3-1-1纯铁的同素异晶转变讲解
第二章 第三节 纯铁的同素异构转变
教学时间2014年3月28日教学对象13数控1班-2班课时1课时教学课题：第三节纯铁的同素异构转变教学目标：明确同素异构转变，掌握纯铁的同素异构转变。
教学重点：纯铁的同素异构转变。
教学难点：应用纯铁的同素异构转变分析问题。
教学准备：PPT教学过程:【复习】1、纯金属结晶的特点是什么？请解释其原因。
2、金属结晶时，结晶出来的晶体大好还是小好？细化晶粒的方法有哪些？3、金属常见的晶格类型有哪三种？请描述具体的空间结构。
【新课导入】通过前面的学习，我们知道金属结晶后是晶体结构，每种金属都有它自己的晶格类型。
如纯铁在1538℃，结晶出来的晶格类型是体心立方晶格的a－Fe 。
那么固体金属温度改变晶格类型会不会改变？请同学们阅读第三节第一段前两行内容。
【板书】第三节纯铁的同素异构转变一、同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
【讲解】同素就是同种元素；由同素异构转变所得到的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。
【板书】同素异构体的稳定性：αβγδ低温高温二、纯铁的同素异构转变（教师引导学生分析图2-8为纯铁的冷却曲线，师生共同概括出下式）例一．下列说法不你认为对的打√，错的打×1．在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。
------------------------------( ) 2．纯铁在780℃时晶体结构为面心立方晶格的γ—Fe。
------------------------- ( ) 3．45钢从室温加热到1000℃时，硬度降低，塑性提高，可进行锻造。
这是因为内部发生了改变的缘故。
---------------------------------------------------------- ( )例二．填写出纯铁在下列温度下的组织和晶体结构：温度（℃）组织名称晶体结构。
铁碳合金相图分析
第四章铁碳合金第一节铁碳合金的相结构与性能一、纯铁的同素异晶转变δ-Fe→γ-Fe→α-Fe体心面心体心同素异晶转变——固态下,一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象.特点：是形核与长大的过程重结晶将导致体积变化产生内应力通过热处理改变其组织、结构→ 性能二、铁碳合金的基本相基本相定义力学性能溶碳量铁素体 F碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低,塑性,韧性好最大%奥氏体 A碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低,塑性好最大%渗碳体Fe3C Fe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=0%第二节铁碳合金相图一、相图分析两组元：Fe、 Fe3C上半部分图形二元共晶相图共晶转变：1148℃ 727℃→ + Fe3C →P + Fe3C莱氏体Ld Ld′2、下半部分图形共析相图两个基本相：F、Fe3C共析转变：727℃→ + Fe3C珠光体P二、典型合金结晶过程分类：三条重要的特性曲线① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.工业纯铁<%C钢——亚共析钢、共析钢%C、过共析钢白口铸铁——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁L → L+A → A → PF+Fe3CL → L+A → A → A+F →P+FL → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ4、共晶白口铸铁L → LdA+Fe3C →LdA+Fe3C+ Fe3CⅡ → Ld′P+Fe3C+Fe3CⅡ5、亚共晶白口铸铁L → LdA+Fe3C + A →Ld+A+ Fe3CⅡ → Ld′+P+ Fe3CⅡ6、过共晶白口铸铁L → LdA+Fe3C + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系1、含碳量对铁碳合金平衡组织的影响2、含碳量对铁碳合金力学性能的影响四、铁碳合金相图的应用1、选材方面的应用2、在铸造、锻造和焊接方面的应用3、在热处理方面的应用第三节碳钢非合金钢碳钢是指ωc≤%,并含有少量锰、硅、磷、硫等杂质元素的铁碳合金.铁碳合金具有良好的力学性能和工艺性能,且价格低廉,故广泛应用.一、杂质元素对碳钢性能的影响1、锰Mn + FeO → MnO + Fe 脱氧Mn+ S → MnS 炉渣去硫Mn溶入铁素体→ 固溶强化Mn溶入Fe3C → 形成合金渗碳体Fe, Mn3C Mn <%,对性能影响不大2、硅Si + FeO → SiO2 + Fe 脱氧Si溶入铁素体→ 固溶强化Si<%,对性能影响不大3、硫钢中S+Fe → FeS.FeS与Fe形成低熔点的共晶体985℃分布在晶界上,当钢在热加工1000~1200℃时,共晶体熔化,导致开裂——热脆消除热脆：Mn+ S → MnS熔点高1620℃并有一定塑性硫是一种有害元素4、磷钢中磷全部溶于铁素体,产生强烈固溶强化,低温时更加严重——冷脆磷是一种有害元素二、碳钢的分类按含碳量分：低碳钢～、中碳钢～、高碳钢～%按质量分类：普通碳钢、优质碳钢、特殊碳钢S、P含量按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢三、碳钢的牌号、性能和应用1、碳素结构钢GB700-88 Q195, Q215, Q235, Q255, Q275五大类,20个钢种GB700-79 A1, A2, A3, A4, A5Q235-AF表示：σs≥235Mpa,质量等级为A,沸腾钢.应用：Q195, Q215——塑性高,用于冲压件、铆钉、型钢等； Q235——强度较高,用于轴、拉杆、连杆等；Q255, Q275——强度更高,用于轧辊、主轴、吊钩等.2、优质碳素结构钢优质碳素结构钢：优质钢、高级优质钢A、特级优质钢E 牌号：08F ——冲压件；45——齿轮、连杆、轴类；65 Mn——弹簧、弹簧垫圈、轧辊等.3、碳素工具钢牌号：T8、T8A——木工工具；T10、T10A——手锯锯条、钻头、丝锥、冷冲模；T12、T12A——锉刀、绞刀、量具.4、铸钢表示方法：用力学性能表示ZG200-400σs≥200Mpa,σb≥400Mpa用化学成分表示ZG30%C用于制作形状复杂且强度和韧性要求较高的零件,如轧钢机架、缸体、制动轮、曲轴等.. 状态图中的特性点Fe- Fe3C相图中各点的温度、浓度及其含义Fe-Fe3C 相图中各特性点的符号及意义二. 状态图中的特性线Fe-C合金相图中的特性线三. 状态图中的相区在Fe-Fe3C相图中共有五个单相区、七个两相区和三个三相区.五个单相区是:ABCD以上——液相区LAHNA——δ固溶体区δα、δNJESGN——奥氏体区γ或AGPQG——铁素体区α或FDFKL——渗碳体区Fe3C或Cm两相区是:L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、α+γ、γ+ Fe3C和α+ Fe3C.三个三相区是:HJB线、ECF线和PSK线.1. 工业纯铁含C≤%——其显微组织为铁素体+Fe3CⅢ.2. 钢含C在~%——其特点是高温组织为单相奥氏体具有良好的塑性因而适于锻造.根据室温组织的不同钢又可分为三类:① 亚共析钢< C <%——其组织是铁素体+珠光体② 共析钢C=%——其组织为珠光体③ 过共析钢< C≤%——其组织为珠光体+渗碳体3. 铁在1538ºC结晶为δ-FeX射线结构分析表明它具有体心立方晶格.当温度继续冷却至1394ºC时δ-Fe转变为面心立方晶格的γ- Fe通常把δ-Fe←→γ- Fe的转变称为A4转变转变的平衡临界点称为A4点.当温度继续降至912ºC时面心立方晶格的γ- Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe把γ- Fe←→α-Fe的转变称为A3转变转变的平衡临界点称为A3点.4. 三条重要的特性曲线① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终了线.② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线.③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727ºC时达到最大值%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300ºC以下溶碳量小于%.因此当铁素体从727ºC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ.四. 名词1. 铁素体:是碳在α-Fe中形成的固溶体常用“δ”或“F”表示.铁素体在770ºC以上具有顺磁性在770ºC以下时呈铁磁性.通常把这种磁性转变称为A2转变把磁性转变温度称为铁的居里点.碳溶于δ-Fe中形成的固溶体叫δ铁素体在1495ºC时其最大溶碳量为%.2. 顺磁性:就是在顺磁物质中分子具有固有磁矩无外磁场时由于热运动各分子磁矩的取向无规宏观上不显示磁性;在外磁场作用下各分子磁矩在一定程度上沿外场排列起来宏观上呈现磁性这种性质称为顺磁性.3. 铁磁性:就是磁性很强的物质在未磁化时宏观上不显示出磁性但在外加磁场后将会显示很强的宏观磁性.4. 奥氏体:是碳溶于γ-Fe中所形成的固溶体用“γ”或“A”表示.奥氏体只有顺磁性而不呈现铁磁性.碳在γ-Fe 中是有限溶解其最大溶解度为%1148ºC.5. 渗碳体:是铁与碳的稳定化合物Fe3C 用“C”表示.其含碳量为%.由于碳在α-Fe中的溶解度很小所以在常温下碳在铁碳合金中主要是以渗碳体的形式存在.渗碳体于低温下具有一定的铁磁性但是在230ºC以上铁磁性就消失了所以230ºC是渗碳体的磁性转变温度称为A0转变.渗碳体的熔点为1227ºC.它不能单独存在总是与铁素体混合在一起.在钢中它主要是强化相它的形态、大小及分布对钢的性能有很大的影响.另外渗碳体在一定的条件下可以分解形成石墨状的自由碳.即Fe3C——→3Fe+C石墨6. 珠光体:是由铁素体和渗碳体所组成的机械混合物常用“P”表示.珠光体存在于727ºC以下至室温.五. 铁碳合金相图的应用一在选材方面的应用若需要塑性、韧性高的材料应选用低碳钢含碳为~%;需要强度、塑性及韧性都较好的材料应选用中碳钢含碳为~%;当要求硬度高、耐磨性好的材料时应选用高碳钢含碳为~%.一般低碳钢和中碳钢主要用来制造机器零件或建筑结构.高碳钢主要用来制造各种工具.二在制定热加工工艺方面的应用铁碳相图总结了不同成分的合金在缓慢加热和冷却时组织转变的规律即组织随温度变化的规律这就为制定热加工及热处理工艺提供了依据.钢处于奥氏体状态时强度较低、塑性较好便于塑性变形.因此钢材在进行锻造、热轧时都要把坯料加热到奥氏体状态.各种热处理工艺与状态图也有密切的关系退火、正火、淬火温度的选择都得参考铁碳相图.六. 应用铁碳相图应注意的几个问题1. 铁碳相图不能说明快速加热或冷却时铁碳合金组织的变化规律.2. 可参考铁碳相图来分析快速加热或冷却的问题但还应借助于其他理论知识.3. 相图告诉我们铁碳合金可能进行的相变但不能看出相变过程所经过的时间.相图反映的是平衡的概念而不是组织的概念.铁碳相图是由极纯的铁和碳配制的合金测定的而实际的钢铁材料中还含有或有意加入许多其他元素.其中有些元素对临界点和相的成分都有很大的影响此时必须借助于三元或多元相图来分析和研究.第二部分晶体结构一. 金属键1. 金属键:金属原子依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来这种结合方式叫金属键.2. 在固态金属及合金中众多的原子依靠金属键牢固的结合在一起.二. 晶体结构1. 晶体:凡是原子或离子、分子在三维空间按一定规律呈周期性排列的固体均是晶体.液态金属的原子排列无周期规则性不为晶体.2. 晶体结构:是指晶体中原子或离子、分子、原子集团的具体排列情况也就是晶体中这些质点原子或离子、分子、原子集团在三维空间有规律的周期性的重复排列方式.3. 三种典型的金属晶体结构a. 体心立方晶格:晶胞的三个棱边长度相等三个轴间夹角均为90º构成立方体.除了在晶胞的八个角上各有一个原子外在立方体的中心还有一个原子.b. 面心立方晶格:在晶胞的八个角上各有一个原子构成立方体在立方体6个面的中心各有一个原子.c. 密排六方晶格:在晶胞的12个角上各有一个原子构成六方柱体上底面和下底面的中心各有一个原子晶胞内还有3个原子.三. 固溶体1. 固溶体:合金的组元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同这种相就称为固溶体.2. 置换固溶体:是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成固溶体.3. 间隙固溶体:是指溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置而是填入溶剂原子间的一些间隙中.4. 金属化合物:是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相又称为中间相其晶格类型和性能均不同于任一组元一般可以用分子式大致表示其组成.除了固溶体外合金中另一类相是金属化合物.四. 金属的结晶1. 金属的结晶:金属由液态转变为固态的过程称为凝固由于凝固后的固态金属通常是晶体所以又将这一转变过程称之为结晶.2. 杠杆定律的应用.在合金的结晶过程中合金中各个相的成分以及它们的相对含量都在发生着变化.为了了解相的成分及其相对含量就需要应用杠杆定律.对于二元合金两相共存时两个平衡相的成分固定不变.五. 同素异构转变当外部条件如温度和压强改变时金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变.六. 晶体的各向异性各向异性是晶体的一个重要特性是区别于非晶体的一个重要标志.晶体具有各向异性的原因是由于在不同的晶向上的原子紧密程度不同所致.原子的紧密程度不同意味着原子之间的距离不同从而导致原子之间的结合力不同使晶体在不同晶向上的物理、化学和机械性能不同.第三部分元素的影响1. 锰和硅的影响:锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂用以去除溶于钢液中的氧.它还可以把钢液中的F eO还原成铁并生成MnO和SiO2.脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中冷至室温后即溶于铁素体中提高铁素体的强度.锰对钢的机械性能有良好的影响它能提高钢的强度和硬度当含锰量低于%时可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性.碳钢中的含硅量一般小于%它也是钢中的有益元素.硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用显著的提高了钢的强度和硬度但含量较高时将使钢的塑性和韧性下降.2. 硫的影响:硫是钢中的有害元素.硫只能溶于钢液中在固态中几乎不能溶解而是以FeS夹杂的形式存在于固态钢中.硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂这种现象称为热脆.防止热脆的方法是往钢中加入适量的锰形成MnS可以避免产生热脆.硫能提高钢的切削加工性能.在易切削钢中含硫量通常为%~%同时含锰量为%~%.3. 磷的影响:一般来说磷是有害的杂质元素.无论是高温还是低温磷在铁中具有较大的溶解度所以钢中的磷都固溶于铁中.磷具有很强的固溶强化作用它使钢的强度、硬度显著提高但剧烈地降低钢的韧性尤其是低温韧性称为冷脆磷的有害影响主要就在于此.4. 氮的影响:一般认为钢中的氮是有害元素但是氮作为钢中合金元素的应用已日益受到重视.5. 氢的影响:氢对钢的危害是很大的.一是引起氢脆.二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷——白点在钢材纵断面上呈光滑的银白色的斑点在酸洗后的横断面上则成较多的发丝壮裂纹.存在白点时钢材的延伸率显著下降尤其是断面收缩率和冲击韧性降低的更多有时可接近于零值.因此具有白点的钢是不能用的.6. 氧及其它非金属夹杂物的影响:氧在钢中的溶解度非常小几乎全部以氧化物夹杂的形式存在于钢中如FeO、AL2O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等.除此之外钢中往往存在FeS、MnS、硅酸盐、氮化物及磷化物等.这些非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性在静载荷和动载荷的作用下往往成为裂纹的起点.它们的性质、大小、数量及分布状态不同程度地影响着钢的各种性能尤其是对钢的塑性、韧性、疲劳强度和抗腐蚀性能等危害很大.因此对非金属夹杂物应严加控制.第四部分热处理一. 热处理的作用1. 热处理:是将钢在固态下加热到预定的温度保温一定的时间然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺.钢中组织转变的规律是热处理的理论基础称为热处理原理.热处理原理包括钢的加热转变、珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变和回火转变.在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体.钢在加热和冷却时临界温度的意义如下:Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度;Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度;Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度;Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度;Accm——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度;Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度.通常把加热时的临界温度加注下标“C”而把冷却时的临界温度加注下标“r”.2. 珠光体转变——是过冷奥氏体在临界温度A1以下比较高的温度范围内进行的转变.珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体两个新相的机械混合物的相变过程因此珠光体转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组.由于相变在较高温度下发生铁、碳原子都能进行扩散所以珠光体转变是典型的扩散型相变.无论珠光体、索氏体还是屈氏体都属于珠光体类型的组织.它们的本质是相同的都是铁素体和渗碳体组成的片层相间的机械混合物.它们之间的差别只是片层间距的大小不同而已.珠光体的片层间距:450～150 nm形成于A1～650℃温度范围内.索氏体的片层间距:150～80nm形成于650～600℃温度范围内.屈氏体的片层间距:80～30nm形成于600～550℃温度范围内.3. 马氏体转变——是指钢从奥氏体化状态快速冷却抑制其扩散性分解在较低温度下低于Ms点发生的转变.马氏体转变属于低温转变.钢中马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体具有很高的强度和硬度.由于马氏体转变发生在较低温度下此时铁原子和碳原子都不能进行扩散马氏体转变过程中的Fe的晶格改组是通过切变方式完成的因此马氏体转变是典型的非扩散型相变.二. 热处理工艺1. 退火和正火:将金属及其合金加热保温和冷却使其组织结构达到或接近平衡状态的热处理工艺称为退火或回火.A. 低温退火去应力退火:是指钢材及各类合金为消除内应力而施行的退火.加热温度< A1 碳钢及低合金钢550～650℃高合金工具钢600～750℃B. 再结晶退火:加热温度> Tr Tr+150～250℃C. 扩散退火:是指为了改善和消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火.1 通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体主要是氢脱溶析出这时称为脱氢退火.2 均匀化退火的任务在于消除枝晶成分偏析改善某些可以溶入固溶体夹杂物如硫化物的状态从而使钢的组织与性能趋与均一.扩散退火的加热温度> Ac3 Acm 在固相线以下高温加热同时也要考虑不使奥氏体晶粒过于长大.碳钢1100～1200℃D. 完全退火:是指将充分奥氏体化的钢缓慢冷却而完成重结晶过程的退火.加热温度 Ac3+30～50℃E. 等温退火:是指将奥氏体用较快的速度冷却到临界点以下较高温度范围进行珠光体等温转变的退火. 加热温度 Ac3～Ac12. 正火:是指将碳合金加热到临界点Ac3以上适当温度并保持一定时间然后在空气中冷却的工艺方法.过共析钢正火后可消除网状碳化物而低碳钢正火后将显著改善钢的切削加工性.所有的钢铁材料通过正火均可使锻件过热晶粒细化和消除内应力.正火比退火的冷却速度快正火后的组织比退火后的组织细.3. 淬火与回火1. 淬火:是指将钢通过加热、保温和大于临界淬火速度Vc的冷却是过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法.2. 钢的淬透性:就是钢在淬火时能够获得马氏体的能力它是钢材本身固有的一个属性.3. 当淬火应力在工件内超过材料的强度极限时在应力集中处将导致开裂.4. 回火:本质上是淬火马氏体分解以及碳化物析出、聚集长大的过程.它与淬火不同点是由非平衡态向平衡态稳定态的转变.4. 化学热处理:是将工件放在一定的活性介质中加热使非金属或金属元素扩散到工件表层中、改变表面化学成分的热处理工艺.如:渗入碳、氮、硼、钒、铌、铬、硅等元素第五部分宏观检验一. 宏观检验主要可分为低倍组织及缺陷酸蚀检验、断口检验、硫印检验等.二. 酸蚀试验在宏观检验领域中酸蚀检验是最常用的检验金属材料缺陷、评定钢铁产品质量的方法.如果一批钢材在酸蚀中显示出不允许存在的缺陷或超过允许程度的缺陷时其它检验可不必进行.1. 酸蚀试验:是用酸蚀方法来显示金属或合金的不均匀性.1 热酸浸蚀实验方法2 冷酸浸蚀实验方法3 电解腐蚀实验方法2. 酸蚀试验所检验的常见组织和缺陷A:偏析:是钢中化学成分不均匀现象的总称.在酸蚀面上偏析若是易蚀物质和气体夹杂物析集的结果将呈现出颜色深暗、形状不规则而略凹陷、底部平坦的斑点;若是抗蚀性较强元素析集的结果则呈颜色浅淡、形状不规则、比较光滑微凸的斑点.根据偏析的位置和形状可分为中心偏析、锭型偏析或称方框偏析、点状偏析、白斑和树枝状组织.中心偏析:出现在试面中心部位形状不规则的深暗色斑点.锭型偏析:具有原钢锭横截面形状的、集中在一条宽窄不同的闭合带上的深暗色斑点.B. 疏松:这种缺陷是钢凝固过程中由于晶间部分低熔点物最后凝固收缩和放出气体而产生的孔隙.在横向酸蚀面上这种孔隙一般呈不规则多边形、底部尖狭的凹坑这种凹坑多出现在偏析斑点之内.根据疏松分布的情况可分为中心疏松和一般疏松.C. 夹杂:宏观夹杂可分为外来金属、外来非金属和翻皮三大类.D. 缩孔:由于最后凝固的钢液凝固收缩后得不到填充而遗留下来的宏观孔穴.E. 气泡:由于钢锭浇注凝固过程中所产生和放出气体所造成的.一般可分为皮下气泡和内部气泡两类.a. 皮下气泡: 由于浇注时钢锭模涂料中的水分和钢液发生作用而产生的气体.b. 内部气泡:又可分为蜂窝气泡和针孔气泡.蜂窝气泡是由于钢液去气不良所导致一般为不允许存在的缺陷存在钢坯内部在试面上较易浸蚀象排列有规律的点状偏析但颜色更深暗些;针孔是因为较深的皮下气泡在锻轧过程中未焊合而被延伸成细管状在横试面上呈孤立的针状小孔.白点:也称发裂是由于氢气脱溶析集到疏松孔中产生巨大压力和钢相变时所产生的局部内应力联合造成的细小裂缝.在横试面上呈细短裂缝三. 硫印检验是一种定性检验是用来直接检验硫元素并间接检验其它元素在钢中偏析或分布情况的操作.硫印检验时先用5~10%的稀硫酸水溶液浸泡相纸5分钟左右后取出去除多余的硫酸溶液把湿润的相纸感光面贴到受检表面上应确保相纸与试样面的紧密接触不能发生任何滑动排除相纸与试样面的气泡和液滴.其化学反应大致为:MnS+H2SO4→MnSO4+H2S↑FeS+H2SO4→FeSO4+H2S↑H2S+2AgBr→2HBr+Ag2S↓几秒到几分钟后将从试面上揭下的相纸在水中冲洗约10分钟然后放入定影液中定影10分钟以上取出后在流动水中冲洗30分钟以上干燥后既成.四. 断口检验1. 脆性断口:通常工程上把没有明显塑性变形的断裂统称为脆性断裂发生脆性断裂的断口为脆性断口.脆性断口也称晶状断口是指出现大量晶界破坏的耀眼光泽断口断口中晶状区的面积与断口原始横截面积的百分比则是脆性断面率也称晶状断面率.2. 结晶状断口:此种断口具有强烈的金属光泽有明显的结晶颗粒断面平齐而呈银灰色.是一种正常的断口.属于脆性断口.3. 纤维状断口:这种断口呈无光泽和无结晶颗粒的均匀组织.通常在断口的边缘有明显的塑性变形.一般情况下是允许存在的.属于韧性断口.4. 瓷状断口:是一种类似瓷碎片的断口呈亮灰色、致密、有绸缎的光泽和柔和感.是一种正常的断口.5. 台状断口:这种断口出现在纵向断面上呈比基体颜色略浅、变形能力稍差、宽窄不同、较为平坦的片状平台状.多分布在偏析内.6. 撕痕状断口:这种断口出现在纵向断面上沿热加工方向呈灰白色、变形能力差致密而光滑的条带.7. 层状断口:这种断口出现在纵向断面上呈劈裂的朽木状或高低不平的、无金属光泽的、层次起伏的条带条带中伴有白亮或灰色线条.8. 缩孔残余断口:出现在纵向断口的轴心区是非结晶状条带或疏松区有时伴有非金属夹杂物或夹杂沿条带常带有氧化色.9. 石状断口:在断口表面呈现粗大而凹凸不平的沿晶界断裂的粗晶颜色暗灰而无金属光泽象有棱角的沙石颗粒堆砌在一起.。
说明纯铁同素异构转变规律
说明纯铁同素异构转变规律
纯铁同素异构转变是指在一定条件下，纯铁晶体的结构由一种同素异构体转变为另一种同素异构体。
这个转变过程是由于铁原子在晶体中的排列方式发生了改变。
纯铁同素异构体有两种，即α铁和γ铁。
α铁在室温下是稳定的，但当温度升高到910摄氏度时，会转变为γ铁。
相反，当γ铁降温至770摄氏度以下时，会再次转变回α铁。
纯铁同素异构转变的规律如下：
1. 温度：纯铁同素异构转变是一个温度敏感的过程，通常需要在一定的温度范围内进行。
2. 时间：同素异构转变需要一定的时间来完成，通常需要数小时或数天的时间。
3. 过渡状态：在同素异构转变的过程中，会有一个过渡状态存在，这个过渡状态是一种中间状态，同时包含α铁和γ铁的特征。
4. 压力：纯铁同素异构转变的速率也可能受到外部压力的影响。
在受到高压作用时，同素异构转变的温度也会相应提高。
总之，纯铁同素异构转变是一种复杂的过程，在不同的条件下可能存在不同的规律。
铁碳相图知识(打印)
铁碳相图知识化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe 中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。
铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。
具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。
奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。
奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
图4 碳在γ－Fe晶格中的位置图5 渗碳体的晶格渗碳体(Fe3C)渗碳体是铁和碳形成的化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的晶体结构（图5），熔点为1227℃。
铁碳合金的组元及基本相
铁碳合金的组元及基本相一、纯铁（一）铁的同素异晶转变具有多晶型性，同素异晶转变也是形核与长大过程，为与结晶区别，将固态下的相变过程称为重结晶。
图（a）为结晶后的δ-Fe晶粒，图（b）表示重结晶后（A4转变）γ-Fe 晶粒，图（c）为重结晶（A3转变）α-Fe 晶粒，其晶核大小与γ-Fe晶粒有关，也与A3转变的条件有关。
它是钢的合金化和热处理的基础。
α-Fe在770℃还将发生磁性转变, 称为A2转变，转变温度称为铁的居里点。
磁性转变时，晶格类型不变，所以不属于相变。
a)初生的δ－Fe晶粒b)重结晶后的γ－Fe晶粒c)室温组织α－Fe晶粒纯铁同素异构转变示意图（二）铁素体与奥氏体碳溶于α-Fe 铁中的间隙固溶体叫铁素体，体心立方，α为0.0218％，室温0.008％以下用F 或α 表示。
碳溶于γ 铁中的间隙固溶体，面心立方，γ为2.11％，用A或γ 表示。
γ比α的溶碳能力大与间隙尺寸有关。
γ-Fe 的950℃时, 八面体间隙半径0.535nm，和碳原子半径0.77nm 比较接近。
α-Fe 在间隙半径远小于碳的原子半径，所以碳在铁素体中溶解度很小。
碳溶于δ-Fe 铁中的间隙固溶体称为δ 铁素体，以δ表示，最大溶碳量为0.09％(1495℃) 。
δ-Fe性能与纯铁基本相同，居里点也是770℃。
奥氏体的塑性很好，且具有顺磁性。
铁素体及奥氏体晶体结构及显微形态如图。
（三）纯铁的性能与应用工业纯铁，w(Fe)％＝99.8～99.9％，杂质主要是碳，力学性能大致范围为：屈服强度σ0.2：98～166MPa抗拉强度σb：176～274MPa延伸率δ：30～50％断面收缩率ψ：70～80％冲击韧性αk：160～200J／cm2硬度(HB)：50~80很好塑性和韧性，但其强度和硬度很低，很少用作工程结构及零件材料。
可用于要求软磁性的场合，如各种仪器仪表的铁芯等。
二、碳与渗碳体（一）碳碳原子序数为6，原子量为12.01，原子半径0.77nm，20℃时的密度为2.25g／cm3。
纯铁同素异构转变过程
纯铁同素异构转变过程
小朋友们，今天我们来了解一个特别神奇的事情——纯铁的同素异构转变过程！
你们知道吗，纯铁可不是一直都保持着一个样子哦！在不同的温度下，纯铁会发生奇妙的变化，就好像变魔术一样。
首先呢，当纯铁被加热到1538℃的时候，它会从一种叫做“体心立方晶格”的结构变成另一种叫做“面心立方晶格”的结构。
这个过程就像是纯铁给自己换了一套新衣服一样。
这种从体心立方晶格到面心立方晶格的转变，我们把它叫做γ-Fe（伽马铁）。
接下来，当温度继续升高到1394℃的时候，神奇的事情又发生了！纯铁会从面心立方晶格的γ-Fe 变回体心立方晶格，不过这个体心立方晶格和最开始的那个有点不一样哦，我们把这个新的体心立方晶格叫做δ-Fe（德尔塔铁）。
然后呢，当温度慢慢降低的时候，纯铁又会开始变化啦！当温度降到912℃的时候，纯铁会从γ-Fe 再次变成体心立方晶格，不过这次的体心立方晶格和之前1538℃时变成的那
个是一样的，我们把这个叫做α-Fe（阿尔法铁）。
纯铁的同素异构转变过程是不是很有趣呢？就好像纯铁在不同的温度下，会换上不同的“衣服”，展现出不同的样子。
这个过程对于我们的生活也很重要呢！比如说，在制造钢铁的时候，人们就会利用纯铁的这种同素异构转变特性，来调整钢铁的性能，让钢铁变得更加坚固、耐用。
小朋友们，现在你们是不是对纯铁的同素异构转变过程有了一些了解呢？希望你们以后也能像科学家一样，去发现更多神奇的事情！。
机械制造基础第二章4
L L+A A
Ld A+Fe3CII L+Fe3CI
F
F+A F+P P
P+Fe3CII
A+Fe3CII+Ld
Ld+Fe3CI
P+Fe3CII+Ld’ Ld’
Ld’+Fe3CI
图1-19 铁碳合金相图
1.相图上的特性线和点如下： 相图上的特性线和点如下：
由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不予分析。 由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不予分析。 1）ACD线 （液相线 ）。当金属液冷却到此线时开始结晶， ）ACD线 液相线） 当金属液冷却到此线时开始结晶， 在此线以上区域为液相。 在此线以上区域为液相。 2）AECF线（固相线）。当合金冷却到此线时，金属液全 ）AECF线 固相线） 当合金冷却到此线时， 部结晶为固相，在此线以下区域为固相。 部结晶为固相，在此线以下区域为固相。 3）A点。纯铁的熔点（15380C）。 ） 纯铁的熔点（ 4）D点。渗碳体的熔点（12270C）。 渗碳体的熔点（ 5）C点。共晶点，温度11480C，成分4.3%C。共晶：指合 共晶点， 温度1148 成分4 共晶： 金在一定的条件(温度、成分) 金在一定的条件 ( 温度 、 成分 ) 下 ， 由液体合金中同时结 晶出两种不同的晶体， 晶出两种不同的晶体 ， 而形成一种特殊的共晶体组织的 转变。 转变。即
2
2
3 4
3
4
3
2
3
3. 典型铁碳合金的结晶过程 为方便起见， 按照铁碳合金的分类， 为方便起见 ， 按照铁碳合金的分类 ， 把相图分为钢和白口铁两部分； 如图1把相图分为钢和白口铁两部分 ； 如图 20为经过简化的钢的铁碳合金相图 。 下 为经过简化的钢的铁碳合金相图。 为经过简化的钢的铁碳合金相图 面分析其结晶过程： 面分析其结晶过程： 1）共析钢（如图I号合金）的结晶过程 ）共析钢（如图 号合金 号合金）
第三章 铁碳合金相图
2、有益元素 Mn、Si
锰Mn:随脱氧剂加入。大部分溶于铁素 体中，具有固溶强化效果，少部分形成 合金渗碳体；锰与硫化合成MnS，减轻了 硫的有害作用。碳钢中<0.8%，合金钢中
1.0%- 1.2%。
硅Si:随脱氧剂加入,有较强的固溶强 化作用；可增加钢液流动性。碳钢中 <0.4%
工程材料及热加工基础课件
3、非金属夹杂物的影响
① N：室温下N在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和N在常温放置过程中 以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆, 称时效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N 固定，消除时效倾向。
② O：氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，
易成为疲劳裂纹源。 ③ H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时， 降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压， 形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。
工程材料及热加工基础课件
第五节
碳素钢
碳素钢是指ωc≤2.11%，并含有少量Mn、Si、S、P等杂质元素的铁碳合金。
一、常存杂质元素对碳钢性能的影响（ Mn、Si、S、P）
1、有害元素 S、P 硫S：炼钢时由生铁和燃料带入。在F中的溶解度极小，在钢的晶界处形成低 熔点（985）共晶体FeS→压力加工时熔化→导致钢沿晶界开裂—“热脆”。 钢中要限硫含量：≤0.05% 。 利用：Mn与S形成MnS(1620℃）, 粒状分布在晶内，以利于断屑，改 善切削加工性能。
A+F F P
( F+ Fe3C ) P
Q 0.0218%C Fe
P+F
4.3%C
6.69%C Fe3C
工程材料及热加工基础课件 1、 Fe-Fe3C 相图中的特性点
铁的同素异构转变名词解释
铁的同素异构转变名词解释铁是一种常见的金属元素，其同素异构转变是指在某一温度范围内，铁的晶体结构会发生变化，从而导致铁的性质和行为发生改变。
同素异构转变是铁独特的特性，对于理解铁的物理性质和工业应用具有重要意义。
铁的同素异构转变主要有两种形式：铁的α相和铁的γ相。
下面将对这两种相进行详细解释。
α相：铁的晶体结构在低温下呈现出α相。
α相具有面心立方（FCC）结构，也被称为铁的奥氏体。
在室温下，纯铁是以α相存在的，具有良好的可塑性和冲击性。
这种相之所以被称为“奥氏体”，是因为在1877年，奥地利物理学家卡尔·奥斯卡·约瑟夫·方严（Karl Oscar Johannes Fanny）首次对其进行了详细研究。
γ相：铁的晶体结构在高温下呈现出γ相。
γ相具有体心立方（BCC）结构，也被称为铁的马氏体。
当铁受热到一定温度时，晶体结构由α相变为γ相。
与α相相比，γ相具有更高的热稳定性和硬度。
这种相的名称是为了纪念法国冶金学家保罗·马尔扎克·马尔蒂内（Paul Mauset Martine）的贡献，他在1890年首次描述了这种结构。
铁的同素异构转变可以通过调控温度来实现。
当温度低于770°C时，铁的晶体结构主要呈现α相。
而当温度高于770°C时，铁的晶体结构则转变为γ相。
这种同素异构转变在铁的冶金和材料加工中具有重要意义。
对于铁的冶金工业而言，同素异构转变能够影响材料的性能和加工性能。
通过控制铁的同素异构转变，可以调整材料的硬度、韧性和可塑性。
例如，在一些需要高强度和耐热性的应用中，需要通过热处理使铁的晶体结构转变为γ相，以提高材料的硬度和耐热性能。
此外，铁的同素异构转变也对铁的磁性产生影响。
在α相中，铁是铁磁性材料，具有明显的磁性行为。
而在γ相中，铁是顺磁性材料，磁性较弱。
因此，通过调控铁的同素异构转变，可以改变铁的磁性特性，对于磁性材料的研究和应用也具有一定的意义。
金属的同素异晶转变
金属的同素异晶转变§2-3 铁碳合金的结构及相图由铁和碳为主要元素组成的合金称为铁碳合金，钢铁材料就是铁碳合金，它是工业上应用最广的金属材料。
了解铁碳合金的结构及其相图，掌握其性能变化规律，为我们正确合理的使用钢铁材料，制定各种加工工艺提供了重要的理论依据。
一、纯铁的同素异晶转变钢铁材料之所以应用的非常广泛，其中最主要的原因是由于组成钢铁材料的主要元素铁在不同的固态温度下其晶体结构会发生改变。
纯铁的冷却曲线如图2-25所示。
从曲线上可以看到：1538℃1394℃912℃（液态）Fe←———→δ-Fe←————→γ-Fe←————→α-Fe。
结晶晶格类型转变晶格类型转变我们把这种金属在固体下，随着温度的变化，晶格由一种类型转变成为另一种类型的转变过程，称为同素异构转变（同素异晶转变）。
同素异晶转变是钢铁一个重要特性，是能够进行热处理来改变性能的基础。
同素异晶转变是通过原子的重新排列来完成的，是重结晶过程，有一定的转变温度，转变时需要过冷，有潜热产生，而且转变过程也是由晶核的形成和晶核的长大来完成的。
二、铁碳合金的基本相在铁碳合金中，因铁和碳在固态不同温度下，可以形成固溶体和金属化合物，其基本相有铁素体、奥氏体和渗碳体。
1、铁素体铁素体：α-Fe中溶入一种或几种溶质原子构成的间隙固溶体，用符号F表示。
铁素体仍然保持α-Fe的体心立方晶格。
由于体心立方晶格的间隙很小，溶碳能力很低，在600℃时溶碳量仅为Wc=0.006%，随着温度升高，溶碳量逐渐增加，在727℃时，溶碳量Wc=0.0218%。
因此，铁素体室温时的性能与纯铁相似，强度、硬度低，塑性和韧性好。
铁素体的显微组织呈明亮的多边形晶粒，晶界曲折如图2-26所示。
2、奥氏体奥氏体：γ-Fe中溶入碳和（或）其他元素形成的间隙固溶体，用符号A表示。
奥氏体仍保持γ-Fe的面心立方晶格。
由于面心立方晶格的间隙较大，因此溶碳能力也较大，在727℃时溶碳量Wc =0.77% ，随着温度的升高溶碳量逐渐增多，到1148℃时，溶碳量可达Wc =2.11%。
第三章 铁碳合金相图
A金属 bcc 高 100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 bcc 低 0% 10% 20% ……. 80% 90% 100%
不同成分以及经过不同加工处理的合金具有不同的性能。 这种现象就是由其不同的相结构和组织引起的。
合金中相的晶体结构称为相结构 在显微镜下观察到的具有某种形态或形 貌特征的组成部分总称为组织。
Fe3（ C、N）或 Fe3（ C、B）
Fe3C→3Fe+G（石墨）
机电学院 NWPU
4、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%）。其显微组织珠光体强度较高，塑性、韧性和硬 度介于渗碳体和铁素体之间。
性能：Rm≈750MPa HBS=180 A≈20%～25%
室温组织：P+Fe3C（网状）
过共析钢的结晶过程
过共析钢组织金相图
过共析钢应用举例
T12 钢 碳含量 1.2％
返回
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
室温组织:
（P + Fe3CII + （低温）莱氏体 Le′ ）,
莱氏体 Le′的性能：硬而脆
共晶白口铁组织金相图
(６)亚共晶白口铁 (2.11%<Wc % <4.3 % )结晶过程
合金中的各种相是组成合金的基本单元； 合金组织是合金中各种相的综合体。
不同含碳量的显微组织
二.合金的相结构
根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态
合金的相可分为固溶体和金属化合物两大类。
1）固溶体
固溶体是指合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形
成的均匀相。
固溶体
置换固溶体
金属材料及热处理(第5版)课件第5章 铁碳合金相图和碳钢
第1节 纯铁、铁碳合金的相结构及其性能
一、纯铁的同素异构转变 二、Fe-Fe3C合金的相结构及其性能
1.纯铁的的同素异构转变
•纯铁的冷却曲线上有三种同素异构体，如图5-1 所示。液态纯铁（L）在1538℃时开始结晶出具 有体心立方晶格的δ-Fe；继续缓冷到1394℃时δFe开始转变为具有面心立方晶格的γ-Fe；再冷却 到912℃时又由γ-Fe转变为α-Fe
• 抗拉强度σb =180~280MPa • 屈服点σs=100~170MPa
• 伸长率δ×100 30~50%
• 断面收缩率ψ×100
70~80%
• 冲击韧度ak = 160~200J/cm2
• 硬度
~80HBW
铁素体在770℃以下具有磁性，在
770℃以上则失去铁磁性。
2.奥氏 ( A )
碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。
•共晶白口铸铁的室温组织是渗碳体和珠 光体组成的机械混合物 （P+Fe3CⅡ+Fe3C），称为低温莱氏体， 用符号L´d表示。
•（二）亚共晶白口铸铁的组织转变
•参考图5-12，亚共晶白口铸铁（WC＞ 2.11~＜4.3%），液态合金缓冷至1处的亚 共晶白口铸铁组织为（A+Ld）。
•在点1~点2之间缓冷时，奥氏体含碳量沿 ES线而减少，因此，从奥氏体（包括Ld中 的A）中不断以Fe3CⅡ形式析出碳，这个 温度区域的组织是（A+ Fe3CⅡ+Ld）。 •再冷却到点2处，奥氏体含碳量降到共析 点S（WC=0.77％）发生共析转变，所有的 奥氏体都转变为珠光体（P）；再冷却到 点2以下直到室温，亚共晶组织不再转变。
PSK（A1）。 • 两个重要转变: • 共晶转变反应式 • 共析转变反应式 • 二个重要温度:共晶转变温度 1148 ℃ 、共析
简述纯铁的同素异构转变过程
简述纯铁的同素异构转变过程纯铁的同素异构转变，听起来可能有点高深，但其实说白了，就是纯铁在不同温度下，能够变成两种不同形态的故事。
想象一下，你的好朋友，平时穿着一身休闲装，突然有一天决定换上西装，整个人看起来就不一样了。
这就是纯铁的转变，一种状态变成另一种状态，没啥特别的，但却有点神奇。
先说说常温下的纯铁。
它的结构像是个大杂院，里面东西虽然有点乱，但每个人都各自安分守己。
这里的原子像一群小伙伴，彼此亲密，围成一个个小圈。
大约在910℃的时候，这个小圈就开始聚会了，形成了体心立方结构。
你想啊，温度一上升，大家心里火热，原子就不再安分了，开始翻腾起来。
它们像被热锅上的蚂蚁，急得不行，最后形成了一个更紧凑、更稳定的结构。
就好比你突然要参加个派对，得换上靓丽的衣服，心里别提多兴奋了。
接着到了1390℃，这时候纯铁又要上演变脸秀了。
原本的体心立方结构又发生变化，变成了面心立方结构。
这可是个大变化，像是从一个小咖啡馆，变成了个热闹的酒吧。
原子的排列变得更紧密，显得更有范儿了。
这个过程其实就像我们在生活中不断提升自己，遇到挑战的时候，咬紧牙关，不怕艰难，最终变得更加出色。
这种变化，跟人一样，经历了风风雨雨，才更懂得珍惜身边的一切。
说到这里，可能会有人问，这种转变有什么用呢？嘿，这可就不得不提了。
纯铁的这两种结构，导致它们在不同条件下的表现截然不同。
就拿强度和韧性来说吧，体心立方结构的纯铁，韧性好，容易变形，正如我们生活中那种宽容大度的朋友，总是愿意为他人着想。
而面心立方结构的纯铁，强度高，更加坚韧，像是那个勇敢无畏的家伙，遇事不退缩，特别给力。
再说了，工业上也离不开这些结构的变化。
很多时候，我们需要根据不同的需求，选择不同的纯铁形式。
就好比你请朋友吃饭，总得根据他们的口味，做出不同的菜肴。
这样才能让大家都开心嘛。
换句话说，了解纯铁的同素异构转变，能够帮助我们在制造和使用材料的时候，做出更聪明的选择。
科学家们在研究这些变化的时候，简直就像是在侦探破案，拼凑那些微观的秘密。
机械工程材料：第五章 铁碳合金相图及碳钢
Q
5K 100% PK
组织组成物的相对重量为
QP
P5 PS
100%，Q
5S PS
100%
室温下相的相对重量
百分比为：
Q6 QFe3C QL
C 0.0008 100% 6.69 0.0008
Q
6L QL
100% QFe3C
S’
室温下组织组成物的相对重量百分比为：
QP
Q6 QS '
C 0.0008 100%, 0.77 0.0008
从 Fe-FesC 相图中可知 ,铸 钢的凝固温度区间较宽 ,故流动性 差 ,化学成分不均匀 ,易形成分散 缩孔 。一般采用提高浇注温度来 改善流动性 , 这样会使高温奥氏 体晶粒粗大 ,且冷却速度又比较 快 , 迫使铁素体沿奥氏体一定晶 面以针状组织析出 , 这种组织称 为魏氏组织(如图所示) 。
同素异晶转变：固态金属随温度的变化，由一种晶体结构转变成另一种晶 体结构的过程。 具有同素异晶转变的金属：Fe、Co、Ti、Mn Sn等。
二、铁碳合金的组元和相
⒈ 组元 Fe、 Fe3C
⒉相
液相L、高温铁素体δ 、奥氏体A（ ）、 （低温）铁素体F （ ）、渗碳体Fe3C （Cm）
(1)铁素体 （符号：F） 碳在体心立方的α-Fe或δ-Fe的晶格间隙中形成的间隙固溶体。
三铁碳合金相图a1538铁的熔点c1148含碳量43共晶点d1227渗碳体的熔点e1148含碳量211碳在奥氏体中最大溶解度点s727含碳量077共析点p727含碳量00218碳在铁素体中最大溶解度点q室温含碳量00008室温时碳在铁素体中最大溶解度点1特性点g912铁的同素异构转变点2特性线ecf共晶反应线psk共析反应线符号abcd液相线es碳在奥氏体中的溶解度线符号acmpq碳在铁素体中的溶解度线gs冷却时奥氏体开始析出铁素体加热时铁素体全部溶入奥氏体的转变温度线符号fefe工业纯铁含碳量000218亚共析钢含碳量00218077共析钢含碳量077
铁碳合金相图
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Ld表示。含碳量在2.11%～6.69%之间的铁碳合金， 在平衡结晶过程中均发生共晶反应。
第3章 铁碳合金相图
PSK水平线为共析反应线，S点为共析点。合金在平衡结晶 过程中冷却到727℃时，S点成分的奥氏体发生共析反应，生成P 点成分的铁素体和Fe3C。共析反应在恒温下进行，反应过程中 奥氏体、铁素体、Fe3C三相共存。共析转变的表达式如下：
第3章 铁碳合金相图
(2) 相图中的特性线。相图中各条线都表示铁碳合金发生组 织转变的界限，这些线就是组织转变线，又称作特性线。下面 简单介绍一下主要特性线的含义。
ACD线为液相线。此线以上的区域是液相区，液态合金冷 却到此线温度时，便开始结晶。
AECF线为固相线。表示合金冷却到此线温度时将全部结晶 成固态。
图3-1所示为纯铁的冷却曲线。液态纯铁在1538℃进行结 晶，得到具有体心立方晶格的δ-Fe。继续冷却到1394℃时发生 同素异构转变，成为面心立方晶格的γ-Fe。再冷却到912℃时 又发生一次同素异构转变，成为体心立方晶格的α-Fe。正因为 纯铁具有同素异构转变，才使钢和铸铁通过热处理来改变其组 织和性能成为可能。
第3章 铁碳合金相图
(6) 莱氏体(合金的基本组织之一)。它是奥氏体和渗碳体的 机械混合物，由于其中的奥氏体属高温组织，这时称高温莱氏 体，用符号Ld表示。高温莱氏体冷却到727℃以下时，将转变 为珠光体和渗碳体的机械混合物(P+Fe3C)，称低温莱氏体，用 符号Ld′表示。
莱氏体的含碳量为4.3%。由于莱氏体中含有的渗碳体较多， 故其力学性能与渗碳体相近。
第3章 铁碳合金相图 图3-1 纯铁的冷却曲线
材科基考点精讲(第11讲 铁碳相图)
铁碳相图主讲人：王准网学天地网学天地（ ）版权所有主要内容一、铁碳合金相图二、铁碳合金相图的分析三、铁碳合金分类—工业纯铁（< 0.0218%C ）四、含碳量的影响—Fe-C 合金组织、性能网学天地（ ）版权所有铁碳合金:主要为碳钢、铸铁，是工业中应用最广的合金。
根据碳含量分为以下几类：z含C < 0.0218% 称为：工业纯铁z含C 在0.0218% ~2.11% 称为：钢z 含C 在2.11%~ 6.69% 称为：铸铁一、铁碳合金相图网学天地（ ）版权所有¾Fe和C可形成一系列稳定化合物：Fe 3C、Fe 2C、FeC。
它们都可以作为纯组元看待，属硬脆相。
¾含碳量大于Fe 3C成分(6.69%)时，合金太脆，已无实用价值。
¾实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe 3C相图。
网学天地（ ）版权所有铁碳合金相图，研究铁碳合金最基本工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺的依据。
网学天地（ ）版权所有Fe 3C ：渗碳体，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe 和C ，C 原子聚集到一起就是石墨。
铁碳相图常表示为Fe-Fe 3C 和Fe-石墨双重相图（如图）Fe-石墨相图与Fe-Fe 3C 相图类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe 3C ；虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
Fe-C 合金的双重相图Fe-Fe 3C 相图主要用于钢；而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
网学天地（ ）版权所有铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe 的晶体结构不同，C 在Fe中的溶解度差别较大：¾C 在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%；¾C 在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe 中最大溶解度分别为0.0218%和0.09%。
纯铁的同素异晶转变
纯铁的同素异晶转变说到纯铁，大家脑袋里大概都会浮现出那个我们最常见的金属元素——铁，它是我们身边非常普通的一种物质。
要么在铁轨上见过，要么在锅碗瓢盆里看过，可能大多数人连它到底怎么回事都不太在意。
今天呢，我就要给大家讲一个有点专业但其实挺有意思的事情——纯铁的同素异晶转变。
听上去好像很深奥，实际上咱们日常生活中就能感受到它的存在。
要说这“同素异晶转变”是啥呢？嗯，简单来说，就是铁在不同的温度下，它的晶体结构会发生变化，好像天气一变，人就换衣服一样，变化是为了适应不同的环境。
就像我们有时候会穿羽绒服，有时候穿T恤一样，温度一变，铁也得做点“调整”。
话说回来，纯铁可不是一成不变的，铁的这个“换装”过程其实还蛮有趣的。
大家都知道铁在常温下是比较软的，这也是为什么大部分钢铁产品要经过特殊处理，才能更坚固耐用。
但如果你加热纯铁呢，它就会开始发生奇妙的变化。
你说，这是不是就像是夏天一身T恤短裤，冬天就得全副武装一样？而且有意思的是，铁一加热，变化不仅仅是外表，连内部的结构都跟着变。
咋回事呢？原来，铁的原子排列结构不止一种，它会根据不同的温度发生不同的变化。
低温时，铁的晶体结构呈现体心立方结构，也就是大家常说的“铁的第一阶段”。
这种结构就像是一个个小方块拼成的模型，感觉还挺有秩序的。
可一旦温度升高，铁就不再满足于原来的小方块结构了，它就会变身，变成所谓的面心立方结构。
想象一下，小方块变成了更圆润的球形结构，变得更加紧凑，也更稳定了。
这一转变的过程，实际上就很类似于咱们生活中，人在心情不好时可能会变得有些焦躁，突然环境一变，心情就平复下来，整个状态也更从容了。
这就是铁的“心态转变”——它不是不变的，而是随着环境的变化而自我调整。
说白了，它就是为了适应温度的变化而做的“形态转变”。
这也让我们感受到了纯铁的可塑性，感觉它就像个适应力强的小伙伴，怎么温度变它都能灵活应对。
这种结构变化背后还有个小秘密。
你可能会好奇，铁在高温下为什么会发生这种变化呢？铁的原子排列一旦温度升高，它们的动能就增加，原子间的距离也会增大。