铁碳合金材料第四章
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在高温(>727℃)存在，在727℃ 以下，Ld是由P＋Fe3C 组成，用Ld`表示。 性能：Ld`与Fe3C相似，HB>700，塑性差。
铁碳合金相图：是研究铁碳合金最基本的工具，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、冶炼和铸造等工艺依据.
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性能：强度低、塑性好，钢
材热加工都在 区进行。
碳钢室温组织中无奥氏体.
编辑ppt
奥氏体
6
⑶ 渗碳体：是Fe和Ｃ形成的稳定化合物，含Ｃ量为
6.69%，具有复杂的晶格， 用Fe3C表示。 性能：Fe3C硬度高(HB约800)、强度低(b35MPa), 脆
性大, 塑性几乎为零，其形状可以是片状、网状和粒状.
第三节 铁碳合金相图
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。
含碳量大于Fe3C成分 （6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金
相图是Fe- Fe3C相图。
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1
第一节 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能
性能：F叫工业纯铁，韧性很好，延伸率δ=45~50%，强
度和硬度均不高， σb =250MPa，HB＝80。晶粒为均匀 明亮的多边形。
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5
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A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，1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。
混合物，称作莱氏体, 用Le （或Ｌd)表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆编辑。ppt
莱氏体
10
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
珠光体的组织特点是
Fe3C是一个亚稳相，在一定 条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应 对铸铁有重要意义。
由于碳在-Fe中的溶解度很
钢中的渗碳体
小，因而常温下碳在铁碳合
金中主要以Fe3C或石墨的形
式存在。
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7
铸铁中的石墨
（４）、P：F和Fe3C组成的机械混合物。 性能：其性能介于F和Fe3C之间， （５）、Ld(或Le)：A和Fe3C组成的机械混合物，它只
一、纯铁的同素异构转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度变化而
变化的现象称同素异构转变（或重结晶）。同素异构
转变属于相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有 两次晶体结构变化，其 变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe 编辑ppt
2
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
编辑ppt
3
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、
特定晶面等）。 ⑵由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。 ⑶固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。
⑵ 钢 (0.0218~2.11%C) 高温组织为单相
① 亚共析钢
(0.0218~0.77%C) 亚共 过
② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢
共析 共
析钢 析
工
钢钢
业
纯
(0.77~2.11%C)
铁
编辑ppt
亚 共过
共 晶共
晶 白晶
白 口白
口 铁口
铁
铁
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⑶ 白口铸铁
(2.11~6.69%C)
8
第二节 铁碳合金相图的分析
一、概述 ⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J
N
L+
G
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
编辑ppt
9
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECF ⑵ 三条水平线：
HJB：包晶线LB+δH⇄ J ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C 共晶产物是 与Fe3C的机械
L+ H B
J
N +
+ S
工业纯铁的结晶过程
从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ 表示。 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
最大量为:
0 .02 0 .0 10 808 Q F 3 C Ie I I 6 .编6 辑pp t 0 9 .00 1 0% 0 8 0 0 .3 18%
铸造性能好, 硬而脆
① 亚共晶白口铸铁
(2.11~4.3%C)
② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
③ 过共晶白口铸铁
(4.3~6.69%C)
编辑pBaidu Nhomakorabeat
15
㈠工业纯铁的 结晶过程
合 金 液 体 在 1-2
点间转变为， 3-4 点 间 → ， 5-6 点 间 → 。 到7点，从中
析出Fe3C。
编辑ppt
4
二、室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物及机性
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉ 组成物：
⑴ 铁素体： 碳在-Fe中的固溶体 称铁素体, 用F 或 表示。α -Fe
溶解Ｃ的能力很小，随温度的
铁素体
不同而不同， 600℃时为0.006%，室温下仅为0.0008%,
727℃ 时最大达0.02%，是体心立方间隙固溶体。
㈡ 共析钢的结晶过程
合金液体在1-2
点间转变为。
到S点发生共析 转变：
S⇄P+Fe3C, 全部转变为
珠光体(P)。
两相呈片层相间分布,
性能介于两相之间。
珠光体
编辑ppt
PSK线又称A1线 。 11
⑶ 其它相线
GS,GP— ⇄ 固溶体
转变线, GS又称A3 线。
HN,JN—δ⇄ 固溶体
转变线，
ES—碳在 -Fe中的固
溶线。又称Ac m线。
PQ—碳在-Fe中的固
溶线。
编辑ppt
12
⒊ 相区
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
编辑ppt
13
二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
铁碳合金相图：是研究铁碳合金最基本的工具，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、冶炼和铸造等工艺依据.
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性能：强度低、塑性好，钢
材热加工都在 区进行。
碳钢室温组织中无奥氏体.
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奥氏体
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⑶ 渗碳体：是Fe和Ｃ形成的稳定化合物，含Ｃ量为
6.69%，具有复杂的晶格， 用Fe3C表示。 性能：Fe3C硬度高(HB约800)、强度低(b35MPa), 脆
性大, 塑性几乎为零，其形状可以是片状、网状和粒状.
第三节 铁碳合金相图
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。
含碳量大于Fe3C成分 （6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金
相图是Fe- Fe3C相图。
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1
第一节 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能
性能：F叫工业纯铁，韧性很好，延伸率δ=45~50%，强
度和硬度均不高， σb =250MPa，HB＝80。晶粒为均匀 明亮的多边形。
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5
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A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，1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。
混合物，称作莱氏体, 用Le （或Ｌd)表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆编辑。ppt
莱氏体
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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
珠光体的组织特点是
Fe3C是一个亚稳相，在一定 条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应 对铸铁有重要意义。
由于碳在-Fe中的溶解度很
钢中的渗碳体
小，因而常温下碳在铁碳合
金中主要以Fe3C或石墨的形
式存在。
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铸铁中的石墨
（４）、P：F和Fe3C组成的机械混合物。 性能：其性能介于F和Fe3C之间， （５）、Ld(或Le)：A和Fe3C组成的机械混合物，它只
一、纯铁的同素异构转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度变化而
变化的现象称同素异构转变（或重结晶）。同素异构
转变属于相变之一—固态相变。
纯铁的同素异构转变
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有 两次晶体结构变化，其 变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe 编辑ppt
2
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
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3
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、
特定晶面等）。 ⑵由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。 ⑶固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。
⑵ 钢 (0.0218~2.11%C) 高温组织为单相
① 亚共析钢
(0.0218~0.77%C) 亚共 过
② 共析钢 (0.77%C) ③ 过共析钢
共析 共
析钢 析
工
钢钢
业
纯
(0.77~2.11%C)
铁
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亚 共过
共 晶共
晶 白晶
白 口白
口 铁口
铁
铁
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⑶ 白口铸铁
(2.11~6.69%C)
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第二节 铁碳合金相图的分析
一、概述 ⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J
N
L+
G
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
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⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECF ⑵ 三条水平线：
HJB：包晶线LB+δH⇄ J ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C 共晶产物是 与Fe3C的机械
L+ H B
J
N +
+ S
工业纯铁的结晶过程
从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3CⅢ 表示。 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
最大量为:
0 .02 0 .0 10 808 Q F 3 C Ie I I 6 .编6 辑pp t 0 9 .00 1 0% 0 8 0 0 .3 18%
铸造性能好, 硬而脆
① 亚共晶白口铸铁
(2.11~4.3%C)
② 共晶白口铸铁 (4.3%C)
③ 过共晶白口铸铁
(4.3~6.69%C)
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㈠工业纯铁的 结晶过程
合 金 液 体 在 1-2
点间转变为， 3-4 点 间 → ， 5-6 点 间 → 。 到7点，从中
析出Fe3C。
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二、室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物及机性
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉ 组成物：
⑴ 铁素体： 碳在-Fe中的固溶体 称铁素体, 用F 或 表示。α -Fe
溶解Ｃ的能力很小，随温度的
铁素体
不同而不同， 600℃时为0.006%，室温下仅为0.0008%,
727℃ 时最大达0.02%，是体心立方间隙固溶体。
㈡ 共析钢的结晶过程
合金液体在1-2
点间转变为。
到S点发生共析 转变：
S⇄P+Fe3C, 全部转变为
珠光体(P)。
两相呈片层相间分布,
性能介于两相之间。
珠光体
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PSK线又称A1线 。 11
⑶ 其它相线
GS,GP— ⇄ 固溶体
转变线, GS又称A3 线。
HN,JN—δ⇄ 固溶体
转变线，
ES—碳在 -Fe中的固
溶线。又称Ac m线。
PQ—碳在-Fe中的固
溶线。
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12
⒊ 相区
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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二、工业纯铁、钢和白口铸铁结晶过程分析 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。