机械工程材料与热加工工艺,第 4 章铁碳合金相图与碳钢

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第四章铁碳合金相图(上)

§4.1 固态合金的相结构
一、固溶体
——组元间相互溶解，溶质原子溶入固态溶剂。特点：保持溶剂晶格类型
1.分类
(1)按溶质原子在晶格中的位置：置换固溶体、间隙固溶体
§4.1 固态合金的相结构
(2) 按固溶度:有限固溶体、无限固溶体
固溶强化：溶入溶质原子形成固溶体而使金属强度、硬度升高，塑性、韧性降低。产生原因：晶格畸变
六、共析相图
由一个某一成分的固溶体相，在某一恒定温度下，同时分解出两个新的固相的相图。
§4.2 二元合金相图
六、几种恒温转变对比
1、共晶转变：
L
（分解反应）
2、包晶转变：
L
（合成反应）
3、共析转变：

（分解反应）
谢谢！
§4.1 固态合金的相结构
组元之间相互溶解——固溶体：铁素体(F)、奥氏体(A)
组元之间相互反应——金属化合物：渗碳体（Fe3C)
组元间既不溶解，也不反应——？？？？
三、机械混合物
珠光体：F＋Fe3C
§4.2 二元合金相图
相图：合金系中，相组成－合金成分－温度之间关系的图解。
一、相图的建立
热分析法测定相图：
强化效果：间隙固溶体＞置换固溶体
回忆：我们已经学了几种强化手段了？
§4.1 固态合金的相结构
二、金属化合物
合金组元间按一定比例发生相互反应而形成化合物特点：晶格类型与性能均不同于任一组元。一般可用分子式表示，有些成分可在一定范围内变动。具有一定的金属性质，又称金属化合物。三高(高熔点、高硬度、高脆性)
区：
液相（L）区
固相（α）区
液固两相共存（L+ α）区

第4章铁碳合金相图与碳钢

1227
(I)
亚共析钢
过共析钢
工业纯铁
共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
共晶白口铁
0.02% 0.40% 0.77% 1.2%
2.11%
3.0% 4.3%
5.0%
1227
(I)
0.01%
1227
(I)
(1)工业纯铁（C＝0.01%）： L→L+δ →δ →δ +A→A→A+F→F→F+Fe3CⅢ
WF= （6.69-0.01） /6.69=99.85%
L+Fe3C
6.69
莱氏体( Ld)-奥氏体和渗碳体混合物珠光体（P）-铁素体和渗碳体层片状混合物
区的意义：
1495
（1）单相区：L、δ 、A、F；
（2）两相区：L+δ 、L+A、
L+Fe3CⅠ、δ +A、A+F、A+Fe3C F+Fe3C （3）三相共存点：
J点：(L+δ +A)
C点：（L+A+ Fe3C）； S点：（A+F+ Fe3C）；
4.3%
1227
(I)
共晶白口铁（C＝4.3%） L→Ld→Ld′
相组成：WF=(6.69-4.3)/6.69 =35.7% 组织组成：Ld’=100%
5.0%
1227
(I)
过共晶白口铁（C＝5.0%）：
L→L+ Fe3CⅠ→Ld+ Fe3CⅠ→Ld′+ Fe3CⅠ
相组成：WF=(6.695.0)/6.69=25.3% 组织组成 WLd’=(6.69-5.0)/(6.69-4.3)=70.7% WFe3CI=29.3%

第4章铁碳合金相图

F
Ld A+ S Ld+ Fe3CⅠ A+F K Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld F P 727 P F+ Fe3C Ld P+ Q P+F Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+L′d L′d+ Fe3CⅠ Fe3C Fe F+ Fe C C%
3 Ⅲ
PSK线-共析线。奥氏体冷却到共析温度（727℃）时，将发生共析转变生成珠光体。
1.工业纯铁： • wC ≤ 0.0218 %，室温组织为铁素体。 2.钢 • 0.0218 % ＜ wC ≤ 2.11 %，高温固态组织为塑性很好的奥氏体，适于热压成形。
Fe3C——渗碳体具有复杂晶格的间隙化合物，C%=6.69%
第四章铁碳合金相图
一、上半部分图形
912˚C 以上的部分，由液态变
为固态的第一次结晶。组元：γ-Fe与Fe3C 1、图中各点分析 A点：纯铁的熔点 D点：渗碳体的熔点 E点：在1148˚C 时碳在
γ-Fe中最大溶解度（2.11%）
A G F A+F P
H J
L+ B L+A
L D C
E A+ Fe3C
A+ S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld P Ld
L+ Fe3C
F
Ld+ Fe3CⅠ Ld L′d+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
Fe
P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+L′d
F+ Fe3C
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
三、 Fe-Fe3C相图中各点、线含义的小结

第4章铁碳合金相图和碳钢

莱氏体
三、铁碳合金中的基本组织
相组成和组织组成物总结：
相组成: 相组成: L、A、F、 Fe3C、G；组织组成: 组织组成: F、A、 Fe3C 、 P、 Ld、、 Ld' 、
第二节铁碳合金相图（P44）
一、Fe-C相图与Fe-Fe3C相图二、对Fe-Fe3C相图的分析三、典型成分铁碳合金的结晶过程四、含碳量对铁碳合金组织与性能的影响五、Fe-Fe3C合金相图的应用
Q
3
4
9
3、亚共析钢在平衡态下的结晶过程
1点以上 L； 2点包晶转变δ0.09+ L0.53 1~2点 2~3点 3~4点 L+δ；5点共析转变A0.77 A+L； 5~6点
727℃
1495℃ ℃
A0.17
(FP+Fe3C) ≡ P
F+ Fe3CIII +P —— F+P
A；（Fe3CIII含量很少，可以忽略不计）
室温下：相组成物: F、Fe3C；
组织组成物: P
2、共析钢的结晶过程
合金液体在1～2 点间转变为 γ 。到 S点发生共析转变：
γS⇄αP+Fe3C,
γ 全部转变为珠光
体。
2、共析钢的结晶过程
2、共析钢的结晶过程
珠光体在光镜下呈指纹状，相变结束时，珠光体中相的相对质量百分比为：
SK 6.69 − 0.77 Qα = = = 88.8%, PK 6.69 − 0.0218 QFe3C = 100%− 88.8%= 11.2%
4~5点 A+F；室温下：相组成物F、Fe3C ；组织组成物F、P
纯铁的同素异构转变
δ-Fe ⇄ γ-Fe ⇄ α-Fe

第四章铁碳合金相图(全)

工程材料及热工处理
第四章铁碳合金相图
主讲人：刘怿凡
§4.1 固态合金的相结构
几个重要概念
1.合金
两种或两种以上的金属，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质
2.组元
组成合金的最基本的独立物质称为组元，可以是组成合金的元素，也可以是化合物，有二元、三元等。
3.相
在合金中，凡成分相同、结构相同并以明显界面相互分开的均匀组成部分，是合金中最基本的组成部分。
●白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。
§4.4 铁碳合金相图的应用
2.在铸造工艺方面的应用
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℃。
§4.1 固态合金的相结构
4.组织
用肉眼或显微镜观察到的金属材料的内部情景，包括晶粒的大小、形状、相对数量和相对分布。“特殊形态的微观形貌”
5.合金系
由相同组元配制的一系列成分不同的合金，组成一个合金系统。
合金组织中的相结构决定合金的性能
§4.1 固态合金的相结构
合金的相结构
晶体结构、原子结构不同、组元相互作用不同——不同相结构
4.在热处理工艺方面的应用
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。
§4.4 铁碳合金相图的应用
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，与实际情况有较大差异。

铁碳合金相图与碳钢

第4章铁碳合金相图与碳钢以铁碳合金为基础的碳钢、铸铁是应用最为广泛的金属材料。

通过铁碳合金相图可以确定碳钢、铸铁的熔炼、铸造、锻造和热处理工艺参数。

4.1 铁碳合金相图铁和碳的合金称为铁碳合金。

在二元合金中铁碳合金应用最为广泛。

根据碳的质量分数不同，可分为碳钢和铸铁两大类。

碳钢是指碳的质量分数为0.02%~2.11%的铁碳合金；铸铁是指碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金；铁碳合金相图是研究铁碳合金成分、组织和性能之间的关系及其变化规律的重要工具，了解和掌握它对制定钢铁的各种加工工艺都有重要指导作用。

铁碳合金相图诞生已一百多年，经过越来越精确的测定，形成了目前通用的图样。

铁碳合金相图较复杂，由多种基本类型相图组成，本节介绍铁碳合金相图中具有实用价值部分的Fe—Fe3C相图。

4.1.1.铁碳合金的基本相及组织铁碳合金在固态下的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。

(1)铁素体碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，以符号“F”或“α”表示。

铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。

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，强度、硬度很低。

(2)奥氏体碳溶解在γ-Fe形成的间隙固溶体，以符号“A”或“γ”表示。

奥氏体的溶碳能力比铁素体大，在1148℃时，碳在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，随着温度降低，其溶解度也减小，在727℃时，为0.77%。

奥氏体的强度、硬度低，塑性、韧性高，易于塑性变形。

在铁碳合金平衡状态时，奥氏体为高温下存在的基本相，也是绝大多数钢种进行锻压、轧制等加工变形所要求的组织。

（3）渗碳体渗碳体是具有复杂晶格的铁与碳的间隙化合物，每个晶胞中有一个碳原子和三个铁原子。

渗碳体一般以“Fe3C”表示，其含碳量为6.69%。

渗碳体的硬度很高，为800HB，塑性、韧性很差，几乎等于零，所以渗碳体的性能特点是硬而脆。

铁碳合金及碳钢

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第一节铁碳合金相图
• 一般控制在奥氏体区ＧＳ线以上. 以免锻、轧时铁素体呈带状组织. 降低钢的韧性ꎻ 对于过共析钢. 则选择在ＥＳ线以下某温度范围和ＰＳＫ线以上某温度范围. 其目的是打碎网状二次渗碳体. 锻、轧终止温度不宜太高. 否则. 再结晶后奥氏体的晶粒粗大.使钢的性能变坏. 通常各种碳钢的始锻温度为１１５０℃ ~１２５０℃. 终锻温度为７５０℃ ~８５０℃.
％. 钢与生铁即以Ｅ点含碳量为界. 凡含碳量小于２.１１％的铁碳合金. 称为钢. 含碳量大于２. １１％的铁碳合金. 称为生铁.
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第一节铁碳合金相图
• Ｃ点为共晶点. 这点上的液态合金将在恒温下同时结晶出奥氏体和渗碳体所组成的细密的机械混合物(共晶体).
• Ｐ点为在７２７℃时碳在α －Ｆｅ中最大溶解度. • Ｓ点为共析点. 这点上的奥氏体将在恒温下同时析出铁素体和渗碳体
• 由图可见. 当钢的含碳量小于０.９％时. 随着含碳量的增加. 钢的强度、硬度直线上升. 而塑性、韧性不断下降. 当钢中的含碳量大于０. ９％时. 虽然由于渗碳体增多而使硬度升高. 但由于渗碳体呈网状沿晶界分布. 不仅使钢的塑性、韧性进一步降低. 而且强度也明显下降.
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第一节铁碳合金相图
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第一节铁碳合金相图
• (四) Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中铁碳合金的分类 • Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中. 不同成分的铁碳合金具有不同的显微组织和
性能. 通常. 根据相图纯铁中Ｐ点和Ｅ点. 可将铁碳合金分为三大类: 工业纯铁、碳钢和白口铸铁. • 二、典型铁碳合金的结晶过程分析 • 下面以几种典型的铁碳合金为例. 分析它们的结晶过程和冷却过程中发生的平衡相变的规律. • １. 共析钢 • 图４－２中的Ⅰ为含碳量０.７７％的铁碳合金的成分垂线. 温度在１点以上. 合金保持均匀液相(Ｌ) 状态. 缓冷稍低于１点温度. 开始从液相中结晶出奥氏体(Ａ).

工程材料与机械制造基础第四章铁碳合金相图及碳素钢

织为单相A （γ）
① 亚共析钢 (0.0218~0.77%C) ② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢
亚共共析析钢钢工业纯铁过共析钢亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁
(0.77~2.11%C)
§4-3 铁碳合金的结构和相图
三、典型成分铁碳合金的平衡结晶过程
Fe3C
Ｐ
过共析钢组织金相图
§4-3 铁碳合金的结构和相图
三、典型成分铁碳合金的平衡结晶过程

过共析钢室温组织为P+ Fe3CⅡ。 Fe3CⅡ量随含碳量而增加, 含碳量为2.11%时, Fe3CⅡ量最大：
含1.4%C钢的组织
§4-3 铁碳合金的结构和相图

室温下两相的相对重量百分比：
1 2
3 4
3

在2点, 共晶
(A)发生共析反应，转变为珠光体，这种由
P与 Fe3C组成的共晶
体称低温莱氏体, 用
Le’表示。 2 点以下，共晶体中P 的变化同共析钢。
S
§4-3 铁碳合金的结构和相图

共晶白口铁室
温组织为Le’
(P+ Fe3C), 它保留了共晶转变产物的形态特征。

室温下两相的相对重量百分比为：
d). 1.2%C 铁素体+二次渗碳体 500×
§4-3 铁碳合金的结构和相图
三、典型成分铁碳合金的平衡结晶过程
5、共晶白口鉄的结晶过程
合金冷却到C点发生共晶反应全部转变为莱氏体(Le),莱氏体是共晶 (A)
与共晶Fe3C的机械混合物, 呈鱼骨状。

Fe3C
§4-3 铁碳合金的结构和相图

机械工程材料及成形工艺基础第四章铁碳合金相图

过共析碳钢：当钢中ω C>0.9%时，脆性
的二次渗碳体数量也相应增加，形成网状分布，使其脆性增加，不仅使钢的塑性、韧性进一步下降，而且强度也明显下降。所以，工业上使用钢的碳质量分数一般为ω C=1.3%～1.4%。
白口铸铁：特硬特脆，难以切削加工，
因此很少应用。但它耐磨性好，铸造性
能优良，适用于耐磨、不受冲击、形状
第三节典型铁碳合金平衡结晶过程
一、合金Ⅰ（共析钢）
室温组织: 层片状 P
( F + 共析 Fe3C )
500×
二、合金Ⅱ（亚共析钢）
室温组织:
F + P，500×
三、合金Ⅲ（过共析钢）
室温组织:
P + Fe3CII 400×
四、合金Ⅳ（共晶白口铸铁）
室温组织:(低温)
莱氏体 Le′ （P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ）, 500×
多边形状。
二、奥氏体(A)：
碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体。
溶碳量较大，在1148℃时，溶碳
铁素体的显微组织
能力最大，可达ωC =2.11%;随着温度的下降使溶碳能力（逐10渐0×减）小，在
727℃时ωC=0.77%。
奥氏体在高温状态存在；
硬度为170～220HBW,伸长率为40%～50%
体或合金渗碳体起到强化的作用。渗碳体在钢和铸铁中存在形式有片状、球状、网状和板状，他的数量、形状、大小和分布状况对钢的性能影响很大。
渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下会发生分
解，形成石墨状的自由碳。
第二节铁碳合金相图分析
简化后的铁碳相图
一、相图中各点分析
符号

4第4章铁碳合金相图及碳素钢

含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已
无实用价值。
13
铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图，如图所示。
共晶产物是与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体, 用Ld表示。为蜂窝状, 以 Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
19
PSK：共析线 S ⇄FP+ Fe3C 共析转变的产物是与 Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。
L+δ
δ+
L+
+
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
钢铁分类
工
钢
业
共析钢
纯
铁亚共析钢过共析钢
白口铸铁
共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
含碳量% 0 0.0218 0.77
2.11
4.3
6.69
100
组织组铁素体成物相对量%
0
三次渗碳体
相组成 100 物相对量%
0
珠光体

二次渗碳体
莱氏体
一次渗碳体
Fe3C
28
2 含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。
过
共
晶
共
晶
白
晶
白
口
白
口
铁
口

第四章铁碳合金

wγ ＝
6.69 4.30 100% 6.69 2.11
＝52%
＝1-52%＝48% 含碳量在2.11%～6.69%之间的合金，都要进行共晶转变，这类合金叫做铸铁，因组织中都含有莱氏体，并因断口呈银白色而叫做白口铸铁。
3
wFe C
其中，碳含量在2.11%～4.30%之间的合金叫亚共晶白口铸铁。这类合金由液相开始凝固时，从BC线开始析出先共晶奥氏体，然后剩余液相在共晶温度通过共晶转变为莱氏体。先共晶奥氏体一般具有树枝晶的形貌。值得指出的是在共晶温度1148℃与共析温度727℃之间，先共晶奥氏体和共晶奥氏体中的碳含量都将从 2.11%降至0.77%，并析出二次渗碳体(用Fe3CⅡ表示)，随后又都在727℃转变为珠光体。含碳量为4.3%～6.69%范围内的合金叫过共晶白口铸铁。这类合金冷却时，冷却到CD线开始从液相中析出先共晶渗碳体，然后剩余液相在共晶温度通过共晶转变为莱氏体。先共晶渗碳体呈板片状，也称为一次渗碳体(用Fe3CⅠ)。
图4.4
渗碳体晶胞中的原子数
4.2
4.2.1
Fe-Fe3C相图分析
相图中的点、线、区及其意义
图4.5
Fe-Fe3C相图
相图上的液相线是ABCD，固相线是AHJECF，相图中有五个单相区，分别是： ABCD以上——液相区(L) AHNA——δ 固溶体区(δ ) NJESGN——奥氏体区(γ ) GPQG——铁素体区(α ) DFKL——渗碳体区(Fe3C或Cm) 相图上有七个两相区，它们分别存在于相邻两个单相区之间，这些两相区分别是： ABJHA——液相＋δ 固溶体区(L＋δ ) JBCEJ——液相＋奥氏体区(L＋γ ) DCFD——液相＋渗碳体区(L＋Fe3C) HJNH——δ 固溶体＋奥氏体区(δ ＋γ ) GSPG——铁素体＋奥氏体区(α ＋γ ) ECFKSE——奥氏体＋渗碳体(γ ＋Fe3C)

第四章第四节铁碳合金相图

白口铸白口铸铁因为在高温时都有脆性的共晶莱氏体 ),所以不能进行锻压 (Ld),所以不能进行锻压,而共晶成分合金的流 ),所以不能进行锻压, 动性好,适合于铸造. 动性好,适合于铸造.
2,典型合金的结晶
工业纯铁共析钢亚共析钢过共析钢共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁
Ⅰ工业纯铁 (C%≤0.0218%) )
Ⅴ共晶白口铁(C%=4.3%) 共晶白口铁( )
L→L+Ld→Ld(A+Fe3C共晶) →Ld(A+Fe3C共晶+Fe3CII) →Ld'(P+Fe3C共晶+Fe3CII) 相组成物: , 相组成物:F,Fe3C
F%=
25μ
Fe3C%= 组织组成物: 组织组成物:Ld'
共晶白口铁的显微组织
Ⅵ 亚共晶白口铸铁 ——2.11%<C%<4.3%
工程材料与热加工基础
The Fundamentals of Engineering Materials & Heat Processing
二元合金相图第四章二元合金相图
铁碳合金相图第四节铁碳合金相图 Iron-Carbon Alloy Phase Diagram -
钢铁是现代工业中应用最广泛的材料, 钢铁是现代工业中应用最广泛的材料,其基本组成元素是铁和碳,故称为铁碳合金. 成元素是铁和碳,故称为铁碳合金.普通碳钢和铸铁就属于铁碳合金的范畴, 铸铁就属于铁碳合金的范畴,而合金钢则是有意加入一些合金元素的铁碳合金.因此, 加入一些合金元素的铁碳合金.因此,了解和掌握铁碳合金相图,对于研究和使用铁碳合金, 握铁碳合金相图,对于研究和使用铁碳合金,制定各种热加工工艺路线以及良好的质量品质保证等都有十分重要的意义. 等都有十分重要的意义.

机械工程材料第四章铁碳合金相图

第四章铁碳合金相图教学目的及其要求通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识，学懂铁碳相图的特征点、线及其意义，了解铁碳相图的应用。

主要内容1．铁碳合金的相组成2．铁碳合金相图及其应用3．碳钢的分类、编号及应用学时安排讲课4学时教学重点1．铁碳合金相图及应用2．典型合金的结晶过程分析教学难点铁碳合金相图的分析和应用。

教学过程第一节纯铁、铁碳合金中的相一、铁碳合金的组元铁：熔点1538℃，塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。

不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。

由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。

碳：在Fe－Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间隙固溶体形式存在。

二、铁碳合金中的基本相相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。

铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合物。

固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。

这也是碳在合金中的两种存在形式。

1．铁素体碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用α或者F表示，为体心立方晶格结构。

塑性好，强度硬度低。

2．奥氏体碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或者A表示，为面心立方晶格结构。

塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。

3．渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69％，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。

渗碳体对合金性能的影响：（1）渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。

（2）对强度的影响与渗碳体的形态和分布有关：以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度；以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。

二、两相机械混合物珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。

莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。

机械专业工程材料学4章

铁碳合金分类
工业纯铁 <0.0218%C
钢
0.0218-2.11%C
亚共析钢共析钢过共析钢 0.0218-0.77%C 0.77%C 0.77-2.11%C
白口铸铁（生铁） 2.11-6.69%C 碳以渗碳体的形式存在,断口呈白亮色,叫做白口铸铁) 亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%C
共晶白口铸铁
综上所述：铁有三种同素异晶状态：δ-Fe、 γ-Fe、 α-Fe
4、α-Fe在770℃将发生磁性转变，由高温的顺磁状态转变为低温的铁磁状态，这种转变叫做A2转变，转变温度称为铁的居里点. 发生磁性转变时，铁的晶格类型不变。
1.2纯铁的性能与应用：工业纯铁的含铁量WFe=99.8~99.9%，含有 0.1~0.2%的杂质，其中主要是碳。性能特点—强度低、硬度低、韧性、塑性好抗拉强度σb：180~230MPa 屈服强度σ0.2：100~178MPa 延伸率δ： 30~50% 断面收缩率ψ：70~80% 冲击韧性αK： 1.5~2MJ/cm2 硬度HBS： 50~80 很少作结构材料，它的主要用途是利用它的铁磁性，作为各种仪器、仪表的铁芯。
第一节
Fe—Fe3C相图
一、 Fe—Fe3C相图中的组元
（一）铁：铁是元素周期表中的第26个元素，相对原子质量为55.85，属于过渡族元素，在一个大气压下，它的熔点为1538℃，在2738℃时气化，在20℃时的密度为 7.87g/cm3。
1.1纯铁的同素异构转变：
同素异构转变：当外部条件（如温度、压强）改变时，有些金属可以由一种晶体结构转变为另一种晶体结构，这种转变叫做晶体的同素异构转变。
珠光体
强度较高，塑性、韧性和硬度介于 Fe3C 和 F 之间。

铁碳合金相图和碳钢

P：由生铁带入。全部溶于F中，使钢的强度硬度升高，而塑性、韧性显著下降。特别是使钢在
低温时脆性急剧增加，称为冷脆性。
比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中
因此钢中要限制磷
的含量：P≤0.045%
利用：P多，脆性大，可制造炮弹、改善切削加工性能。
2、有益元素 Mn、Si
的高温相，强度和硬度不高，但塑性和韧性很好 (σ b≈400 MPa、δ ≈40～50%、硬度为160～200HBS)，易锻压成形。钢材热加工都在区进行。组织：为不规则多面体晶粒，晶界较直。
结构
面心立方结构
奥氏体
3）渗碳体（Fe3C）
定义：铁与碳形成的金属化合物，是钢铁中的强化相，高温下可分解， Fe3C →3Fe+C(石墨) 。
主要用于制作形状复杂，难以用锻压等方法成形的铸钢件。
4.按冶炼方法分铸铁锭
生产铸铁件
高炉炼铁
炼钢生铁
转炉平炉电炉
生产钢件
5.按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧成分分：
1.镇静钢
钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧 ,Wo =
0.01%左右, 成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。
2.从冷却曲线上找出临界点，并画到成分—温度坐标中； 3.相同意义的点连
接起来。
作业
1、什么是铁碳合金相图？ 2、画出简化后的铁碳合金相图，填上组织。 3、说明相图中点A、C、D、E、G、P、线ECF、PSK、
ES、GS、ACD、AECF的含义。 4、什么是共晶转变？共析转变？并写出表达式。 5、说出铁碳合金相图中的四个单相区、五个两相区和
Fe3CⅢ以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降，Fe3CⅢ量不断增加，合金的室温下组织为F+ Fe3CⅢ。室温下Fe3CⅢ的最大量为:

机械工程材料与热加工工艺,第 4 章 铁碳合金相图与碳钢

第四章 铁碳合金相图(上)

第4章 铁碳合金相图与碳钢

第4章 铁碳合金相图

第4章 铁碳合金相图和碳钢

第四章 铁碳合金相图(全)