第一节 铁碳合金的基本组织
铁碳合金的基本组织与状态图
h
24
“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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)GS、A3线：奥氏体析出铁素体的开始线： 奥氏体析出铁素体
h
40
共晶白口铁组织金相图
h
41
共晶合金组织形态
h
42
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。
白口铸铁基本都含有莱氏体，这是与钢区 别的特点。
h
17
5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
h
18
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 ）
h
19
共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒
h
14
4.珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物
。
h
15
h
16
(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）
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
铁碳合金的基本组织
第一节铁碳合金的基本组织一、固溶体：定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。
铁素体：碳溶于α-Fe的间隙固溶体；F；体心立方晶格，溶碳量很少，显微组织与纯铁相似，呈明亮的多边形晶粒；性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。
奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体；A；面心立方晶格，晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直；强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好，钢材多数加热到臭氏体状态进行锻造。
二、金属化合物（中间相）（强化相）渗碳体：铁与碳形成的金属化合物；Fe3C；具有复杂的晶体结构，w C=6.69%；它是钢中的主要强化相，它的形态、大小、数量和分布对钢及铸铁的性能有很大影响，渗碳体硬度很高，塑性、韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。
三、机械混合物：珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物；P；由铁素体与渗碳体片层状交替排列的共转变组织，碳合量平均为w C=0.77%；性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。
莱氏体：由臭氏体和渗碳体组成的机械混合物；Ld（高温莱氏体），Ld’（变态莱氏体）；变态莱氏体由渗碳体与珠光体相近，硬度很高，塑性很差。
总结：硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。
第二节铁碳合金状态图一、铁碳合金状态图的建立（1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。
（2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分－温度坐标中。
（3）将意义相同的临界点连接起来。
二、Fe－Fe3C合金状态图的分析：1.点（特性点）：A 1538℃ 100％Fe的熔点； D 1227℃ 100％Fe3C的熔点；G 912℃ 100％Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；C 1148℃ 4.3％C 共晶点L→Ld（A＋C）共晶反应；F 1148℃ 6.69％C 虚点； P 727℃ 100％Fe虚点；K 727℃ 6.69％C虚点、E 1148℃ 2.11％C碳在γ－Fe中的最大固溶量；S 727℃ 0.77％C 碳在γ－Fe中的最小固溶量，共析点A→P 共析反应。
铁碳合金
含碳量：0~0.0218%(727 ℃)
B
0~0.0008%(室温) N J
D
温度范围：<912℃
912 ℃
E
C
F
G
力学性能：强度、硬度低；
K
塑性好。
PS 0.0218
工业纯铁——<0.02%C， 冷轧提高强度，得到冷轧板。
0.0008 Q
3、珠光体（P）——和Fe3C形成的机械混合物
相：+ Fe3C两种相组成
含碳量与力学性能的关系（P79）
由图可知： Wc≤1.0%时：随钢中Wc↑，则 其HB、σb↑，δ、ΨAk↓；
当 Wc>1.0%时：σb↓而HB↑。 为什么？
因钢中出现Fe3CⅡ网而导 致钢的σb ↓，但HB ↑
为保证工业用钢应具有 足够的σb 和一定的δ 、Ak ， 故其碳含量一般都不超过
Wc1.3% ~1.4%。
强度≈230×F%+770×P% (MPa)
四、铁碳相图的应用
1、在铸造上的应用 2、在锻造上的应用 3、在热处理上的应用
第三节 碳钢及合金钢概述
一、钢中常存在的杂质元素及其影响 二、钢的分类、编号及应用
一、钢中常存在的杂质元素及其影响
1、Mn 脱氧；减轻S的影响；固溶强化。
2、Si 固溶强化
(3) 区
4个单相区 1条垂直线 7个双相区
铁碳合金中的相
⑴液相L 铁与碳的液溶体。 ⑵δ相 是碳在δ—Fe中的间隙固溶
体，呈体心立方晶格，在1394℃以上 δ 存在，1495℃时溶碳量为0.09%。
⑶α相 是碳在α—Fe中的间隙固溶
δ+L
δ+
L
γ
γ+L
金属工艺学第3章
第二节 铁碳合金相图
• ２.亚共析钢 • 根据Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图，含碳量小于０.７７％的亚共析钢从液态到
结晶终了的结晶过程与共析钢相同，合金全部转变为单相奥氏体。当 亚共析钢继续冷却到与ＧＳ线相交的温度时，从奥氏体中开始析出铁 素体，获得铁素体和奥氏体组织。由于铁素体只能溶解很少的碳，所 以合金中大部分的碳留在了奥氏体中，使剩余奥氏体的溶碳量有所增 加。随着温度的不断下降，析出的铁素体逐渐增多，剩余的奥氏体量 逐渐减少，而奥氏体的溶碳量沿ＧＳ线逐渐增加。当温度下降到与Ｐ ＳＫ线相交的温度（７２７℃）时，奥氏体的溶碳量达到０.７７％ ，此时剩余的奥氏体发生共析转变，转变成珠光体。
• ３.渗碳体 • 渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂斜方晶体结构的金属
化合物，常用分子式Ｆｅ３Ｃ表示。渗碳体中碳的质量分数为６.６９ ％，熔点为１２２７℃，硬度很高（８００ＨＢＷ），塑性和韧性极 低，硬而脆。渗碳体分布在钢中主要起强化作用，它以多种晶粒形态 存在于钢中，其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。
• ３.过共析钢 • 当含碳量大于０.７７％的过共析钢冷却到与ＡＥ线相交的结晶终了
温度时，获得单相奥氏体组织。
上一页 下一页 返回
第二节 铁碳合金相图
• 继续冷却到与ＥＳ线相交的温度时，由于温度的降低，碳在奥氏体中 的溶解度降低，过剩的碳以渗碳体（这种从奥氏体中析出的渗碳体称 为二次渗碳体）的形式从奥氏体共析钢的显微组织中沿晶界析出，随 着温度的下降，析出的Ｆｅ３ＣⅡ不断增多，并沿晶界呈网状分布， 奥氏体中的溶碳量逐渐下降，当温度降低到７２７℃时，剩余奥氏体 的溶碳量正好为０.７７％，于是发生共析转变而形成珠光体。温度 再继续下降，合金的组织基本不变，最终获得珠光体和二次渗碳体组 织。图３－１１所示为过共析钢的显微组织（图３－１１中黑色为层 片状的珠光体，白色为网状的二次渗碳体）。过共析钢的室温平衡组 织为珠光体和二次渗碳体，但随着含碳量的增加，钢中的二次渗碳体 量也逐渐增多。过共析钢结晶组织转变过程如图３－１２所示。
第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图
第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图一、铁碳合金系组元的特性1、纯铁纯铁的同素异构转变金属在固态下，晶格类型随温度变化的现象。
重结晶δ－Ｆｅ。
α－Ｆｅ，γ－Ｆｅ2、碳石墨：六棱柱体0.142纳米0.34纳米耐高温导电润滑强度、硬度、塑性、韧性极低金刚石:正四面体共价键巴基球:60个碳原子12个五边形和20个六边形球面结构三维超导体非线性光学材料二、铁碳双重相图碳在铁碳合金中的存在形式固溶体渗碳体石墨Fe3C Fe2C FeCFe－Fe3C与Fe－G三、Ｆｅ－Fｅ３C相图的特征1、图中的基本相（1）铁素体：碳溶于α－Ｆｅ中形成的间隙固溶体。
Fα强度、硬度低，塑性、韧性高2、奥氏体：碳溶于γ－Ｆｅ中形成的固溶体。
Aγ强度、硬度不高，塑性很好3、渗碳体：铁和碳形成的金属化合物。
Fｅ３C4、δ固溶体：碳溶于δ －Ｆｅ中形成的间隙固溶体。
5、液相L第二节铁碳合金平衡结晶过程分析一、铁碳合金的分类（一）工业纯铁：C＜０．０２１８％（二）钢共析钢：C＝０．７７％亚共析钢：０．０２１８％＜C＜０．７７％过共析钢：０．７７％＜C＜２．１１％（三）白口铸铁共晶白口铸铁：C＝４．３％亚晶白口铸铁：２．１１％＜C＜４．３％过共晶白口铸铁：４．３％＜C＜６．６９％第四节碳钢一、钢铁材料的生产过程1、碳钢中的常存元素碳钢中的常存元素是指除Fe、C外，因冶金必然带来的、且对性能有一定影响其它元素，在碳钢中一般指：Si、Mn 冶金时自然存在对性能无不利影响而保留S、P 冶金时难以彻底清除而存在于钢中一般钢中大致含量：Si 0.25~0.30%Mn 0.25~0.50%S <0.05% P <=0.045 三、碳钢的分类、牌号及应用第四节碳钢1、碳钢的分类：按含碳量分：低碳钢WC 0.25％中碳钢0.25％< WC 0.6％高碳钢WC>0.6％按质量分：普通碳素钢WP 0.045％WS 0.055％优质碳素钢WP 0.040％WS 0.040％高级优质碳素钢WP 0.035％WS 0.030％2、碳钢的牌号及应用（1）普通碳素结构钢：五类２０种。
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%）
铁碳合金的基本组织与性能
铁碳合金的基本组织与性能
渗碳体是碳在铁碳合金中的主要存 在形式，是亚稳定的金属化合物，在一 定条件下（如高温长期停留或极缓慢冷 却）能分解为铁和石墨，这一过程对铸 铁的形成过程具有重要意义。
铁碳合金的基本组织与性能
图1-6 珠光体的显微组织
铁碳合金的基本组织与性能
五、 莱氏体
莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的混合物，用符号Ld表 示。莱氏体是碳的质量分数为4.3％的液态铁碳合金在1 148 ℃时发生共晶转变的产物。当温度降到727 ℃时，由于莱氏体 中的奥氏体转变为珠光体，所以室温下的莱氏体由珠光体和渗 碳体组成，称为低温莱氏体，用Ld′表示。低温莱氏体的显微 组织如图1-7所示，图中黑色相为珠光体，白色相为渗碳体基 体。莱氏体的性能与渗碳体的相似，即硬度高、塑性差。
铁碳合金的基本组织与性能
四、 珠光体
珠光体是奥氏体在高温缓慢冷却时发生共析转变所形成 的，由铁素体和渗碳体组成的混合物，用符号P表示。其中， 渗碳体和铁素体呈片层相间、交替排列的形式。珠光体的显微 组织如图1-6所示，其中白色相为铁素体基体，黑色相为渗碳 体。在缓慢冷却条件下，珠光体中碳的质量分数为0.77％，由 于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，因此其 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，综合力学性能良好，即强 度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
铁碳合金的基本组织与性能
图1-1 铁素体的晶胞示意图
图1-2 铁素体的显微组织
铁碳合金的基本组织与性能
二、 奥氏体
4铁碳合金相图
工程材料及其热处理-2 8
3、单相的基本组织
在铁碳合金中,各个独立存在的相,也可以看成是单 相的基本组织。例如：铁素体组织，渗碳体组织。
4
3、渗碳体
Fe和C形成的间隙化合物。
具有固定的熔点1227℃，固定的化学成分，碳的
质量分数ωc=6.69%， 分子式Fe3C。 Fe3C在铁碳合金中是一种独立的相。性能特点硬而 脆， 相对固溶体，Fe3C属于强化相。渗碳体的数量、 形态、分布对钢的性能影响很大。
工程材料及其热处理-2
5
说明： 高温相：A 室温相主要是：F、Fe3C
3、相区
工程材料及其热处理-2 17
三、铁-渗碳体相图中各点、线含义的小结
根据上述分析结果，把铁-渗碳体相图中主要特 性点和线分别列表归纳总结。见表4-1和表4-2。
工程材料及其热处理-2
18
四、铁碳合金的分类 按含碳量不同，铁碳合金分为：工业纯铁、钢 和铸铁三大类。
工程材料及其热处理-2
19
工程材料及其热处理-2
13
2、图中各线的分析
ACD线—液相相
线—固相线
ECF线为共晶线，液相合金冷却到共晶线时， 将发生共晶转变。 ES线为C在A中的溶解度曲线。最大溶解度是E 点，随着温度下降，溶解度减小，直到S点为最小 溶解度点。 3、相区
工程材料及其热处理-2 14
二、下半部分图 形——固态下的结 晶
工程材料及其热处理-2
工程材料及其热处理-2
1.3铁碳合金
▪ 铁碳合金：以铁为基体，有不
同碳含量的合金，称为铁碳合金。
铁碳合金是工业上应用最 广泛的合金。
第1页，共23页。
1.3.1 铁碳合金的基本组织
（1）.铁碳合金中，固态时可形成
固溶体、化合物、机械混合 物
（2）.铁碳合金的基本组织有铁 素体、奥氏体、渗碳体、珠光体 和莱氏体。
（3）.纯铁：熔点1538℃，有同素
当冷却到4点 温度时，剩余傲视 体的w(C)减少至 0.77%，达到共 析成分，发生共析 反应，转变为珠光
第18页，共23页。
(4)共晶白口铸铁结晶过程 动画演示
L → Ld（A+Fe3C） → Ld（A+Fe3C+Fe3CⅡ） → L’d（P+ Fe3C+Fe3CⅡ）
当液态合金冷 却到1点以下温度 时，发生共晶反 应，转变为莱氏 体，随着温度的下 降，碳在澳氏体中 的溶解度不断下 降。由奥氏体中不 断析出渗碳体。
思考题
1.比较铁碳合金各种基本组织的晶体结构和力学性 能。
2.碳钢与铸铁在成分与组织上有哪些区别？
3.试分析W(C)分别为0.2%、0.77%、1.3%的铁碳合金自 高温缓慢冷却至室温的组织转变过程。
第23页，共23页。
返回目录
当冷却到2点 温度时，剩余液体 的w(C)减至 4.3%，达到共晶 成分，发生共晶反 应，转变为莱氏 体。
温度在2点和3 点之间时，莱氏体 中的奥氏体由于冷
第21页，共23页。
1.3.3 碳对铁碳合金组织和性能的影响
（1）当w(c)<0.9%时，随着含碳量的增加，钢的强度的
硬度不断提高，而塑性不断下降，这是由于钢中珠光体 的含量不断增多，铁素体的含量不断减少所致。
铁碳合金相图分析及应用
第五章铁碳合金相图及应用[重点掌握]1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌；2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程；3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。
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,相图中的组元只有Fe和Fe3C。
第一节铁碳合金基本相一、铁素体1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。
2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。
F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形三、渗碳体Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。
第二节Fe-Fe3C相图分析一、相图中的点、线、面1．三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB，J为包晶点。
1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A（2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。
冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L →A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号Le表示。
（3）共析转变线PSK，S点为共析点。
合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：A →F（0.0218%C）+Fe3C（6.69%C、共析渗碳体）—P（珠光体）共析反应在恒温下进行, 反应过程中, A、F、Fe3C三相共存。
第四章 铁碳合金的基本组织与状态图
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。
(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）。
共析反应(7270C)
结晶
A
P
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
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。
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：
第一节铁碳合金中的相与基本组织
（三）Fe-Fe3C相图中的相区
单相区有五个： L 、 δ 、 A 、 F 、 Fe3C 。具体位置 见图5-5。其中，Fe3C相区因Fe3C有固定的化学 成分（wc=6.69%），所以是wc=6.69%的一条垂 线DFKL。 双 相 区 有 七 个 ： δ+L 、 δ+A 、 A+L 、 L+Fe3C 、 A+Fe3C、A+F、F+ Fe3C。具体位置见图5-5。 三相共存区有三个，是三条水平线：L+δ+A(包晶 线)、L+A+ Fe3C(共晶线)、A+F+ Fe3C（共析 线）。
第一节 铁碳合金中的相与基本组织
一、 Fe的同素异晶转变及晶格结构
Fe是元素周期表中第26号元素，相对分子质量56、体积质 量 7.8/cm3 、熔点 1538℃。 Fe 具有同素异晶转变现象。所 谓同素异晶转变是指金属在结晶成固态之后继续冷却的过 程中晶格类型随温度下降而发生变化的现象，也称同素异 构转变。 同素异晶转变也是通过成核长大的过程来完成原子重新排 列的，也是一种结晶过程，也有结晶潜热产生。但是，它 是在固态下进行的晶格类型的转变，有别于液态金属的凝 固结晶，也有别于变形金属再固态下的再结晶。因此，同 素异晶转变也被称为重结晶，是一种固态相变。 由于晶格类型不同，其原子排列的致密度也不同。因此， 在同素异晶转变时，会引起宏观体积的变化和内应力的增 加。由于同素异晶转变时也有潜热释放，所以，在金属冷 却曲线上也会以一个平台形式表现出来。只是比结晶平台 小些。图5-1是铁的冷却曲线。
2.奥氏体：它是碳原子固溶到Fe中所形成的间 隙固溶体。代号为A或 。它存于727℃以上。 面心立方的Fe虽然总间隙为 26％，小于Fe。 但是，具体间隙的直径却较大，最大的直径是 0.104nm近于碳原子直径。所以碳原子在Fe中 的溶解度大于在-Fe中的溶解度。在727℃时， wc＝0.77％最大溶解度在1148℃时，wc≈2.11％。 碳原子在Fe晶格间隙中的可能位置，见图5-3。 奥氏体是一种强度不高塑性很好的高温相。是 热变形加工所需要的相。一般情况奥氏体不存 在于室温。
3-2铁碳合金的基本组织
3、性能特点：
强度、硬度不高，具有良好 的塑性，是绝大多数钢在高温 进行锻造和轧制时所要求的组 织。
三、渗碳体
渗碳体是含碳 量为6.69％的铁 与碳的金属化合 物，其化学式为 Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
1、符号： Fe3C或Cm 2、性能特点：高熔点、高硬度，
2、溶碳能力：C=4.3% 3、性能特点：硬度很高，塑 性、韧性极差。
.
组织名称
铁素体 奥氏体
符号 含碳量 %
性能特点
F
良好的塑性、韧性，较低 ~0.0218 的强度、硬度
强度、硬度虽不高，却有
A ~2.11 良好的塑性，具有良好的
锻压性能
渗碳体 珠光体 莱氏体
Fe3C
P
Ld L
6.69 0.77 4.3
家 国
重
点
全国中等职业技术学校机械类通用教材
中国劳动社会保障出版社
金属材料与热处理
张春英
第五版
第三章 铁碳合金
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
1、什么是合金？ 2、什么是合金中的组元和相？ 3、什么是合金的组织？ 4、合金的组织有哪几种类型？
1、什么是合金？
合金是由两种或两种 以上的元素所组成的金属 材料。
教学重点：铁碳合金的基来自组织的性能。教学难点：
铁碳合金的基本组织的性能。
一、 铁碳合金的基本组织与性能
1、铁素体（F） 2、奥氏体（A） 3、渗碳体（Fe3C或Cm） 4、珠光体（P） 5、莱氏体（Ld）
一、铁素体
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体。
铁素体的晶胞示意图 铁素体的显微组织
铁 1、符号：
2-5_铁碳合金的组织与状态图
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
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe3C
(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
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
渗碳体组织金相图
⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。
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
珠光体 ( P )
⑸莱氏体： 与Fe3C的机械混合物
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
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。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 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。
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
1.4铁碳合金的基本组织
1.4铁碳合金的组织1.基本概念：固溶体、金属化合物2.铁碳合金的基本组织：铁素体、奥氏体、渗碳体3.铁碳合金机械混合物：珠光体、莱氏体1. 基本概念什么是组织？什么是组元？合金中相的组合及其形态特征称为组织。
合金中独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是元素或稳定的化合物。
(1）固溶体固态下，由两种组元相互溶解后所组成的新的物质，仍然保持其中某一组元的晶体结构。
这个新物质称为固溶体。
保持晶体结构的组元称为溶剂，另一组元称为溶质。
固溶体分为两类：间隙固溶体 置换固溶体有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）晶格中溶质原子与溶剂原子的相对位置与相互作用(a)(b)(c)(a).(b)置换固溶体(c)间隙固溶体(2）金属化合物合金组元间发生相互作用而生成的一种新物质，其晶体结构和性质完全不同于原来的任一组元。
金属化合物具有明显的金属特性。
金属化合物具有复杂晶格结构。
性能熔点高，硬而脆。
提高合金的强度、硬度和耐磨性。
降低合金的塑性和韧性。
如碳钢中的Fe3C，提高了材料的强度、硬度、耐磨性；但Fe3C 含量过高会使材料变脆。
2. 铁碳合金的基本相(1）铁素体（固溶体）(2）奥氏体（固溶体）(3）渗碳体（金属化合物）(1) 铁素体碳溶解在体心立方晶体结构的α-Fe中，形成的间隙固溶体，即铁素体。
以符号“F”或“α”表示。
铁素体的晶体结构铁素体性能特点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（δ=30%-50%），强度、硬度很低（σb=180-280Mpa ）。
显微镜下观察，铁素体呈大小不一的多边形颗粒形状。
(2) 奥氏体碳溶解在面心立方晶体结构的γ-Fe中，形成的间隙固溶体，即奥氏体。
以符号“A”或“γ”表示。
奥氏体的晶体结构奥氏体的性能特点奥氏体的含碳量比铁素体大；奥氏体的强度、硬度低；塑性、韧性高。
显微镜下，奥氏体呈不规则的颗粒状，但晶界较铁素体平直，即有孪晶组织。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铁素体（ 或 ） 铁素体（F或α）
定义：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体 最大溶解度：0.0218%（727℃） 性能： σb=180～230MPa σ0.2=100～170MPa δ=30%～50% ψ=70%～80% HBS=50～80
2
ak=160～200J/cm
奥氏体（ 或 奥氏体（A或γ）
作业
练习与思考3-1、3-2.
定义：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织） γ 最大溶解度：2.11%（1148℃） 性能： σb≈400MPa 无磁 HBS=170～220 δ=40%～50% 高塑性、
渗碳体（ 渗碳体（Fe3C）
定义：Fe 与 C 所形成的金属化合物
性能：σb≈30MPa HBS=800 δ≈0 ψ≈0 硬而脆（耐磨性好） Fe3C
高温
3Fe+C（石墨）
晶格结构：简单六方
珠光体（ ） 珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%） 性能：σb≈750MPa
40J/cm
HBS=180
δ≈20%～25%
ak=30～
2。性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，
有一定的塑性。Байду номын сангаас
莱氏体（ 莱氏体（Ld、
§3—1 铁碳合金的基本组织
复习导入
1、 钢的热处理的三个过程包括
T(℃) T加 保温
t
热处理工艺曲线
t(h)
2、钢的热处理的目的
通过控制加热温度、保温时间、冷却速 度等参数，来改变钢的组织从而改善钢的 性能的目的。 组织 —— 性能
学习目标
1、认识铁碳合金的基本组织 2、熟悉各种组织的定义及性能。
或 Le 、
）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%） 性能：硬而脆，性能与渗碳体相近。
思考与讨论：
1、以上五种组织可以分为几大类？ F A Fe3C P Ld
固溶体
化合物
混合物
2、以上五种组织可以最终归结为三种基本组 织，分别是什么？ F A Fe3C P Ld
F+ Fe3C A+ Fe3C