铁碳合金状态图
铁碳合金的基本组织与状态图课件
n 3) 在压力加工成型方面
n 钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较 好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区进 行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以 上100℃~200℃范围内。一般始锻温度为 1150℃~1250℃，终锻温度为750℃~ 850℃。
55
n 4) 在热处理工艺方面的应用
n Fe- Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特 别重要的意义。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。这将在热处理中详细阐述。
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%。
n 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。
6
奥氏体组织金相图
7
(三)渗碳体 (Fe3C) 铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物，含
n
n “二”指二个坐标： C/％、 T ／0C；在画的 时候容易忘记这两坐标标注。
23
n “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。
n 1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织 n 根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳
状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类： n 1、工业纯铁C＜0.0218%的铁碳合金。
28
n 2、钢C 0.0218~2. 11%的铁碳合金。特点是 高温固态组织为塑性很好的奥氏体，常用 于热压力加工。根据相变特征和室温组织
2.4-铁碳合金状态图
第四节 铁碳合金及其 平衡状态图
一、铁碳合金中的基本相与基本组织 1. 铁碳合金基本相 铁素体 奥氏体 渗碳体
金属材料的组织结构
0.0006~0.0008%
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
2. 基本组织 三种单相组织：铁素体 奥氏体 渗碳体 三种双相组织：珠光体 高温莱氏体 低温莱氏体
金属材料的组织结构
五、铁碳合金状态图的应用 1. 选材 2. 确定钢的锻造温度范围 3. 确定铸钢和铸铁的熔化温度和浇注温度 4. 制定钢的热处理工艺
金属材料的组织结构
思 考 题
1.解释基本概念：晶体、晶体结构、过冷度、同素 异晶转变、合金、组元、相、组织、固溶强化、 共析反应、共晶反应、铁素体、奥氏体、渗碳体、 珠光体、莱氏体。 2.简述金属的结晶过程。纯金属与合金的结晶过程 有何异同？ 3.晶粒度对金属机械性能有何影响，在实际生产中， 常采用哪些措施细化晶粒？ 4.合金的基本相结构有哪些，合金的相和组织有何 区别和联系？ 5.说明固溶体和金属化合物的晶体结构特点，并指 出二者的性能差异。
金属材料的组织结构
4. 相区 ⑴ 单相区： 液相区 奥氏体相区 铁素体相区 渗碳体相区 ⑵ 双相区——两面夹方法 以相组成表示的铁碳平衡状态图 以组织组成表示的铁碳平衡状态图
金属材料的组织结构
5. 问题 四个单项区中，液相区、奥氏体相区、铁素 体相区均为区域，而渗碳体相区为线段DFK， 为什么？
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
共析转变： 一种固相转变成另外两种固相的转变。 或者 共晶转变： 一种液相转变成另外两种固相的转变。 或者
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构
五种基本组织的关系
铁碳合金状态图课件
根据铁碳合金在不同温度下的状态，绘 制等温线。
根据铁碳合金在不同温度和成分下的状 态，在图上标记相应的区域，并注明相 应的名称。
04
铁碳合金状态图的应用
在铸造工业中的应用
铸造工艺设计
铁碳合金状态图是铸造工艺设计的重 要依据，通过分析合金的凝固温度范 围和液相线温度，可以确定合适的浇 注温度和时间。
确定比例尺
根据实际需要选择合适的比例 尺，以便在图纸上准确表示铁 碳合金的实际 状态，在图上绘制等温线。
绘制元素分布曲线
根据铁碳合金中各元素的分布 情况，在图上绘制相应的曲线。
绘制实例和演示
选择合适的比例尺，绘制坐标轴。
对绘制好的铁碳合金状态图进行演示和 讲解，以便更好地理解和掌握铁碳合金 的状态变化规律。
1 2 3
铁碳合金状态图的实验研究
当前，研究者通过实验手段深入探究铁碳合金的 相变规律和组织性能，为实际生产提供理论支持。
铁碳合金状态图的计算模拟研究
随着计算材料学的进步，研究者利用计算机模拟 手段预测和模拟铁碳合金的状态和性能，为新材 料的开发提供有力支持。
铁碳合金状态图的应用研究
在实际生产中，钢铁企业根据铁碳合金状态图选 择合适的材料和工艺，提高产品质量和降低成本。
适的锻造温度和变形量。
锻件质量控制
通过铁碳合金状态图，可以预测锻 件在不同温度和变形条件下的组织 和性能变化，从而控制锻件的质量。
锻造设备选择
根据铁碳合金状态图，可以确定不 同锻造条件下材料的变形行为和所 需设备吨位，从而选择合适的锻造 设备。
在焊接工业中的应用
焊接材料选择
铁碳合金状态图可以指导焊接材 料的选择，根据母材的成分和状
铁碳合金相图
钢锭及其冶炼
冶炼工艺的主要任务 冶炼工艺的主要方法
钢锭的结构
钢锭是由冒口、锭 身、 底部组成
钢锭的内部缺陷
激冷结晶区（细小等轴结晶区） 没问题 柱状结晶区 没多大问题 树枝状结晶区 多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷 自由结晶区（粗大等轴结晶区） 多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈 所谓疏松组织 淀淀结晶区 常产生夹渣类缺陷
实例
Elliptical head Upper shell (Ⅰ、 Ⅱ) Conical shell Intermediate shell (lower) (Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) Tube sheet Primary head (channel head)
实例
Upper head Core shell Lower head
锻造生产的特点及其在国民经济中的作用
特点 地位
大型锻件主要应用于以下方面
1、轧钢设备 2、锻压设备 3、矿山设备 4、火力发电设备 5、水力发电设备 6、核能发电设备 7、石油、化工设备 8、船舶制造工业 9、军工产品制造：
实例（核反应堆中主要锻件M140）
Closure head(monobloc) Vessel flange Inlet(outlet) nozzle Nozzle shell Core shell Transition ring Lower dome
3. Fe—Fe3C相图分析
如图为Fe—Fe3C相图 全貌。根据分析围绕三条 水平线可把Fe—Fe3C相图 分解为三个部分考虑：左 上角的包晶部分，右边的 共晶部分，左下角的共析 部分。 分析点、线、区特 别是重要的点、三条水平 恒温转变线 、重要的相
铁碳合金相图
Foundation of mechanical manufacturing
铁碳合金相图
铁碳合金基本相
3
Fe-Fe3C相图
Fe-Fe3C相图是表示在缓慢冷却（加热）条件下（即平衡状态）不同成分的钢和铸铁在不 同温度下所具有的组织或状态的一种图形。
铁碳合金基本相
4
图2.20 Fe-Fe3C相图
E
碳在γ-Fe中的最大溶解度。温度为1148℃，Wc为2.11%。
F
Fe3C的成分。温度为1148℃，Wc为6.69%。
G
α—Feγ—Fe同素异晶转变点。温度为912℃，Wc为0。
铁碳合金基本相
9
1、Fe-Fe3C相图分析
①铁碳合金状态图中的各特性点的意义
K
Fe3C的成分。温度为727℃，Wc为6.69%。
铁碳合金基本相
5
01
Fe-Fe3C相图的分析
02
Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类
03
典型合金的结晶过程
04
铁碳合金的成分、组织与性能的关系
05
Fe-Fe3C相图的应用
铁碳合金基本同时结晶出两种成分一定的固 相的转变。
共析 转变
一定成分的液相在一定的温度下同时析出出两种成分一定的固 相的转变。
铁碳合金基本相
11
1、Fe-Fe3C相图分析
②铁碳合金状态图中各特性线的意义
PSK 线
ES线
共析线，常称A1线，奥氏体在此线上发生共析转变 碳在奥氏体中的溶解度曲线，常称Acm
GS线
奥氏体转变为铁素体的开始线，常称A3
THANK YOU !
P
碳在α—Fe中的最大溶解度。温度为727℃，Wc为0.0218%。
第二章 铁碳合金 第三节 铁碳合金状态图
6.67％
1538℃
A
铁碳合金状态图 2
D
Y
A+Y Y +Fe3CⅠ
C F 1148℃ 912℃ G
A
A3
F+A
P S
E
Fe3C
Acm
A+Fe3CⅡ A+Fe3CⅡ+L’ L’ L’ +Fe3CⅠ
K
727℃
F
F+P
Q
C％ 0.218%
P
P+Fe3CⅡ
P+Fe3CⅡ+L’’
L’’
L’’ +Fe3CⅠ
2013-7-25
1-3 铁碳合金状态图
7
铁碳合金状态图的作用
铁碳合金状态图主要是用来分析铁碳合金的成 分、温度、组织三者之间的关系。
当含碳量增加时，铁素体的比例减少，珠光体比例
增大，故而碳钢的机械强度和硬度增大，塑性和韧 性降低； 当含碳量超过0.9%时，碳钢中C的含量增多，硬度 增加，强度、塑性、韧性均下降； 当温度一定时，控制了碳钢的含碳量就控制了碳钢 的组织和性能；碳钢的机械性能又决定了碳钢的用 途。
过共析钢结晶过程
液态金属冷却至点1时开始生成A晶核； 冷却至点2后，液体金属全部结晶为A； 冷却至点3后，在GS至PSK间随温度下降不 断析出Fe3CⅡ，同时剩余A中的含碳量沿ES 线不断减少而得到珠光体P。
2013-7-25
1-3 铁碳合金状态图
22
共晶生铁结晶过程
冷却至点1时发生共晶反应生成莱氏体Ld； 点1至点2间的莱氏体称为高温莱氏体L d ； 冷却至点3后则称为低温莱氏体L d’。
铁碳合金状态图(精)
过共析钢： （0.77%＜C＜2.11%）
② ③ ① 合金III： P Fe3C A Fe3C 室温 ④
LL AΒιβλιοθήκη A共晶白口铸铁： （C=4.3%） L L 'd Ld ② 合金IV： ① 室温
铁碳合金状态图
铸钢件生产技术课程
铁碳合金状态图
用来表示在平衡状态下，不同含碳量的铁碳合金 在不同温度下所处的状态，晶体结构和显微组织 特征的图称为铁碳合金状态图（又叫铁碳平衡
图）。 利用合金状态图可以全面了解不同成分的铁碳合 金在不同温度下处于什么状态，组织结构等，它 是制定熔铸、锻造、热处理工艺的重要依据，也 是分析合金组织研究相变规律的工具。
2. 铁碳合金分类
钢 含C量0.0218～
2.11% 共析钢 含C量0.77% S点 P 亚共析钢0.0218≤0.77% S点以左 F+P 过共析钢0.77≥2.11% S点以右 Fe3c+P 3.2.2.2 白口铸铁 2.116.69% 共晶白口铸铁 4.3% 亚共晶白口铸铁 2.114.3% 过共晶白口铸铁 4.36.69%
3.铁碳合金相图的用途
1. 作为选用钢材料的依据：
如制造要求塑性、韧性好，而强度不太高
的构件，则应选用含碳量较低的钢；要求 强度、塑性和韧性等综合性较好的构件， 则选用含碳量适中的钢，各种工具要求硬 度高及耐性好，则应选用含碳量较高的钢。
2.定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据
在铸造方面：
3. 典型铁碳合金的结晶过程
共析钢：（C=0.77%） L P L A A ③ 合金I： ① ② 室温 亚共析钢：（0.0218%＜C＜0.77%） A F L A A L ④ ② ③ 合金II： ① F P 室温
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图的局限性
适用范围有限
铁碳合金状态图主要适用于铁碳合金，对于 其他合金体系如镍基、钛基等不适用。
无法预测微观组织结构
铁碳合金状态图只能提供宏观的相变信息和转变温 度，无法预测合金的微观组织结构，如晶粒尺寸、 相分布等。
无法考虑其他影响因素
铁碳合金状态图主要考虑温度和成分的影响 ，无法考虑其他如变形、应力等因素对合金 性能的影响。
特性线
共晶线
表示发生共晶反应的温度和成分界限， 即铁碳合金中同时发生共晶反应的区域 。
VS
共析线
表示发生共析反应的温度和成分界限，即 铁碳合金中同时发生共析反应的区域。
特性点
共晶点
表示共晶反应开始发生的温度和成分 点，即铁碳合金中发生共晶反应的温 度和成分点。
共析点
表示共析反应开始发生的温度和成分 点，即铁碳合金中发生共析反应的温 度和成分点。
在铸造和锻造中的应用
铸造温度选择
根据铁碳合金状态图，选择合适的浇注温度和冷 却速度，以获得理想的铸件组织和性能。
锻造工艺优化
通过铁碳合金状态图分析不同温度和应变速率下 材料的可加工性，优化锻造工艺参数。
质量控制
利用铁碳合金状态图对铸造和锻造过程中的材料 进行质量检测和控制，确保产品质量符合要求。
在热处理中的应用
铁碳合金状态图的重要性
指导材料加工与制备
铁碳合金状态图为材料加工和制备提 供了理论依据，有助于确定合适的热 处理工艺、合金成分和相变温度，从 而获得所需性能的材料。
预测材料性能
促进新材料研发
铁碳合金状态图为新材料研发提供了 理论基础，有助于发现新型铁碳合金 材料，推动相关领域的技术进步。
通过铁碳合金状态图，可以预测不同 温度和碳含量下材料的组织结构和机 械性能，有助于优化材料性能和应用。
铁碳合金状态图
② 亚共析钢
③ 过共析钢
3）白口铸铁
2.11％ < WC ≤ 6.69％
按室温组织不同，又可分为以下三种： ① 共晶白口铸铁 WC = 4.3％ 室温组织：低温莱氏体 ② 亚共晶白口铸铁 2.11％ < WC < 4.3％ 室温组织：低温莱氏体 + 珠光体 + 二次渗碳体 ③过共晶白口铸铁 4.3％ < WC ≤ 6.69％ 室温组织：低温莱氏体 + 一次渗碳体。
渗碳体是强化相，其形状有条状、网状、
片状、粒状等，它的形状、大小和分布对 钢的性能起重要作用。
四、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%）
性能组织：介于F 和 Fe3C之间具有良好的综合力学性能
层片状
颗粒状
五、莱氏体
莱氏体（Ld）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物
727
共晶相图
共析相图
0.0218
0.77
2.11
4.3
Fe — Fe3C状态图
第一节 铁碳合金的基本相
一、铁素体
铁素体（F 或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体
晶格结构：体心立方晶格
最大溶解度：0.0218%（727℃）
性能组织：强度低、硬度低而塑性好。
二、奥氏体
奥氏体（A
2、制定铸、锻、热处理工艺的重要依据
1）铸造方面： 浇注温度一般在液相线以上50～100°C 铸造生产中，共晶成分附近的铸铁应用最多在此范围的钢， 其结晶温度范围小，铸造性能好
2）锻造方面： 锻造时，将其温度加热到A体区域， 能获得良好的塑性，易于锻造成形 白口铸铁中有大量硬而脆的渗碳体， 故不能锻造
03 铁碳合金状态图
1、特性点：由字母标出的具有特定意义的点
2、特性线
ACD——液相线； AECF——固相线 其中：ACE区——L＋A； CDF区——A＋Fe3CI C点：共晶点 共晶反应：LC←－→Ld（AE+Fe3C） ECF——共晶线；wC=（2.11～6.69）%的铁碳合金，缓冷至 1148°C（ECF共晶线）都发生共晶转变。 共晶：在一定条件下（温度、成分），由液体合金中同时结晶出 两种不同晶体的转变。 GS——A冷却析出F开始线, 通常称为 A3线。 ES——C在A中溶解度曲线/ 冷却时A析出Fe3C开始线, 又称 Acm线。 PSK——共析线，又称A1线。wC>0.021 8% 的铁碳合金，缓冷至 727°C（PSK共析线）都发生共析转变。 S点：共析点 共析反应：AS←－→P（FP+ Fe3C） PQ——C在F中的溶解度曲线。
2）钢（ωc=0.0218%~2.11%）
3）白口铸铁（ωc=2.11%~6.99%）
四、典型的铁碳合金平衡结晶过程及组织
1) 共析钢的结晶过程分析
2结晶过程
4) 共晶白口铸铁的结晶过程
5) 亚共晶白口铸铁的结晶过程
6) 过共晶白口铸铁的结晶过程
1）图中的点、线和区域
三个基本相：L是Pb与Sn两组元形成的均匀的液相， α是Sn溶于Pb的固溶体，β是Pb溶于Sn的固溶体 三个单相区和三个两相区：即L+α、L+β、α+β相区。 在三个两相区之间有一根水平线MEN，是L+α+β三相 并存区 。
2第四节 铁碳合金相图
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L+A
AE
F+P P P + Fe3C
A
A3
A+F
A1
P+F
共析钢
(C=0.77%)
过共析钢
(0.77%< C<2.11%)
2
Fe-C合金状态图
状态图的分析
组织分析
常温组织
AC
名称 亚共析钢
(C<0.77%)
转变过程 L L L
AC
F+P P P + Fe3C
2
Fe-C合金状态图
室温时，含碳量低于0．0218％的合金全部为铁 素体（忽略三次渗碳体）、随着合碳量的增加，铁 素体的含量呈线性减少，到6．69％C时降为零。与 此同时，渗碳体的含量则由零直线增加至100％。 含碳量的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的 变化，而且由于引起不同性质的结晶过程，使其出 现不同的组织形态，发生不同的相互结合，因此造 成不同的组织变化。
2
Fe-C合金状态图
（2）组织形态的变化：同一种组织组成物或组 成相，由于生成条件的不同，虽然本质相同，但 形态差别却很大，对性能的影响也大不一样。 1）铁素体。 固溶体转变生成的单相铁素体为块状（等轴晶 粒状）；共折体中的铁素体则由于同渗碳体相互 制约，主要呈交替片状。
2
Fe-C合金状态图
2）渗碳体。 它的形态最复杂，钢铁组织的复杂化主要是它所造成 的。 一次渗碳体是从液体中直接析出，呈长条状； 二次渗碳体是从奥氏体中析出的，沿晶界呈网状； 三次渗碳体是从铁素体中析出的，沿晶界呈小片或粒 状； 共晶渗碳体是同奥氏体相关形成的，在莱氏体中为连 续的基体； 共析渗碳体是同铁素体交互形成的，呈交替片状。
铁碳相图课件
Fe—C 2. Fe C合金中的基本相
Fe—Fe3C相图中，Fe—C Fe3C相图中 在Fe Fe3C相图中，Fe C合金在不同条件 成分，温度) 可有五 个基本相： (成分，温度)下，可有五（六）个基本相： L Fe3C相、（石墨 石墨G 相、δ相、γ相、α相、Fe3C相、（石墨G）。 液相( （1）液相(L) Fe与 在高温下形成的液体溶液。 ABCD线 Fe与C在高温下形成的液体溶液。(ABCD线 以上) 以上) 高温铁素体（ （2）δ相[高温铁素体（high temperature ferrite） ferrite）]
（3）白口铸铁 白 口 铸 铁 （ white cast iron） 是 含 碳 量 在 iron） Wc=2 11～ 69%之间的Fe Fe、 合金。 Wc=2.11～6.69%之间的Fe、C合金。其特点液态合 金结晶时都发生共晶反应， 金结晶时都发生共晶反应 ， 液态时有良好的流动 因而铸铁都具有良好的铸造性能。 性 ， 因而铸铁都具有良好的铸造性能 。 但因共晶 产物是以Fe 为基的莱氏体组织， 所以性能硬、 Fe3 产物是以 Fe3C 为基的莱氏体组织 ， 所以性能硬 、 脆 ， 不能锻造。 其断口呈银白色， 故称为白口铸 不能锻造 。 其断口呈银白色 ， 铁。 上述Wc= 11%具有重要的意义，它是钢和铸铁( Wc=2 上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁(生 的理论分界线。 铁)的理论分界线。
FeFe-Fe3C相图
1.Fe—C 1.Fe C合金中的组元 铁碳合金中组元：纯铁( 铁碳合金中组元：纯铁(Fe) 渗碳体（ 渗碳体（Fe3C）
(1)
纯铁（Fe） 纯铁（Fe）
纯铁（ iron） 纯铁（pure iron） 纯 铁 固 态 下 具 有 同 素 异 构 转 变 transformation） （allotropic transformation） 纯铁具有磁性转变（ 770℃ 磁性转变、 纯铁具有磁性转变 （ 770 ℃ 磁性转变 、 transformation） magnetic transformation）。
铁碳合金状态图中主要特性点的含义
Fe-Fe3C状态图特性点符号温度/℃含碳量/% 含义A 1538 0 纯铁熔点C 1148 4.3 共晶点LC→A E+Fe3CD 1227 6.69 渗碳体的熔点E 1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度G 912 0 纯铁的同素异构转变点α-Fe→γ-FeS 727 0.77 共析点As→Fp+Fe3CP 727 0.0218 碳在α-Fe中的最大溶解度Q 室温0.0008 室温时碳在α-Fe中的溶解度ACD为液相线，此线以上的合金为液态，冷却到此线开始结晶。
AECF为固相线，此线以下的合金为固态，合金加热此线开始熔化。
GS是冷却时从不同含碳量的奥氏体中开始析出铁素体的温度线，又称A3线。
ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm线。
ECF线是共晶线，含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却至此温度线（1148℃），在恒温下发生共晶转变，即从液态合金中结晶奥氏体和渗碳体晶体的机械混合物，故此线是一条水平线。
PSK是共析线，又称A1线。
Wc=0.77%的奥氏体，冷却至此线（727℃），在恒温下同时析出铁素体和渗碳体晶体的机械混合物成为共析体，称为珠光体。
含量在0.02%—6.69%之间的所有铁碳合金，缓慢冷却到PSK线，都会在恒温下发生共析反应，生成一定数量的珠光体。
共晶转变Wc=4.3%的液相在1148℃温度下，同时结晶处含碳量为2.11%的奥氏体和含碳量为6.67%的渗碳体，这种转变叫做共晶转变。
共析转变Wc=0.77%的奥氏体，在727℃（723℃）温度下，同时析出铁素体与渗碳体，这种转变为共析转变。
平衡组织根据常温下的平衡组织又可分为三类：（1）亚共析钢—含碳量0.0218%-0.77%之间的铁素体+珠光体；（2）共析钢—含碳量0.77%的珠光体；（3）过共析钢—含碳量0.77%-2.11之间的珠光体+渗碳体Ⅱ。
白口铸铁含碳量2.11%-6.69%，根据常温组织也可分为三种：（1）亚共晶白口铸铁（C<4.3%）：珠光体+渗碳体Ⅱ+莱氏体；（2）共晶白口铸铁（C=4.3%）：莱氏体；（3）过共晶白口铸铁（C>4.3%）：莱氏体+渗碳体Ⅰ。
铁碳合金平衡图
(Fe-C)铁-碳合金平衡状态图及分析 铁 碳合金平衡状态图及分析 简介： 简介： 钢和铸铁都是铁碳合金。
含碳量低于 2．11％的铁碳合金称为钢，含碳量 2．11％～6．67％的铁碳合金称为铸铁。
为了全面了解铁碳合金在不同含碳量和不同温度下所处的状态 及所具有的组织结构，可用 Fe-C 合金平衡状 ... 钢和铸铁都是铁碳合金。
含碳量低于 2．11％的铁碳合金称 为钢，含碳量 2．11％～6．67％的铁碳合金称为铸铁。
为了全 面了解铁碳合金在不同含碳量和不同温度下所处的状态及所具 有的组织结构，可用 Fe-C 合金平衡状态图来表示这种关系，见 图 1—6。
图上纵座标表示温度，横座标表示铁碳合金中碳的百 分含量。
例如，在横座标左端，含碳量为零，即为纯铁；在右端， 含碳量为 6．67％，全部为渗碳体(Fe3C)。
图 1—6 Fe-C 平衡状态图 — 图中 ACD 线为液相线，在 ACD 线以上的合金呈液态。
这条线 说明纯铁在 1535℃凝固，随碳含量的增加，合金凝固点降低。
C 点合金的凝固点最低，为 1147℃。
当含碳量大于 4．3％以后， 随含碳量的增加，凝固点增高。
AHJEF 线为固相线。
在 AHJEF 线以下的合金呈固态。
在液 相线和固相线之间的区域为两相(液相和固相)共存。
GS 线表示含碳量低于 0．8％的钢在缓慢冷却时由奥氏体开 始析出铁素体的温度。
ECF 水平线，1147℃，为共晶反应线。
液体合金缓慢冷却至该温度时，发生共晶反应，生成莱氏体组织。
PSK 水平线，723℃，为共析反应线，表示铁碳合金在缓慢 冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。
为了使用方便，PSK 线又称为 A1 线，GS 线称为 A3 线，ES 线为 Acm 线。
正点是碳在奥氏体中最大溶解度点， 也是区分钢与铸铁的分 界点，其温度为 1147℃，含碳量为 2．11％。
S 点为共析点，温度为 723℃，含碳量为 0．8％。
5-4 铁碳合金状态图
河北工业大学材料学院
2.说明铁碳合金在固态下的基本相F、A 、Fe3C 的 ： 合金类型及晶体结构及含碳量(主要)大小。
3.分析45钢、T8钢及T12钢的平衡结晶过程（写出反 应式）及组织，并画出冷却曲线。
4.求45钢、T10钢室温组织中各相及组织组成物相对 重量 （求出最后答案）。
试验（一） 铁碳合金平衡组织观察
2.Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中 相的平衡状态。
3.Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁 碳合金中相的状态,没有反映时间的作 用。
河北工业大学材料学院
材料与工程系
教师：孙继兵
10
铁碳相图作业
1.背画Fe-Fe3C相组成物相图，在相图中标出A1、A3 及Acm线,并说明相图中ECF线、PSK线及Acm线 的意义
白口铁：基体相为Fe3C，第二相为F
含C％对Fe-C合金组织的影响
Fe3C组织
Fe3CⅠ、 Fe3CⅡ、 Fe3C Ⅲ 、共晶Fe3C、 共析 Fe3C、先共晶 Fe3C 、先共析Fe3C。 这些渗碳体的成分和晶体结构都相同，属 同一“相”。 不同的名称说明析出的母相不同、析出的 顺序不同、分布状态不同。
相： 随着C％↑F％↓Fe3C↑。
组织：
1.工业纯铁：F线以左 （Fe3C <0.33％） 2.钢： ➢ 亚共析钢中Fe3C 呈片层状分布在F基
体上。
铁碳合金相位图1
ห้องสมุดไป่ตู้
特性点符号
温度/℃
A C D E G S P
4.2 1538
1148 1227 1148 912 727 727
ωc/%
铁碳合金状态图 0 熔点：纯铁的熔点
熔点：渗碳体的熔点 0 同素异构转变点
含义
4.3 6.69 2.11 0.77 0.0218
共晶点：发生共晶转变L4.3—→Ld(A2.11%+Fe3C共晶) 碳在γ-Fe中的最大溶解度点 共析点：发生共析转变A0.77%—→p(F0.0218%+Fe3C共析) 碳在α-Fe中的最大溶解度点
Q 室温 0.0008 室温下碳在α-Fe中的溶解度 单相区：F、A、L和Fe3C四个单相区。两相区：有五个两相区，即 L+A、L+Fe3C、A+Fe3C、 A+F和F+ Fe3C.每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线，即共晶线ECF，L、 A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F和Fe3C三相共存。 （1）AC线 液体向奥氏体转变的开始线。即：L→A。 （2）CD线 液体向渗碳体转变的开始线。即：L→Fe3CⅠ。 ACD线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号L表示。 （3）AE线 液体向奥氏体转变的终了线。 （4）ECF水平线 共晶线。 AECF线统称为固相线，液体合金冷却至此线全部结晶为固体，此线以下为固相区。 （5）ES线 又称Acm线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。即：L→Fe3CⅡ。 （6）GS线 又称A3线， （7）GP线 奥氏体向铁素体转变的终了线。 （8）PSK水平线 共析线（727℃），又称A1线。 （9）PQ线 碳在α-Fe中的溶解度线。
2-5_铁碳合金的组织与状态图
奥氏体组织金相图
渗碳体： 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 ⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳 或 表示。 Fe3C硬度高、强度低 σb≈35MPa), 脆性大 塑性几乎为零 硬度高、 脆性大, 硬度高 强度低(σ Fe3C是一个亚稳相，在一定 是一个亚稳相， 是一个亚稳相 条件下可发生分解： 条件下可发生分解： Fe3C→3Fe+C(石墨 该反应 石墨), 石墨 对铸铁有重要意义。 对铸铁有重要意义。 中的溶解度很小， 由于碳在α-Fe中的溶解度很小， 中的溶解度很小 因而常温下碳在铁碳合金中主 因而常温下碳在铁碳合金中主 要以Fe 或石墨的形式存在 的形式存在。 要以 3C或石墨的形式存在。
一、铁碳合金的基本组织
组元： 、 ⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相 铁素体： ⑴ 铁素体： 碳在α-Fe中的固溶体称铁素 中的固溶体称铁素 中的固溶体称 表示。 体, 用F 或α 表示。 最大为0.0218%，室温下仅为 ，室温下仅为0.0008%。 。 最大为 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
铁素体
是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低 在 是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时 ℃
铁素体组织金相图
奥氏体: ⑵ 奥氏体 中的固溶体称奥氏体 碳在γ -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 γ 表示。 中的固溶体称奥氏体。 或 表示。 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为 ℃时最大为 时为0.77% 。 组织为不规则多面体晶粒， 组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性 晶界较直。强度低、 好，钢材热加工都在γ 区 进行. 进行 碳钢室温组织中无奥氏体。 碳钢室温组织中无奥氏体。
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第三章铁碳合金状态图
一、判断题
1．铁素体是碳溶于α-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格。
（）
2．铁碳合金的基本组织是铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。
（）
3．铁碳合金状态图是表示实际生产条件下，不同成分的铁碳合金，在不同温度时所具有的状态或组织的图形。
（）
4．简化的Fe-Fe3C状态图上的AECF线是液相线，表示加热到此温度线以上，就会有液相存在。
（）5．简化的Fe-Fe3C状态图上的PSK水平线，称为共折线，又称A线，表示Wc＞0.0218%的铁碳合金，缓冷至该线（727℃）时，均发生共折反应，生成珠光体。
（）
6．任何成分的铁碳合金在室温时的平衡组织都由铁素体和渗碳体两相组成，随着碳含量增加，渗碳体相对量增多。
（）
7．机械零件需要强度、塑性及韧性较好的材料，应选用碳含量高（Wc=0.70%~1.2%）的钢材。
（）8．共晶成分的铸铁，结晶温度最低，结晶温度范围最小（为零），因而流动性好，铸件致密，因此生产上铸铁的成分总是接近共晶成分。
（）
9．白口铸铁在室温下很硬、很脆，把它加热到1000~1200℃高温，就会变软，可以进行锻造。
（）10．钢的锻轧温度一般选在单相奥氏体区，在固相线以下，始锻温度越高越好。
（）
二、选择题
1．奥氏体是碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格。
γ-Fe中的溶碳量时为0.77%。
a．1148℃；b．912℃；c．727℃
2．渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，复杂的晶体结构。
它的碳含量Wc= 。
a．6.69%；b．4.3%；c．2.11%
3．珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
铁素体与渗碳体片层状交替排列，碳含量平均为Wc= 。
a．0.0218%；b．0.77%；c．2.11%；d．4.3%
4．简化的Fe-Fe3C状态图上的S点是共折点，它的温度是，它的成分Wc= 。
a．1148℃；b．727℃c．0.77%；d．2.11%；e．4.3%
5．过共折钢的含碳量是。
a．0.77%≤Wc≤2.11%；b．0.77%＜Wc＜2.11%；
c．0.77%＜Wc≤2.11%；d．0.77%≤Wc＜2.11%
6．当钢中含碳量Wc大于时，二次渗碳体沿晶界折出形成网状，使钢的脆性增加。
a．0.60%；b．0.77%；c．0.90%；d．1.4%
７．根据铁碳合金状态图，Wc=1.0%的碳钢，在700℃时的显微组织是，770℃时的显微组织是。
a．F+P；b．P+Fe3CⅡ；c．A+Fe3CⅡ；d．A
8．确定合金的浇注温度一般在液相线以上。
a．30~50℃；b．50~100℃；c．100~200℃
答案
一、判断题
1．√2．√3．×4．×5．√6．√7．×8．√9．×10。
×
二、选择题
1．c 2．a 3．b 4．b、c 5．c 6．c 7．b、c 8．b
1。