铁碳合金相图60218

铁碳合金 (按成分可
⑵钢(高温组织为单相 A，易于
变形)
分为三类)
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)
(3)白口铸铁(在液态下结晶时，全部
或部分液相会发生共晶变，获得全部或
① 亚共晶白口铸铁 (2.11 ～ 4.3%C) ② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
按含碳量的不同，铁 碳合金的室温组织可 分为工业纯钛、钢和 白口铸铁。其中，把 含碳量小雨 0.0218%的铁碳合 金称为纯铁；把含碳 量大于0.0218%而 小于2.11%的铁碳合 金称为钢；把含碳量 大于2.11%的铁碳合 金称为铸铁。 17
纯铁、钢和铸铁的含碳量：
⑴ 工业纯铁(组织为单相铁素体) (<0.0218% C)
围内，温度不宜太高，以免钢材严重氧
化或发生奥氏体晶界熔化（过烧）。终
锻（或终轧）温度，一般亚共析钢控制
在稍高于GS线，过共析钢控制在稍高
于PSK线。温度不能太低，以免钢材因
塑性变差，导致产生裂纹。
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4、在热处理方面的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用
Fe－Fe3C相图是制订热处 理工艺的依据。应用Fe－ Fe3C相图可以正确选择各种 碳钢的退火、正火、淬火等 热处理的加热温度范围。由 于含碳量的不同，各种碳钢 热处理的加热温度和组织转 变也各不相同，都可从状态 图中求得。
2、过共晶白口铸铁的室温组织是（一次渗碳）体加 （ 低温莱）氏体。
3、共晶白口铸铁的含碳量为（ 4.3）%
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一、 填空题
1、常见的金属晶体类型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格三种。
2、金属的整个结晶过程包括（ ）、（ ）两个基本过程组成。
3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为（ ）和
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三、判断题
1、金属化合物晶格类型完全不同于任一组的晶格类型。（ ） 2、碳在奥氏体中的溶解度随温度的提高而减小。（ ） 3、亚共析钢的平衡组织为珠光体。 （ ） 4、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的 中心。（ ） 5、洛氏硬度值无单位。（ ） 6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（ ） 7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（ ） 8、所有金属在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ ） 9、固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。（ ） 10.体心立方晶格的塑性和面心立方晶格一样好。（ ）
8）P点 碳在α-Fe中的最大溶解度, 温度727℃， Wc=0.0218%
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二、相图中的特性线
1)ACD线(结晶温度开始线) 液相线，由各成分合金开 始结晶温度点所组成的线， 铁碳合金在此线以上处于 液相。
2）AECF线(结晶温度终止 线) 固相线，由各成分合金结晶 结束温度点所组成的线。在 此线以下，合金完成结晶， 全部变为固体状态。
亚共晶铸铁
共晶铸铁
2.11~4.3
2.11~6.69 4.3
P+Fe3CⅡ+L'
L'd
d
过共晶铸铁
4.3~6.69 L'd+Fe3CⅠ
组织 说明
单相铁 素体
白色相为铁 素体，黑色 为珠光体
珠光体 （F白+Fe3C黑）
珠光体+网状 二次渗碳体
珠光体+二 次渗碳体+ 低温莱氏体
低温莱氏体 (P黑+Fe3C白)
• 目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的 铁碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大 于6.69％的铁碳合金在工业上无使用价值。
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二、相图中点的含义
1）A点 纯铁的熔点，温度 1538℃,Wc=0
2）G点 纯铁的同素异晶转变点， 冷却到912℃时,发生γF→α-Fe
3）Q点 600℃时,碳在α-Fe中的 溶度,Wc=0.0057%
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5、在焊接方面的应用（补充） 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－ Fe3C相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中 可能会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应 的热处理方法加以改善。
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课堂练习：
1、共析钢冷却到S点时，会发生共析转变，从奥氏 体中同时析出（铁素体）和（ 渗碳）体的混合物，称为 （ 珠）光体。
体合金，在一定温度下， 同时结晶出成分和晶格 均不相同的两种晶体。
共析：由特定成分的单
相固态合金，在恒定的温 度下，分解成两个新的， 具有一定晶体结构的固相
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三、相图中的相区：
1）单相区
有F、A、L和Fe3C四个单相
区2）两相区
五个两相区：L＋A两相区、
L+Fe3CⅠ两相区、A+Fe3CⅡ两
相区、A＋F两相区、F+Fe3C两
3、铁碳合金相图上的共析线是（ ）。
A、ACD
B、ECF
C、PSK
4、组成合金的最基本的独立物质称为（ ）。
A、相 B、组元 C、组织
5、单晶体的滑移变形是在（ ）的作用下发生的。
A、切应力 B、拉应力 C、压力
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6、金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的 现象称为（ ）。 A、再结晶 B、同素异构转变 C、共晶转变 7、冷加工是指金属发生塑性变形的温度为（ ）。 A、常温不加热 B、500°C以下 C、再结晶温度以下 8、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（ ）。 A、屈服强度 B、抗拉强度 C、弹性极限 9、金属的强度越低、塑性越好，其（ ）越好。 A、铸造性 B、压力加工性 C、焊接性 10、测定半成品、毛坯、铸件的硬度，一般选用（ ）。 A、洛氏硬度计 B、维氏硬度计 C、布氏硬度计
一次渗碳体+ 低温莱氏体
性能特 强度、 C↑,强度、硬度逐 强度较高,硬度 硬度较高,塑性差,
点(平衡 硬度低、渐提高,有较好的 适中,具有一定 随着网状二次渗碳 硬度高，脆性大，几乎没有塑性
状态) 塑性好 塑性和韧性
的塑性和韧性 体增加,强度降低
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1.亚共析钢的组织的变化顺序：
亚共析钢的室温组 织由珠光体和铁素体 组成合金的组织按下 列顺序变化：
共晶成分的铁碳合金熔点最低,结晶温度范围最小,具有良好的铸造性能。
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3、在锻造方面的应用
碳钢在室温下塑性较差，变形较困难，
只有将其加热到单一奥氏体状态，才具
有较高的塑性和较低的强度，容易产生
塑性变形。所以，锻、轧温度通常选在
单相奥氏体区内。一般始锻（或始轧）
温度控制在固相线以下100～200℃范
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2.共析钢的组织的变化顺序： 共析钢在室温时的组 织是珠光体，合金的 组织按下列顺序变化：
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3.过共析钢的组织的变化顺序：
室温下为珠光体和 网状二次渗碳体组织。 钢中含碳量越多，二 次渗碳体也越多。
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4.亚共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
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5.共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
L--->L+Ld--->Ld (A+Fe3C共晶)--->Ld (A+Fe3C共晶+Fe3CII)-->L'd(P+Fe3CII+Fe3C)
部分莱氏体组织)
③ 过共晶白口铸铁 (4.3 ～ 6.69%C)
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铁碳合金的室温组织及分类：
合金类别 纯铁
亚共析钢
钢 共析钢
含碳量 (%)
<0.0218 0.0218~0.77
室温组织 F
F+P
0.0218~2.11 0.77
P
过共析钢
0.77~2.1 P1+Fe3CⅡ
典型的 显微组 织相片
白口铸铁
• 二个重要温度: 1148 ℃ 、 727 ℃ 。
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四.Fe - Fe3C 相图的知识点：
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课题练习检测：
1、铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下， 不同（成分）的铁碳合金的（ 状态或）组随织（ ） 温变度化 的图形。
2、从奥氏体中析出的渗碳体称为（二次渗碳）体，从液体 中结晶出的渗碳体称为（ 一）次。渗碳体
相3）区三相区
ECF共晶线是液相、奥氏体、
渗碳体的三相共存线（L、A、
Fe3C）。
PSK共析线是奥氏体、铁素
体、渗碳体的三相共存线
（A、F、Fe3C）。
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四.Fe - Fe3C 相图的知识点
• 五个重要的成份点: P、S、 E、C、K。
• 四条重要的线: EF、ES、 GS、FK。
• 二个重要转变: 共晶转变、 共析转变。
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二、相图中的特性线
5）GS线 奥氏体冷却时开始向铁素 体转变的温度线，通常称 为A3线。
6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。 奥氏体冷却到共析线温度 （727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体（P），
wC＞0.0218%的铁碳合
金均会发生共析转变。 9
共晶和共析的概念：
共晶：指一定成分的液
Fe-Fe3C相图揭示了铁碳合金的组织随成分变化的规律，由组织可 以判断出钢铁材料的力学性能，以便合理选用钢铁材料。
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2、在铸造生产上的应用
根据Fe－Fe3C相图的液相线，可 以找出不同成分的铁碳合金的熔点， 从而确定合金的熔化浇注温度（一 般在液相线以上50～100℃）。从 Fe－Fe3C相图中还可以看出，靠 近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低， 而且结晶温度区间也较小，故具有 良好的铸造性能。因此生产上总是 将铸铁的成分选在共晶成分附近。
第三章 铁碳合金
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学习目标：
一、铁碳合金相图的组成 二、Fe－Fe3C相图中特性点的含义 三、铁碳合金相图中特征线的含义及各区域内
的组织。 三、单相区、二相区和三相区分析
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一、铁碳合金相图的组成
铁碳合金相图——表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，
不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
消失的变形称为（ ）变形。
8、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的（ ）及（ ）。
9、只有经过（ ）的金属才会发生再结晶。
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二、选择题
1、奥氏体是具有（ ）晶格的铁。
A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状
2、合金发生固溶强化的主要原因（ ）。
A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化
C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化
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二、相图中点的含义
4）D点 渗碳体熔点,温度 1227℃,Wc=6.69%
5）C点 共晶点，温度1148℃， Wc=4.3% 成分为C的液相，冷却到此 温度时，发生共晶反应 Lc→A+Fe3C
6）E点
碳在γ-Fe中的最大溶解度,温度1148℃，Wc=2.11%
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二、相图中点的含义
7）S点 共析点，温度727℃， Wc=0.77% 成分为S点的奥氏体，冷却 到此温度时，发生共析反应： As→P（F+Fe3C）
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6.过共晶白口铸铁的组织的变化顺序：
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五、铁碳合金的成份、组织与性能的关系： 随含碳量的不同，其组织顺序：
含碳量越高，钢的强度、 硬度越高，而塑性、韧性 越低，这在钢经过热处理 后表现尤为明显。
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四、Fe－Fe3C相图的应用
在焊接工艺上的应用
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1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化规律，为钢铁材料 的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船舶、各种建筑结构等，都需要强度较 高、塑性及韧性好、焊接性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％） 的钢材；各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，一般选用 碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、刃具、量具、模具要求 硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。 纯铁的强度低，不宜用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削 加工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、形状复杂的工 件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
（ ）两种。
4、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有（ ）和（ ）,属于金
属化合物的有（ ），属于混合物的有（ ）和莱氏体。
5、原子呈无序堆积状态的物体叫（ ）；原子呈有序、有规则排列
的物体叫（ ）。一般固态金属都属于（ ）。
6、常温下金属的塑性变形方式主要有（ ）和（ ）两种。
7、变形一般分为（ ）变形和（ ）变形两种，不能随载荷的去除而
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二、相图中的特性线
3）ECF水平线
共晶线，Wc＞2.11%的铁碳
合金，缓冷至该线（1148℃）
时，均发生共晶转变，生成莱
氏4体）。ES线
碳在奥氏体中的溶解度曲线，
通常称为Acm线。碳在奥氏
体中最大溶解度是E点（wC
＝2.11％），随着温度的降
低，碳在奥氏体中的溶解度
减小，将由奥氏体中析出二
次渗碳体Fe3CⅡ。
3、铁碳合金相图上的共析线是（ PSK）。 4、亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，奥
氏体转变成（珠光体）。
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铁碳合金相图
第二节：铁碳合金相图的工艺分析
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一、铁碳合金的分类 二、典型铁碳合金结晶过程分析 三、铁碳合金的成分、组织与性能的关系 四、Fe－Fe3C相图的应用
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一.铁碳合金的分类：