯铁的熔点
1538℃
C点：共晶点
1148℃
D点：渗碳体的熔点
1227℃
S点：共析点
727℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃
E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃
P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃
Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
第4页/共7页
第3章 铁碳合金
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至 此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加 热至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇 注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面， 可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化， 可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
《铁碳合金的基本组织和相图》课件
五、作业：
1.铁碳合金共有几种组织？ 2.那种组织最软？ 3.那种组织塑性最好？ 4.那种组织硬度最高？ 5.那种组织强度最高？
F
F+A
S
0.77 0.0218 Q
K
Fe3C
Fe
1
2
3 c 100
4
5
6
6.69 C
力学性能——与渗碳体相似，硬度很高，塑性、韧 性很差。
四、总结：
单 相 组 织
两 相 组 织
﹙1﹚铁素体﹙F﹚ ﹙2﹚奥氏体﹙A﹚ ﹙3﹚渗碳体﹙ Fe3C ﹚
﹙4﹚珠光体﹙P﹚ ﹙ F+ Fe3C ﹚ 共析反应的 产物 ﹙5﹚莱氏体﹙ Ld ﹚ ﹙ A+ Fe3C ﹚共晶反应 的产物 TOM猫微课－铁碳合金基本组织_标清.flv
溶体称铁素体，用符号F表示。
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%。基本接近与纯铁
铁素体
特点：强度低、硬度低,塑性好、韧性
好.
2. 奥氏体
定义：碳溶于 -Fe中形成的间隙固溶体称奥
氏体。用符号A 表示。
-Fe是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳 能力比铁素体大，在727℃时溶碳量为0.77% ， 1148℃时最大为2.11% 。 特点：强度、硬度不高，塑性好、韧性好、变形 抗力小，无磁性，碳钢室温组织中无奥氏体。
性能特点：强度、硬度较高,有一定的塑性、 韧性.
5.莱氏体
混合物称莱氏体,用符号 Ld （1）碳的质量分数为4.3%的液态铁碳 合金冷却到 1148℃时，同时结晶出奥 氏体和渗碳体的多相组织,在727℃ ～ 1148℃范围内的莱氏体叫 （高温 莱氏体） （2）在727℃以下莱氏体由珠光体和 渗碳体组成，称为变态莱氏体，用符号 Ld′表示。 （低温 莱氏体）
《铁碳合金的基本组织和相图》课件.ppt
上的相相互均匀混合形成的混合组织，其中 各个相仍然保持其各自相的结构特征，但是 它们相互间仅仅发生了机械均匀的混合而已。 机械混合物的性能决定于组成混合物各部分 的性能、数量、大小和形态。
合金的结构
合金的结晶 合金的结晶过程也是在过冷的条件下形成晶 核和晶核长大的过程。但合金的结晶过程较 为复杂, 通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。我们将在下面以铁碳合金为例进行 详细分析和讲解
合金的结构
间隙固溶体：溶质原子 不占据正常的晶格结点， 而是嵌入晶格间隙中， 由于溶剂的间隙尺寸和 数量有限，所以只有原 子半径较小的溶质（如 碳、氮、硼等非金属元 素）才能溶入溶剂中形 成间隙固溶体，且这种 固溶体的溶解度有限。
合金的结构
[固溶体的性能]：固溶体与纯金属相比，不仅具有 高的强度和硬度，还有良好的塑性与韧性。一般合 金都是以固溶体作为基体相。
铁碳合金的基本组 织和相图
本节难点：铁碳合金状态图的理解；
铁碳合金由于其资源广泛、 冶炼方便、价格低廉、性能优 越，在工业生产中广泛使用。
合金的结构
纯金属虽然得到了一定的应用，但 是它的机械性能较差，而且价格昂贵。 因此在工业生产上应用的大都是合金。
合金定义：由两种或两种以上的金属元 素或金属与非金属元素组成的、具有金 属特征的物质称为合金。
2 奥氏体: 碳溶于 -Fe中形成的间隙固溶体称奥氏体。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、硬度低、塑性、韧性
好，钢材热加工都在区进行。
碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
3. 渗碳体 是铁与碳的金属化合物, 含碳6.69%，用Fe3C表示。 Fe3C具有复杂的晶格结构,硬度很高、脆性大，塑性、韧性几 乎为零,不能单独使用.是钢中的主要强化相.
合金的结构
合金的结晶 合金的结晶过程也是在过冷的条件下形成晶 核和晶核长大的过程。但合金的结晶过程较 为复杂, 通常运用合金相图来分析合金的结 晶过程。我们将在下面以铁碳合金为例进行 详细分析和讲解
合金的结构
间隙固溶体：溶质原子 不占据正常的晶格结点， 而是嵌入晶格间隙中， 由于溶剂的间隙尺寸和 数量有限，所以只有原 子半径较小的溶质（如 碳、氮、硼等非金属元 素）才能溶入溶剂中形 成间隙固溶体，且这种 固溶体的溶解度有限。
合金的结构
[固溶体的性能]：固溶体与纯金属相比，不仅具有 高的强度和硬度，还有良好的塑性与韧性。一般合 金都是以固溶体作为基体相。
铁碳合金的基本组 织和相图
本节难点：铁碳合金状态图的理解；
铁碳合金由于其资源广泛、 冶炼方便、价格低廉、性能优 越，在工业生产中广泛使用。
合金的结构
纯金属虽然得到了一定的应用，但 是它的机械性能较差，而且价格昂贵。 因此在工业生产上应用的大都是合金。
合金定义：由两种或两种以上的金属元 素或金属与非金属元素组成的、具有金 属特征的物质称为合金。
2 奥氏体: 碳溶于 -Fe中形成的间隙固溶体称奥氏体。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、硬度低、塑性、韧性
好，钢材热加工都在区进行。
碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
3. 渗碳体 是铁与碳的金属化合物, 含碳6.69%，用Fe3C表示。 Fe3C具有复杂的晶格结构,硬度很高、脆性大，塑性、韧性几 乎为零,不能单独使用.是钢中的主要强化相.
铁碳相图ppt课件
Fe3C
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
《铁碳合金的基本组织和相图》43页PPT
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
《铁碳合金的基本组织和相图》
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高风Βιβλιοθήκη 景澈。7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
《铁碳合金的基本组织和相图》
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露
凝
无
游
氛
，
天
高风Βιβλιοθήκη 景澈。7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
1
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南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
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随温度下降，
Fe3CⅢ量不断 增加，合金的
室温下组织为
F+ Fe3CⅢ。 • 室温下Fe3CⅢ
最大量为:
Q Fe3CIII
0.0218 0.0008 6.69 0.0008
100%
0.3%
典型铁碳合金的结晶过程及组织
• ㈡ 共析钢的结晶过程
合金液体在1-2
点间转变为。
到S点发生共析 转变：
• 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
铁碳合金相图分析
铁碳合金相图中的基本相
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称
铁素体, 用F 或 表示。
铁素
• 碳在δ-Fe中的固溶体称δ -铁素体，用δ 表示。 体
• 都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在
L+δ
δ+
L+
+
+ Fe3C
L+ Fe3C
F+ Fe3C
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。
珠光体
PSK线又称A1线 。
铁碳合金相图
• ⑶ 其它相线
• GS,GP— ⇄ 固溶体
转变线, GS又称A3 线。
• HN,JN—δ⇄ 固溶体
转变线，
• ES—碳在 -Fe中的固
• HJB：包晶线LB+δH⇄ J • ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C • 共晶产物是 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
铁碳合金相图
• PSK：共析线
S ⇄FP+ Fe3C • 共析转变的产物是 与
Fe3C的机械混合物，称 作珠光体，用P表示。
典型铁碳合金的结晶过程及组织
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
• ⑵钢 (0.0218~2.11%C)高温 组织为单相
• 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)
工程材料
第2章 铁碳合金的结构和相图
海洋科学与技术学院 贾 非
Dalian University of Technology
*
主要内容
Fe-Fe3C合金相图分析 铁碳合金相图中的基本相 Fe-Fe3C合金相图
铁碳合金的结晶过程及组织 共析钢 亚共析钢 过共析钢
铁碳合金性能与成分、组织的关系 合金性能与相图的关系 Fe-Fe3C合金相图的应用
冷却时发生包晶反应. • 以0.45%C的钢为例 • 合金在4点以前通过匀
晶—包晶—匀晶反应全
部转变为。到4点，由 中析出 。到5点, 成分沿GS线变到S点， 发生 共析反应转变为珠光体。温度继续下降， 中析出
S⇄P+Fe3C, 全部转变为
珠光体。
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 PK
6.69 0.77 6.69 0.0218
88.8%,
Q Fe3C 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 中析出
727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.008%。
• 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
铁碳合金相图中的基本相
• 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
Fe3CⅢ，与共析Fe3C结合
不易分辨。室温组织为P.
Q
珠光体
共析钢的结晶过程
• 室温下，珠光体中两
相的QL
3
6.69 0.77 6.69 0.0008
88.5%
Q Fe3C 100% 88.5%
Q4
9
11.5%
典型铁碳合金的结晶过程及组织
• ㈢ 亚共析钢的结晶过程 • 0.09~0.53%C亚共析钢
热加工都在 区进行。
碳钢室温组织中无奥 氏体。
奥氏体
铁碳合金相图中的基本相
• 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 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。
*
铁碳合金
• 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。
铁碳合金相图
• 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。
过共晶白口铁 共晶白口铁 亚共晶白口铁
过共析钢 共析钢 亚共析钢
工业纯铁
典型铁碳合金的结晶过程及组织
• 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)
• ③ 过共晶白口铸铁 (4.3~6.69%C)
典型铁碳合金的结晶过程及组织
• ㈠工业纯铁的结晶过程 • 合金液体在1-2点
间转变为， • 3-4点间→， • 5-6点间→。 • 到7点，从中析
出Fe3C。
L+
H
B
J
N
+
+ S
典型铁碳合金的结晶过程及组织
从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ 表示。 Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。
溶线。又称Ac m线。
• PQ—碳在-Fe中的固
溶线。
铁碳合金相图
⒊ 相区
⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
• ⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
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
铁碳合金相图
• ⒈ 相图中特征点的温度和含碳量
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J
N
L+
L
L+Fe3C
G
+
+Fe3C
+Fe3C
铁碳合金相图
• ⒉ 特征线 • ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECFD • ⑵ 三条水平线：