1.3合金的相结构与铁碳合金状态图

溶碳度：2.14%（最大）
有一定的强度和硬度，塑性也很好
渗碳体
铁与碳形成具有 复杂晶格的稳定 间隙化合物Fe3C
硬度很高 脆性大，塑性和韧性极低
返回
珠光体
铁素体和渗碳体组成 的机械混合物
综合力学性能较好
莱氏体
渗碳体为基体上分布
着奥氏体（珠光体）
硬度很高，塑性很差
简化图
1538 A 1227 D
元的新相，称为金属间化合物，也称中间相。
1. 特点 晶体结构不同于任一组元金属 性能不同于任一组元金属 一般具有较高的熔点、硬度，较大的脆性 2. 分类 正常价化合物 电子化合物 间隙相和间隙化合物
机械混合物：机械混合物 由纯金属、固溶体、金属
化合物这些合金的基本相按照固定比例构成的组
PSK水平线—共析线（A1线）
含碳量为0.77%的
奥氏体冷却到此线时，在727 ℃同时析出铁素体和 渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。
GS线—（A3线）
的开始线。（γ
是冷却时奥氏体转变为铁素体
α）
ES线—称Acm线 线。 （γ
是碳在奥氏体中的溶解度线，
实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始
3. 相图中主要线的含义
ACD线—液相线 的温度线。 AECF线—固相线 各种成分的合金均处在固体状 态，结晶过程终止线。 ECF水平线—共晶线 含碳量为4.3%的液态合金冷 是不同成分铁碳合金开始结晶
却到此线时，在1148 ℃由液态合金同时结晶出奥氏 体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。
根据相的晶体结构特点分为三类：
固溶体、化合物、机械混合物。
固溶体：溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相 称为固溶体。 1. 晶体结构特点 “固体溶液”
均一的、保持熔剂金属的晶体结构 晶格常数发生一定变化
2. 固溶体的分类 按溶质原子所占据的位置 置换固溶体：溶质原子一般为半径相差不大的原子 间隙固溶体：溶质原子半径小的非金属原子 （H、O、N、C、B）
织称为机械混合物。
* 混合物各相保持其原有晶格。
* 混合物的性能：取决于各组成相的性能，以及它们分布
的形态、数量及大小。 * 铁碳合金中的机械混合物有珠光体和莱氏体。
§1.3.2合金状态图—相图
相图是表明合金系中各种合金相的平衡条件和 相与相之间关系的一种简明示图，也称为平衡图或 状态图。是合金体系中材料的状态与温度、成分间 关系的简明图解。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过 程的各相的成分和质量分数不再变化所达到一种 状态。此时合金系的状态稳定，不随时间而改变。 合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般 可以认为是平衡的结晶过程。
І 1 2
Ⅲ 1 2 L+A E
L L+Fe3CІ 1148
DLeabharlann Baidu
结晶过程：
F C 3 912 Ld G 3 Ld+Fe3CІ 3 Fe C +A Ld+Fe3CⅡ+A F+A 3 Ⅱ 727 K P 4 S 4 F Ld’ F+P P Fe3CⅡ+P Ld’+Fe C +P Ld’+Fe3CІ 3 Ⅱ Q 0 0.77 2.11 4.3 6.6 wC/%→
工业纯铁 共析碳钢 普通陶瓷 类比 鸡蛋
单相铁素体 铁素体相、渗碳体相 晶相、玻璃相、气相
蛋白、蛋黄
组织：用肉眼或显微镜观察到的材料内部形貌图 像的统称（宏观组织、微观组织）。组织是影响 材料性能的重要因素。 相是组织的基本组成部分 不同的相构成不同的组织！
相同的相，但当组成相的数量、大小、 形态和分布不同时，其组织也不同！
过共析钢(Ⅲ)： L→L+A→A→A+Fe3CⅡ →P+Fe3CⅡ
共晶白口铁：L→Ld→Lˊd
亚共晶白口铁： L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ →Lˊd+P+Fe3CⅡ
过共晶白口铁： L→L+Fe3CІ→Ld+Fe3CІ →Lˊd +Fe3CІ
1. 共析钢
1538 A 温度/℃→ Ⅱ1 2
wc=0.77% 室温组织：P
合金的相结构与铁碳合金状态图
§1.3.1合金的相结构
一、合金的概念
合金：由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元
素，也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属 材料。
思考
金属与非金属组成的是不是一定就是合金？
Fe + C
Fe(C)合金（钢） Fe3C (化合物）
Na + Cl
盐
组元：组成合金独立的最基本单元。组元可以是元
Fe3CⅡ+P Ld’+Fe3CⅡ+P
2.11 0.77
Ld
Ld+Fe3CІ
F+P P
Ld’
4.3
Ld’+Fe3CІ
6.69
结晶过程：
Q
0
wC/%→
铁碳合金平衡相图的应用 1）选材的依据。
2）选择铸造合金成分和浇注温度的依据。
3）确定钢的锻造温度的依据。
4）研究焊缝区及近缝区组织和性能变化的理 论依据。 5）确定各种热处理工艺的依据。
按固态溶解度分： 有限固溶体：间隙固溶体只能是有限固溶体 无限固溶体：无限固溶体只能是置换固溶体
形成无限固溶体的必备条件： 置换固溶体 组元点阵相同 原子尺寸相差不大 负电性相同
按溶质原子在晶格中的分布状态分： 有序固溶体、无序固溶体
金属化合物：两组元形成合金时，当超过固溶体的 溶解极限时，形成的一种晶体结构不同于任一组
热分析法建立Cu-Ni相图
液相线
温 度
温 度
固相线
时间
成分
液相线 T,C 1500 1400 1300 1200 1100 1083 1000 纯铜 熔点
液相区 L 1455 L+ 纯镍 熔点

40 60 Ni% 80 100
固相线
Ni
Cu 固相区
20
液固两相区
§1.3.3 铁碳合金状态图
同素异构转变：金属在温度（压力）改变时发生晶 体结构变化的现象。
1538 液 相
δ-Fe
温 度 \℃ 1394
体心立方
γ-Fe
912
面心立方
α-Fe
室温
体心立方
时间/s
铁素体
碳溶解在α-Fe中形 成的间隙固溶体
溶碳度：0.006%（低温）、 0.1%（高温） 强度、硬度低 塑性、韧性好
奥氏体
碳溶解在γ-Fe中形成 的间隙固溶体。
L
温度/℃→ L+A A 912 G F+A P F Q S E C 1148 L+Fe3CІ F
Ld Ld+Fe3CІ Fe3CⅡ+A Ld+Fe3CⅡ+A 727 L’d+Fe3CІ
K
L’d F+P P Fe3CⅡ+P L’d+Fe C +P 3 Ⅱ
0.77 2.11 wC/%→ 4.3
0 Fe
A
2. 亚共析钢
1538
A
Ⅱ1 2
wc=0.6% 室温组织： P+F
І 1 2
A
Ⅲ 1 2 3
L+A
L
1148 L+Fe3CІ
D C
727
1227
温度/℃→
G
912
E
F K
P 4 F
F+A
3
3 Fe3CⅡ+A Ld+Fe3CⅡ+A S 4
Fe3CⅡ+P
Ld
Ld+Fe3CІ
F+P P
结晶过程：
Q
Ld’+Fe3CⅡ+P
素或是稳定化合物。
Fe(C)合金 类比 Fe、C组元
Fe、Fe3C组元 水，蛋白质，脂肪，胆固醇
鸡蛋
“元”、“基”、“合金化”、“合金系”概念的理 解？
合金的分类？看教材P15页最后一段。
二、相的概念
相：具有相同结构，相同成分和性能（也可以是连续变化
的）并以界面相互分开的均匀组成部分，如液相、固相是 两个不同的相。
Fe3CⅡ）
4.铁碳合金的分类
工业纯铁：C%<0.0218 共析钢：C%=0.77 亚共析钢： 0.0218<C%<0.77 过共析钢： 0.77<C%<=2.11 共晶白口铁：C%=4.3 亚共晶白口铁： 2.11<C%<4.3 过共晶白口铁： 4.3<C%<6.69
钢在结晶过程中的组织转变
共析钢(І)：L→L+A→A→P 亚共析钢(Ⅱ)：L→L+A→A→A+F→P+F
铁碳合金状态图是研究在平衡条件下，铁 碳合金的成分、组织和性能之间的关系及 变化规律，这里的平衡是指极其缓慢的冷 却。它以温度为纵坐标、合金成分（ Fe3C 或含碳量）为横坐标的图形。它是说明合 金成分、温度和组织三者关系的图形。
组 元： 纯铁、渗碳体 基 本 相： 高温铁素体（δ）、 铁素体（α）、 奥氏体（γ） 基本组织： 珠光体（P）、 莱氏体（Ld/Ld’）
6.69 Fe3C
Fe-Fe3C状态图
2.铁碳合金相图中主要特性点的含义
特性点 的符号 A C D E G P S Q 温度t/ ℃ 1538 1148 1227 1148 912 727 727 室温 含碳量 wc% 0 4.3 6.69 2.11 0 0.02 0.77 0.0008 含义 纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度 α-Fe γ-Fe同素异晶转变点 碳在铁素体中的最大溶解度 共析点 碳在铁素体中的溶解度
2.11
Ld’
4.3
Ld’+Fe3CІ
6.69
0
0.77
wC/%→
3. 过共析钢
1538
wc=1.2% 室温组织： P+Fe3CⅡ
A
Ⅱ1 2
І 1 2
A
Ⅲ 1 2 3
L+A
L
1148 L+Fe3CІ
D C
727
1227
温度/℃→
G
912
E
F K
F+A F
3
P 4
3 Fe3CⅡ+A Ld+Fe3CⅡ+A S 4