铁碳合金相图详解
铁碳合金相图分析
1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温
铁碳合金相图
二 相图中点的含义
1A点 纯铁的熔点;温度 1538℃,Wc=0
2G点 纯铁的同素异晶转变点; 冷却到912℃时,发生 γF→α-Fe
3Q点 600℃时,碳在αFe中的 溶度,Wc=0 0057%
二 相图中点的含义
4D点 渗碳体熔点,温度 1227℃,Wc=6 69%
5C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
一 铁碳合金的分类：
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。
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)
一次渗碳体+ 低温莱氏体
性能特 强度 硬 C↑,强度 硬度逐 强度较高,硬度 硬度较高,塑性差,
点平衡 度低、 渐提高,有较好的 适中,具有一定 随着网状二次渗碳
状态 塑性好 塑性和韧性
的塑性和韧性 体增加,强度降低
硬度高;脆性大，几乎没有塑性
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：
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
铁和素（体
）渗的碳混体 合物，称为（
） ; 珠光体
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 ）%
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 （ ）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（ ）。
铁-碳合金相图
（4）如果两个恒温转变（三相反应） 中有两个相同的相，则这两条三相 水平线之间一定是由这两个相组成 的两相区；（Fe-Fe3C合金两条水平 线之间的两相区为γ+Fe3C）
（5）当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的
延长线应进入另一两相区，而不会进入单相区。
2.相图分析方法
（1）若有稳定的中间相，可依此把相图分 为几个部分； （2）根据相区接触法则填写各相区； n = C-ΔP C-组元数；ΔP-相邻相区相数目差；n-相邻相区接触的维数 n=0为点接触；n=1为线接触；n=2为面接触 （3）分析典型成分合金的结晶过程及组织转变，并利用杠杆定律 计算各相相对含量，杠杆定律只适用于两相区。
对镇静钢锰可以提高硅和铝的脱氧效果；
锰大部分溶于铁素体中产生固溶强化，提高钢的强度和硬度， 一部分锰能溶于渗碳体中形成合金渗碳体。
锰在钢中是一种有益元素。碳钢中，含锰量一般为0.25%～ 0.8%，对钢性能影响不大。
• 硅 是来自生铁和脱氧剂。 硅能与钢液中的FeO生成炉渣，消除FeO对 钢质量的影响。 硅能溶于铁素体中产生固溶强化，提高钢的强度和硬度而塑 性韧性下降不明显 。硅在碳钢中含量<0.50％，也是一种有 益元素。 镇静钢中，硅作为脱氧元素，ωsi=0.1%～0.4%，含量较高 (0.12％-0.37％)时增大钢液的流动性；
含碳量与工艺性能的关系
• 可锻性 低碳钢的可锻性能较好， 随碳含量增加，性能变差。
• 流动性
• • 热处理
浇注温度一定时，随含碳量增加而提高；
结晶的温度间隔越小，性能越好。 相图上无组织转变或无固溶度变化的合金， 无法进行。
七、碳钢中杂质元素的影响
• 碳钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金。 • 常用的碳钢除Fe、C元素外，还含有极少量的由
铁碳合金相图讲解
海洋材料科学与工程研究院
刘LO伯G洋O
纯铁
屈服强度(σ0.2)：100~170MPa
抗拉强度(σb)：180~270MPa
伸长率(δ)：30％~50％
纯 铁
断面收缩率(ψ)；70％~80％
的 冷
冲击韧度(αK)；160~200J/cm2
却
硬度HBS：50~80
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。其中双相 不锈钢的耐孔蚀性能、耐腐蚀性能优于超低碳合金钢 （316L）
与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶 间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，导热系数高，具 有超塑性等特点。
与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化 物应力腐蚀有明显提高。具有优良的耐孔蚀性能。
含碳量少，铁素体多，塑性好，所以塑性直线下降。 综上所述，T12钢的硬度最高，45钢的硬度最低；T12
的塑性最差，45钢塑性最好；T8钢均居中，而T8钢的 强度最高。
绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却 用钢丝绳（用 60、65、70、75 等钢制成）
绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选 用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；
珠光体性能：力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较 高，硬度适中，塑性和韧性较好。
重要固态转变线
GS线：GS线又称A3线，冷却 时，γ析出α的开始线，或加热 时α全部溶入γ的终了线。
ES线：碳在γ中的固溶度曲线 。 常 称 Acm 线 。 当 温 度 低 于 此 线，γ将析出Fe3C、即二次渗 碳体Fe3CⅡ，从液相中经CD线 析出一次渗碳体Fe3CⅠ 。
对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较 快，所以包晶偏析并不严重。但对于高合金钢来说，合金元 素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析。
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金,按成分可分为三类：⑴ 工业纯铁（〈0.0218％ C ），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵ 碳钢(0.0218%~2。
11％C ），其特点是高温组织为单相A,易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0。
77%C)、共析钢（0.77％C ）和过共析钢(0。
77%～2.11％C ）。
⑶ 白口铸铁（2。
11％～6。
69%C ），其特点是铸造性能好，但硬而脆,白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2。
11％~4。
3%C ）、共晶白口铸铁（4.3%C ）和过共晶白口铸铁(4.3-6.69%C)下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化.图3—26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置㈠ 工业纯铁(图3-26中合金①）的结晶过程合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体.继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。
温度降低到3点以后，开始从d 铁素体中析出奥氏体，在3～4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，d 铁素体全部转变为奥氏体。
在4~5点之间,不发生组织转变。
冷却到5点时,开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。
在6-7点之间冷却，不发生组织转变.温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。
7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为:%31.0%1000008.069.60008.00218.03=⨯--=ⅢC Fe Q .图3—27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。
工业纯铁的室温组织为a+Fe 3C III ,如图3—28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe 3C III 。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②)的结晶过程共析钢的含碳量为0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量0。
铁碳合金相图PPT课件
无磁钢：没有铁磁性从而不能被磁化的稳定奥氏体钢。Fe-MnAl-C系列奥氏体，其电磁性能(磁导率)，组织稳定，力学性能 优良，磁导率低而电阻率高，在磁场中的涡流损耗极小。
0.77 c 0.77 0.0218
100%
P
c 0.0218 0.77 0.0218
100%
6.69 c 6.69 0.0218
100%
Fe3C
c 0.0218 6.69 0.0218
100%
30
亚共析钢的组织
所有的亚共析钢室温组织都是由铁素体和珠光体 组成，其差别仅是铁素体与珠光体的相对量不同， Wc越高，珠光体越多，铁素体越少。
无磁钢的用途： （1）石油钻井无线随钻侧斜系统(MWD)：是在油田钻井过程
中的专业定向仪器。一般用于定向井，而定向井需要测斜度及 方位的，测斜时仪器在无磁钻具内部可以免受外界磁场的影响 从而保证结果的准确性。 （2）高压电器和大中型变压器油箱内壁、铁芯拉板、线圈夹 件、螺栓、套管、法兰盘等漏磁场中的结构件； （3）起重电磁铁吸盘、磁选设备筒体、选箱以及除铁器、选 矿设备等；
100%
13.4%
35
过共晶白口铸铁(Wc=5%)
Ld
6.69 6.69
5.0 4.3
100%
71%
Fe3C
5.0 4.3 100% 6.69 4.3
29%
铁碳合金相图简析
铁碳合金相图简析合金相图中的特殊点线区点：16个。
线：两条磁性转变线；三条等温转变线；其余三条线：GS,ES,PQ。
区：5个单相区，7个两相区，3个三相区。
相图标注：相组成物标注的相图。
组织组成物标注的相图。
（即第二图）具体分析：1）J为包晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时，点成分的L与H点成分的δ发生包晶反应，生成J点成分的A。
2）C点为共晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时，C点成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和Fe3C。
共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混合物，称莱氏体，以符号Ld表示。
在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A（室温时转变成珠光体）分布在渗碳体基体上。
3）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A发生共析反应，生成P点成分的F和Fe3C。
共析反应产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，以符号P表示。
在显微镜下珠光体的形态呈片状。
在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体（宽条）。
珠光体的强度很高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。
4）液相线ABCD，固相线AHJECF。
两条磁性转变线：MO---铁素体的磁性转变线；过230 ℃的虚线---渗碳体的磁性转变线5）三条水平线HJB---包晶转变线1495 ℃，LB+δH——AJ即L0.53+ δ0.09——A0.17ECF---共晶转变线L4.3——A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体PSK---共析转变线——A1线A S——F P+Fe3C（共析渗碳体）A0.77—— F0.0218+Fe3C——P（珠光体）珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间6）五个基本相区：ABCD以上---液相区AHNA---δNJESGN---A（γ）GPQG---F（α）DFKL--- Fe3C或Cm 7）七个两相区：ABJHA---L+ δJBCEJ---L+ γDCFD--- L+ Fe3CHJNH--- δ+ γGSPG--- α+ γECFKSE--- γ + Fe3CQPSKL以下--- α + Fe3C不同碳含量的冷却过程分析用图。
铁碳合金的相图的最全详细讲解
过共晶白口铁组织金相图
Fe - Fe3C 相图的应用
选择材料方面的应用
制定热加工工艺方面的应用
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
二.制定热加工工艺方面的应用
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
铁碳合金相图知识汇总.ppt
相相对量：F%=
Fe3C%=
组12织组成物：F 和 Fe3CIII
工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、 塑性好。主要机械性能如下： 抗拉强度极限 σb 180MPa～230MPa
抗拉屈服极限 σ0.2 100MPa～170MPa 延伸率 δ 30%～50% 断面收缩率 ψ 70%～80% 冲击韧性 ak 1.6×106J/m2～2×106 J/m2
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。因此有重要 的意义。
34
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。 ②Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金 中相的状态, 若冷却或加热速度较快时, 其组 织转变就不能只用相图来分析了。
23
Fe3C%=
7．过共晶白口铸铁
相组成物：F%=
组织组成物：Le’%=Lc%=
24
Fe3C%= Fe3C%=
小结：标注组织的铁碳相图
25
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节、Fe-C合金的成分-组织-性能关系
含碳量——铁碳合金在室温下的组织都由F和 Fe3C两相组成, 两相的质量分数由杠杆定律确
26 定。随C%↑→F%↓，Fe3C%↑
铁熔点或凝固点为1538℃, 相对密度是7.87g/cm3。 纯铁 从液态结晶为固态后, 继续冷 却到1394℃及912℃时, 先后发 生两次同素异构转变。
11
1．工业纯铁（C%≤0.0218%）
L → L+A → A → A+F → F → F + Fe3CIII
相组成物：F+Fe3C (C%>0.0008%)或 F（C%<0.0008%）
铁碳合金的相图的详细讲解 PPT
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时 最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
铁碳合金相图(超清楚版)
特性点符号 温度/ ℃ ω c（%） 含义
A 1 538
0
熔点：纯铁的熔点
C 1 1 48
4. 3 共晶点：发生共晶转变L4. 3→Ld( A2. 1 1 %+Fe3C共晶)
D 1 227
6. 69 熔点：渗碳体的熔点
E 1 1 48
2. 1 1 碳在γ- Fe中的最大溶解度点
G 91 2
0
同素异构转变点
P+Fe3CⅡ+L' d
L C 4. 3
L' d
1 227 D L+Fe3CⅠ
F
Fe3CⅠ+Ld 727 K
Fe3CⅠ+L' d
F+Fe3CⅢ
Fe
1
22. 1 3
4 4.3 5
6 6. 69 C( %)
Fe- Fe3C合金相图
1 、铁素体：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。碳在 α - Fe中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低， 但具有良好的塑性、韧性。
温度/ ℃
A1 538 L+δ
1 500
δ
B( 1 495/ 0. 53) δ +γ
1 400 N1 394
1 300
1 200
1 1 00
γ
1 000
L+γ
E 2. 1 1
1 1 48
900 G91 2
A+Fe3CⅡ+Ld
800 700
α
α+γ P
0. 0218
A+Fe3CⅡ S
0. 77
600Q F+P P P+Fe3CⅡ
铁碳合金相图图文解析
铁碳合金相图图文解析一、铁碳图相简介：Fe-C合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。
铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。
1、Fe-C相图中重要的点2、Fe-C相图中重要的线3、Fe-C合金平衡结晶过程Fe-Fe3C相图中的相：Ⅳ、过共析钢（0.77%<2.11%）Ⅴ、共晶白口铁（C%=4.3%）Ⅶ、过共晶白口铸铁（C%>4.3%）二、钢中常见组织分类：奥氏体：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性铁素体：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体，具有体心立方晶格，溶碳能力极差；特征：具有良好的韧性和塑性；呈明亮的多边形晶粒组织；马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，体心正方结构；常见的马氏体形态：板条、片状；板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多成群的、相互平行排列的板条所组成的板条束。
空间形状是扁条状的，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）；片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中；当最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，便称为隐晶马氏体。
在生产中正常淬火得到的马氏体，一般都是隐晶马氏体。
回火马氏体：低温（150～250oC）回火产生的过饱和程度较低的马氏体和极细的碳化物共同组成的组织。
这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。
渗碳体：碳与铁形成的一种化合物Fe3C；特征：含碳量为6.67%，具有复杂的斜方晶体结构；硬度很高，脆性极大，韧性、塑性几乎为零；珠光体：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体组成的片层相间的机械混合物；特征：呈现珍珠般的光泽；力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好；片状珠光体：铁素体和渗碳体以薄层形式，交替重叠形成的混合物；根据珠光体片间距的大小不同可以分为：珠光体（片间距450～150nm，形成温度范围A1～650℃，在光学显微镜下能明显分辨出来）索氏体（片间距150～80nm，形成温度范围650～600℃，只有高倍光学显微镜下才分辨出来）屈氏体（片间距80～30nm，形成温度范围600～550℃，只能用电子显微镜才能分辨出来）粒状珠光体：由铁素体和粒状碳化物组成。
【钢热处理知识】史上最详尽铁碳相图图文讲解喜欢就果断分享吧！
【钢热处理知识】史上最详尽铁碳相图图文讲解喜欢就果断分享吧！铁碳合金，是以铁和碳为组元的二元合金。
铁基材料中应用最多的一类——碳钢和铸铁，就是一种工业铁碳合金材料。
搞机械的，最应该掌握的材料就是铁碳合金材料。
铁碳相图一、Fe-Fe3C相图的组元1．Fe组元δ -Fe(bcc) --1394℃--γ-Fe(fcc)--912℃--- a -Fe(bcc) (同素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好2．Fe3C （ Cem， Cm）熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
二、Fe-Fe3C相图中的相1．液相L2．δ相高温铁素体（C固溶到δ -Fe中——δ相）3．α相铁素体F （C固溶到α-Fe中——α相）强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%, 727度：C%=0.0218%）4．γ相、A奥氏体（C固溶到γ-Fe中——γ相）强度低，易塑性变形5．Fe3C三、相图分析1．三条水平线和三个重要点（1）包晶转变线HJB：1495摄氏度，C%=0.09-0.53%LB+δH------AJ 即L0.53+ δ0.09------- A0.17（2）共晶转变线ECF,1148摄氏度，C%=2.11---6.69%L4.3---- A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）——Le4.3 高温莱氏体Le，Ld（3）共析转变线PSK，727摄氏度，C%=0.0218---6.69%As----FP+Fe3C（共析渗碳体）A0.77---- F0.0218+Fe3C——P（珠光体）珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间Le---- P+Fe3CII+Fe3C共晶------低温莱氏体Le’2．液固相线液相线ACD固相线AECF3．溶解度线ES线碳在A中的固溶线，1148摄氏度，2.11%——727摄氏度,0.77%,Fe3CIIPQ线碳在F中的固溶线，727摄氏度,0.0218%——0.0008%室温，Fe3CIII4．GS线5. 特征点6.特征线表四、基于Fe-Fe3C相图的Fe-C合金分类1．工业纯铁，C%<=0.0218%2．钢0.0218%<C%<= 2.11%亚共析钢 0.0218%<C%<0.77%共析钢 0.77%过共析钢 0.77%<C%<= 2.11% 3．白口铸铁2.11%<C%<6.69%亚共晶白口铸铁 2.11%<C%<4.3%共晶白口铸铁 4.3%过共晶白口铸铁 4.3 %<C%<6.69%在铁碳合金中一共有三个相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。
第三章-铁碳合金相图【详解版】
⑴ 五个单相区：
L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、
L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、 +Fe3C
• ⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、 PSK(++ Fe3C)三条水平线
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4. 铁碳合金分类
• （1） 工业纯铁 <0.0218% C 亚共析钢 <0.77% C
• 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。
0.77%C时，组织为100% P, 钢的性能即P的性能。
＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界 连续网状，强度下降, 但 硬度仍上升。
＞2.11%C，组织中有以
Fe3C为基的Ld’,合金太脆.
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• 三、 含碳量对工艺性能的影响
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2)亚共析钢的 结晶过程
L→L+A →A→A+F先共析 AS(0.77% C) →P 室温组织为：P+F
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20钢组织
40钢组织
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• 亚共析钢室温下的组织 为F+P。
• 在0.0218~0.77%C 范围 内珠光体的量随含碳量 增加而增加。
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bcc
fcc
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二、铁碳合金中的基本相
铁碳合金中的组元：Fe、C
L相：液态下无限互溶、成分均匀
Fe和C
固溶体相：C溶于Fe中形成 F、A等
金属化合物相：Fe与C化合形成Fe3C
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第三章 铁碳合金相图非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。
了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。
本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。
铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。
C Fe 3的含碳量为 6.69％，铁碳合金含碳量超过 6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。
相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。
3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相3.l.l 组元⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为2/m kg 3107.87⨯。
纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变），即：δ-Fe （体心）γ-Fe （面心）α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。
可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。
⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。
C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。
3.1.2 基本相Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相：⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。
⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。
F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。
力学性能与工业纯铁相当。
⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。
奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。
奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。
3.2 Fe -C Fe 3相图3.2.1 Fe -C Fe 3相图中各点的温度、含碳量及含义Fe -C Fe 3相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。
图3.1及表3.1中代表符号属通用，一般不随意改变。
C, ％(重量) →图3.1 Fe -C Fe 3相图表 3.1相图中各点的温度、含碳量及含义符号 温度（℃）含碳量[%（质量）]含 义A B C D E F G H J K N P S Q1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 1495 727 1394 727 727 600 （室温）0 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0 0.09 0.17 6.69 0 0.0218 0.77 0.0057 (0.0008)纯铁的熔点包晶转变时液态合金的成分 共晶点Fe 3C 的熔点碳在γ-Fe 中的最大溶解度 Fe 3C 的成分α-Fe →γ-Fe 同素异构转变点 碳在δ-Fe 中的最大溶解度 包晶点Fe 3C 的成分γ-Fe →δ-Fe 同素异构转变点 碳在α-Fe 中的最大溶解度 共析点600℃（或室温）时碳在α-Fe 中的最大溶解度3.2.2 Fe -C Fe 3相图中重要的点和线3.2.2.1 三个重要的特性点⑴J 点为包晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时。
B 点成分的L 与H 点成分的δ 发生包晶反应，生成J 点成分的A 。
包晶反应在恒温下进行，反应过程中L 、δ、A 三相共存，反应式为：HB L δ+J A 或 09.053.0δ+L 17.0A 。
⑵C 点为共晶点 合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时。
C 点成分的L 发生共晶反应，生成E 点成分的A 和C Fe 3。
共晶反应在恒温下进行，反应过程中L 、A 、C Fe 3三相共存，反应式为：CL C Fe A E 3+ 或 3.4L C Fe A 311.2+。
共晶反应的产物是A 与C Fe 3的共晶混合物，称莱氏体，用符号Le 表示，所以共晶反应式也可表达为： 3.4L 3.4Le 。
莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。
在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状A（727℃时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。
⑶S 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A 发生共析反应，生成P 点成分的F 和C Fe 3。
共析反应在恒温下进行，反应过程中A 、F 、C Fe 3三相共存，反应式为：S A C Fe F P 3+ 或 77.0A C Fe F 30218.0+共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，用符号P 表示，因而共析反应可简单表示为：77.0A 77.0PP 中的渗碳体称为共析渗碳体。
在显微镜下P 的形态呈层片状。
在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。
P 的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间，其机械性能如下：抗拉强度（b σ） 770MPa延伸率（δ） 20～35％冲击韧性（k a ） 30～402/cm J硬度（HB ） 1802/mm kgf3.2.2.2 相图中的特性线相图中的ABCD 为液相线；AHJECF 为固相线。
⑴水平线HJB 为包晶反应线。
碳含量0.09～0.53％的铁碳含金在平衡结晶过程中均发生包晶反应。
⑵水平线ECF 为共晶反应线。
碳含量在 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。
⑶水平线PSK 为共析反应线。
碳含量0.0218～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反应。
PSK 线在热处理中亦称1A 线。
⑷GS 线是合金冷却时自A 中开始析出F 的临界温度线，通常称3A 线。
⑸ES 线是碳在A 中的固溶线，通常称cm A 线。
由于在1148℃时A 中溶碳量最大可达2.11％，而在727℃时仅为0.77％，因此碳含量大于0.77％的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中，将从A 中析出C Fe 3。
析出的渗碳体称为二次渗碳体（II C Fe 3）。
cm A 线亦是从A 中开始析出II C Fe 3的临界温度线。
⑹PQ 线是碳在F 中的固溶线。
在727℃时F 中溶碳量最大可达0.0218％，室温时仅为0.0008％，因此碳含量大于0.0008％的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从F 中析出C Fe 3。
析出的渗碳体称为三次渗碳体（III C Fe 3）。
PQ 线亦为从F 中开始析出III C Fe 3的临界温度线。
III C Fe 3数量极少，往往可以忽略。
下面分析铁碳合金平衡结晶过程时，均忽略这一析出过程。
3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程根据Fe -C Fe 3相图，铁碳含金可分为三类： ⑴ ()0.0218%C 工业纯铁≤⑵ ()()()()⎪⎩⎪⎨⎧≤〈=〈〈≤〈 2.11C 0.77过共析钢0.77%C 共析钢0.77%C 0.0218%亚共析钢2.11%C 0.0218%钢 ⑶ ()()()()⎪⎩⎪⎨⎧〈〈=〈〈〈〈 6.69%C 4.3%过共晶白口铸铁 4.3%C 共晶白口铸铁 4.3%C 2.11%亚共晶白口铸铁6.69%C 2.11%白口铸铁 下面分别对以上七种典型铁碳含金的结晶过程进行分析。
3.3.1 工业纯铁以含碳0.01％的铁碳合金为例，其冷却曲线（如图3.2）和平衡结晶过程如下。
合金在1点以上为液相L 。
冷却至稍低于1点时，开始从L 中结晶出δ，至2点合金全部结晶为δ。
从3点起，δ逐渐转变为A ，至4点全部转变完了。
4-5点间A 冷却不变。
自5点始，从A 中析出F 。
F 在A 晶界处生核并长大，至6点时A 全部转变为F 。
在6-7点间F 冷却不变。
在7-8点间，从F 晶界析出III C Fe 3。
因此合金的室温平衡组织为F +III C Fe 3。
F 呈白色块状；III C Fe 3量极少，呈小白片状分布于F 晶界处。
若忽略III C Fe 3，则组织全为F 。
图3.2工业纯铁结晶过程示意图3.3.2 共析钢其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.3所示。
合金冷却时，于1点起从L 中结晶出A ，至2点全部结晶完了。
在2-3点间A 冷却不变。
至3点时，A 发生共析反应生成P 。
从3′继续冷却至4点，P 皆不发生转变。
因此共析钢的室温平衡组织全部为P ，P 呈层片状。
共析钢的室温组织组成物也全部是P ，而组成相为F 和C Fe 3，它们的相对质量为：%%%881006.690.776.69=⨯-=F ;%%%3121=-=F C Fe图3.3 共析钢结晶过程示意图3.3.3 亚共析钢以含碳0.4％的铁碳含金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图3.4所示。
合金冷却时，从1点起自L 中结晶出δ，至2点时，L 成分变为0.53％C ，δ变为0.09％C ，发生包晶反应生成17.0A ，反应结束后尚有多余的L 。
2′点以下，自L 中不断结晶出A ，至3点合金全部转变为A 。
在3-4点间A 冷却不变。
从4点起，冷却时由A 中析出F ，F 在A 晶界处优先生核并长大，而A 和F 的成分分别沿GS 和GP 线变化。
至5点时，A 的成分变为0.77％C ，F 的成分变为0.0218％C 。
此时A 发生共析反应，转变为P ，F 不变化。
从5′继续冷却至6点，合金组织不发生变化，因此室温平衡组织为F +P 。
F 呈白色块状；P 呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状。
碳含量大于0.6％的亚共析钢，室温平衡组织中的F 常呈白色网状，包围在P 周围。
图3.4 亚共析钢结晶过程示意图含0.4％C 的亚共析钢的组织组成物（F 和P ）的相对质量为：%%%511000.020.770.020.4=⨯--=P ；%%%49511=-=F组成相（F 和C Fe 3）的相对质量为：%%%%;%%36941941006.690.46.69=-==⨯-=C Fe F由于室温下F 的含碳量极微，若将F 中的含碳量忽略不计，则钢中的含碳量全部在P 中，所以亚共析钢的含碳量可由其室温平衡组织来估算。
即根据P 的含量可求出钢的含碳量为：%%%0.77⨯=P C 。
由于P 和F 的密度相近，钢中P 和F 的含量（质量百分数）可以近似用对应的面积百分数来估算。