第四章铁碳合金的基本组织与状态图

变反应式。
二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
一二三四五六巧记铁碳相图：
“一”指一种合金组织渗碳体（ Fe3C ）： 特别需要注意从金属液态直接结晶出渗碳 体称为一次渗碳体（ Fe3C Ⅰ），而从A （奥氏体）中析出渗碳体称为二次渗碳体 （ Fe3C Ⅱ）。很易把两者混淆。
“二”指二个坐标：Ｃ/％、Ｔ／0C；在画 的时候容易忘记这两坐标标注。
机械零件需要强度、塑性及韧性都较好 的材料，应选用碳含量适中的中碳钢。
工具要用硬度高和耐磨性好的材料，则 选碳含量高的钢种、高碳钢。
即需要塑性好、韧性好的材料可选低碳 钢；需要强度、硬度、塑性好的材料可选 中碳钢；需要硬度、耐磨性好的材料可选 高碳钢。
纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但 由于其导磁率高，矫顽力低，可作软磁材 料使用，例如做电磁铁的铁芯等。
亚共析钢组织金相图
2）共析钢 含C＝0.77%的钢。室温组织全部 为珠光体，一般呈片状。
共析钢组织金相图
共析钢的室温组织
3）过共析钢 含C＞0.77%的钢。室温组织为 珠光体和二次渗碳体构成。由于二次渗碳 体沿奥氏体晶界析出，显微组织呈网状分 布。二次渗碳体的含量随钢中碳含量增加 而增加，Ｃ＝２.11％时，其量达到最大。
过共析钢组织金相图
３.白口铸铁是C 2.11～6.69%之间的铁碳合 金。特点是液态结晶时都有共晶转变产物 为以渗碳体为基的莱氏体组织，性能很脆， 不能锻造。由含碳量和室温组织不同，分 为三种。
1）亚共晶白口铸铁 C＜4.3%，室温组织由 珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体组成。 含碳量接近共晶成分的合金时，组织中莱 氏体增多，大块珠光体减少。
当碳量＞2.11% 的白口铸铁，由于有较多的 渗碳体在组织中以连成基体，性能上特别 硬而脆，难以切削加工，除作为炼钢原料 一般应用不广。
3、铁碳相图的应用 （1）在选材方面 铁碳相图总结了铁碳合金组织和性能随
成分的变化规律。这样可以根据零件的服 役条件和性能要求选择合适的材料。
建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的 材料，选用碳含量较低的钢材、低碳钢。
5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
1-5-2 Fe—Fe3C状态图 几个概念：
共晶转变：一定成分的液相在一定温度
（恒温）下同时结晶出两个固相的转变。 铁碳相图中C点。
11480C
L4.3% → Ld（A 2.11%C +Fe3C ）
共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒
同样，又有一个做鞋子的人到了非洲，他 看到那边的人都不穿鞋，开心地说这里的 机会很多、市场一定很大，于是他成功了。 所以，机会不是缺少，而在于你是否拥有 善于发现机会的眼睛。
奥氏体组织金相图
(三)渗碳体（Fe3C）
铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物， 含碳量6.69%。铁碳合金中，碳的含量超过碳在 铁中的溶解度时，多余的碳便形成Fe3C。渗碳体 的晶格是复杂斜方晶格，晶格中Fe和C都正离子 化，Fe3C有明显的金属特性，能导电、有金属光 泽。
生珠光体转变，影响范围包括任何成分的 铁碳合金，室温下的平衡组织都有珠光体 存在。
4.珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物
。
(五)莱氏体（Ld）（德国学者Ledebur)
奥氏体和Fe3C组成的机械混合物，此反应发生于 含碳量为2.0～6.67%的合金中。莱氏体 （ledeburite）
2、碳量对铁力学性能的影响
当碳量＜0.9%，随着钢中含碳量增加， 钢的强度、硬度直线上升，塑性、韧度不 断降低难以加工。
当碳量＞0.9%，因沿着晶界形成的二次 渗碳体网趋于完整，不仅使钢的塑性、韧 度进一步降低，强度也明显下降。故工业 上使用的钢含碳量低于1.3～1.4%以保证钢 材具有足够的强度一定的塑性和韧度。
创业具有较高的风险，但也有较高的回报。 随着商业经济的高速发展和知识经济的迅
猛来临，越来越多的大学生投入到创业的 浪潮中，并取得不少成功的经验，大学生 创业也因此成为热门的话题。
对机会的把握问题(例子)
有个做鞋子的人到了非洲，他发现那边的 人都不穿鞋，心想这儿的人不穿鞋那我的 鞋子肯定卖不掉，于是他就走了；
溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度下 降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。
奥氏体存在于727～14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 （HB）为170～220，无铁磁性。
1、何谓创业？含义①
创业是创业者通过发现和识别商业机会， 成立活动组织，利用各种资源，提供产品 和服务，以创造价值的过程。
温下同时析出个新固体的转变。铁碳相图 中S点
7270C
A0.77%C → P（F0.0218%C+Fe3C ）
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
D
L+A
E
A
G
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ
铸钢和铸铁的浇注温度，为铸造工艺提供 依据。
共晶成分的铸铁合金熔点最低，结晶温 度范围小，有良好的铸造性能。因此在铸 造生产中，经常选用接近共晶成分的铸铁。 同铸铁相比钢的熔化温度和浇注温度要高 的多，其铸造性能差，易产生收缩，因此 钢的铸造工艺比较复杂。
根据Fe- Fe3C相图可以确定合金的浇注温 度。浇注温度一般在液相线以上50℃～ 100℃。从相图上可看出，纯铁和共晶白口 铸铁的铸造性能最好，它们的凝固温度区 间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可 以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总 是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳 含量规定在0.15-0.6%之间，因为这个范围 内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。
亚共晶白口铁组织金相图
亚共晶合金组织形态
2）共晶白口铸铁 C＝4.3%，室温组织由珠光体、 二次渗碳体和共结晶渗碳体组成低温莱氏体。显 微镜下，珠光体呈黑色，白色基体为渗碳体，其 中二次渗碳体与共晶渗碳体连在一起，无本质区 别，不易分别。
共晶白口铁组织金相图
共晶合金组织形态
3）过共晶白口铸铁 C 4.3～6.69%范围，室 温组织为一次渗碳体和低温莱氏体组成。 显微组织中亮白色的条状（板状）为初生 渗碳体（Fe3CⅠ），基体为低温莱氏体， 其中黑点为珠光体、白色部分为渗碳体。
“三”指三个单项：Ａ（奥氏体）、Ｐ（珠 光体）、Ｌd（莱氏体）。在铁碳合金相图 中，只有三个区域中是单项组织，其中在 7270C以下含碳量为0.77％时，其成分只有 Ｐ（珠光体），11480C以下含碳量为4.3％ 时，其成分只有Ｌd（莱氏体），在这些地 方经常容易漏掉。
“四”指四个含碳量：0.77％、2.11％、4.3 ％、6.69％；
(一)铁素体（F） 碳溶于α—Fe（体心立方晶格）中形成间
隙固溶体。
由于体心立方晶格的间隙小，溶碳能力极
差，在7270C时溶碳量为0.0218%，随着温度 的下降溶碳逐渐减小，6000C时为0.0057%， 室温时几乎为零。因此铁素体在室温时性
能几乎与纯铁相同，其强度、硬度不高， 但有良好的塑性与韧度。
机械混合物：由几个相组成的组织。
例：珠光体：铁素体（间隙固溶体）与渗 碳体（金属化合物）组成的机械混合物。
例：80钢 （含碳0.8%的碳素体） 平衡状态下：粗珠光体或细珠光体或极细
珠光体。
1-5 铁碳合金的基本组织与状态图 1-5-1铁碳合金的基本组织 液态：无限互溶 固态：碳能溶于铁的晶体中，形成间隙 固溶体，和固溶体与Fe3C构成机械混合物。
(5)ECF共晶线：金属液态结晶出奥氏体和渗 碳体的机械混合物，莱氏体（Ld）。
(6)PSK、A1共析线：当合金组织冷却到 7270C以下奥氏体（A）全部转成珠光体 （P）。
ห้องสมุดไป่ตู้
共析反应(7270C)
P
结晶
A
析出
F
Fe3C
Fe3C
L
共晶反应（1148OC） Ld 727C
L'd
1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织
P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
4.3%C
6.69%C Fe3C
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。 两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转
莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏 体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3 ％。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 为低温莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳 体，所以硬度高，塑性很差
“五”指五种温度：15380C，11480C，12270C， 9120C，7270C；
六指六条线： (1)ACD液相线：其以上组织都是液态。
(2)AECF固相线：其以下组织都是固态。
(3)GS、A3线：奥氏体析出铁素体的开始线： 奥氏体析出铁素体
(4)ES、Acm线：溶解度线：奥氏体析出渗 碳体称为二次渗碳体 。
白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加 工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性 能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、 形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、 货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。