铁碳相图

体上。
➢ 共析钢为100%的P。
➢ 过共析钢当C％>1.0％后Fe3CⅡ呈网状
沿A晶界分布。
➢ 钢中：基体相为F，第二相为Fe3C 3.白口铁：C％>2.11％后组织中出现了 大量的莱氏体组织。
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46
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。
5. Fe-C合金相图
5.1 纯铁及铁碳合金中的相 5.2 Fe-Fe3C相图分析 5.3 合金的成分与组织、性能的关系 5.4 Fe-Fe3C相图的应用及局限性
1
5.1 纯铁及其铁碳合金相
铁和碳可以形成的一系列化合物，即Fe3C、 Fe2C、FeC等。
Fe-C相图可分为几部分：
Fe Fe3C Fe2C FeC C, %
莱氏体
莱氏体中的渗碳 体称为共晶渗碳 体，在显微镜下 为块状或粒状γ 分布在渗碳体基 体上； 性能：渗碳体连续 分布，Ld塑性很 差。
5.2 铁碳合金相图分析
14
一、相图分析
共析反应：γ＝P (FeC3+ α)
珠光体 珠光体：铁素体与渗碳体 的机械混合物，渗碳体以 细片状分散分布在铁素体 基体上，起强化作用。
性能：强度较高，塑性、 韧性和硬度介于α与Cm之 间。
5.2 铁碳合金相图分析
层片状
15
一、相图分析
5.2 铁碳合金相图分析
（四）三条重要的特征线
1538℃ L＋d
dA H
B 1495℃
NJ
1394℃ d＋g
912℃ G
g a＋g
S
P 0.0218
0.77
a
Q
H：0.09 J： 0.17 B：0.53
小结 α+Fe3αC+ⅢPP P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+LLee’’ Fe3C+Le’
5.3 合金的成分与组织及性能之间的关系
一、含碳量对相及组织的影响
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
工业纯铁
碳素钢
白口铸铁
5.2 铁碳合金相图分析
过共析钢 共析钢 亚共析钢
亚共晶白口铁 过共晶白口铁 共晶白口铁
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
亚共析钢用途实例
45＃钢 碳含量0.45％
60＃钢 碳含量0.60％
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
共析钢的应用举例
T8钢 碳含量 0.80％
相：L、d、A、F、Fe3C 五个相。
相区：五个单相区：L、 d、 A、F、Fe3C 。 七个双相区：L＋A、 L＋ d、 L+ Fe3C、 d ＋A、 A
＋F、A＋Fe3C 、F＋Fe3C。 三个三相区： L+ d+A、 L ＋A＋Fe3C、F+A+ Fe3C
线:
(一) 液相线-A BC D线
(二) 固相线-AHJECF线
先共晶γ相 → P
室温组织： Le’（P+Fe3C） + P
二、典型合金的平衡凝固过程 （六）过共晶白口铁
5.2 铁碳合金相图分析
单相液体的冷却 匀晶反应： L→ Fe3C相 共晶反应：剩余L→Le（γ+Fe3C）
共晶γ相析出Fe3CⅡ不可 见 共析反应： Le（γ+Fe3C） → Le’（P+Fe3C） 室温组织： Le’（P+Fe3C） + Fe3C
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
过共析钢应用举例
T12 钢 碳含量 1.2％
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
铁碳合金
工业纯铁 ﹤0.0218%
碳素钢
0.0218～2.11%
亚共析钢
共析钢 0.77%
过共析钢 亚共晶白口铁
白口（铸）铁
2.11～6.68%
共晶白口铁 4.3%
过共晶白口铁
二、典型合金的平衡凝固过程
（一）工业纯铁
1
．当T在
L→δ
T1
～T2时
，由
2．分在不T2变～T3时，δ的成
3.在T3～T4时，由δ→A 4. T4～T5,A成分不变
5. T5～T6, 由A→F 室温组织为：F+Fe3CⅢ
5.2 铁碳合金相图分析
典型铁碳合金在Fe-Fe3C相图中的位置
F:白色等轴晶粒；Fe3C：呈小白片状分布于F晶界
5.2 铁碳合金相图分析
L相→ δ相
L相+ δ相→ γ相，并且L相有剩余
剩余L相→ γ相
γ单相的冷却
γ相→ α相，但γ相有剩余 共析反应：剩余γ相→P（α+Fe3C），存在 先析α相
二、典型合金的平衡凝固过程 （三）亚共析钢
注意事项
5.2 铁碳合金相图分析
先析铁素体（α相）在随后的冷却过程中会析 出Fe3CⅢ，但量很少可忽略
ES线(Acm)：碳在γ中的溶 L 解度曲线，Fe3CⅡ
L＋g E
2.11
1148℃
C
D L＋Fe3C F
4.3
g＋Fe3PC Q线：碳在α中的溶解度 727℃ 曲线， Fe3CⅢ
K
a＋Fe3C
GS线(A3)： 冷却过程中γ 析出α的开始线
0
C％(重量)
Fe
6.69 Fe3C
16
二、典型合金的平衡凝固过程
a
C
A(0.0008)
0.77
Fe3C
B(6.69)
a相的质量分数 Fe3C相的质量分数
Ma
=
6.69 0.77 100% 6.69 0.0008
=
88.5%
M Fe3C
=
0.77 6.69
0.0008 100% 0.0008
= 11.5%
二、典型合金的平衡凝固过程 （三）亚共析钢 L相冷却
a＋Fe3C
0
C％(重量)
Fe
C
D L＋Fe3C F
4.3
K
6.69 Fe3C
8
一、相图分析
5.2 铁碳合金相图分析
符号 温度（℃） 含碳量（%）说明
Байду номын сангаас
A
1538
0
纯铁的熔点
B
1495
0.53
包晶转变时液相合金的成分
C
1148
4.30
共晶点
D
1227
6.69
渗碳体的熔点(计算值)
E
1148
2.11
C在奥氏体中的最大溶解度
亚共析钢室温平衡组织：先析铁素体+珠光体P
利用杠杆定律计算先析铁素体与珠光体的质量 分数，计算铁素体（先析铁素体+P光体中的 铁素体）与渗碳体的质量分数
a
C
A(0.0218)
0.6
a组织组成物的 质量分数
P组织组成物的 质量分数
P P
B(0.77)
0.77 0.6
Ma
=
100% 0.77 0.0218
C
6.69% 9.70% 17.7%
脆性大，无实用意义
2
5.1纯铁及其铁碳合金相
一、工业纯铁及其特性
工业纯铁指含杂质为0.10～0.20％的纯铁，sb、HB低，d、aK 好。
sb=180~230 MPa HB=50~80
j=70~80%
d=30~50% aK=160~200 J/cm2
主要利用其高的导磁率，作电工材料。
6
5.1纯铁及其铁碳合金相
二、铁碳合金相
（3）Cm相： Fe3C为复杂结构的间隙化合物，属于正 交晶系，含碳量为6.69％ ，通常称为“渗碳体” 。
性能：高硬度， 高脆性，塑性近似为零，加热易分解。
sb=30MPa HB=800
d=0
Fe3C 3Fe ＋C（石墨）
石墨具有六方结构,强度、硬度极低
22
二、典型合金的平衡凝固过程 （一）工业纯铁
5.2 铁碳合金相图分析
工业纯铁组织金相图
23
二、典型合金的平衡凝固过程 （二）共析钢
5.2 铁碳合金相图分析
单相液体的冷却
匀晶反应L相中析出γ相（奥氏体A）
γ单相固溶体的冷却 γ相发生共析反应生成珠光体P
二、典型合金的平衡凝固过程
5.2 铁碳合金相图分析
（二）共析钢
注意事项
共析反应生成的珠光体在冷却过程中，其中的铁素体 产生三次析出，生成Fe3CⅢ，但与共析的Fe3C连在一 起，难以分辨。
共析钢的室温平衡组织：P
P：铁素体（F）和渗碳体的两相 混合物，两相的相对质量是多少？
杠杆定律
计算二元相图中 平衡状态下 两平衡相的相对质量分数。 杠杆的支点是两相合金的成分点，端点分别是两个相的成 分点。
共晶白口铁室温组织：变态莱氏体Le ’（珠光体 呈粒状分布在Fe3C基体上）
共晶白口铁的基体相是Fe3C脆性相，材料整体 脆性较大，硬度较高
二、典型合金的平衡凝固过程 （六）亚共晶白口铁
5.2 铁碳合金相图分析
单相液体的冷却
匀晶反应： L→ γ相
共晶反应：剩余L→Le（γ+Fe3C）
先共晶γ相不断析出 Fe3CⅡ，共晶γ相析出 Fe3CⅡ不可见 共析反应： Le（γ+Fe3C） → Le’（P+Fe3C）
P
727
0.0218
C在a中的最大溶解度
Q
室温
0.0008
室温时C在a中的最大溶解度
S
727
0.77
共析点（A1）
9
一、相图分析 （一）相图中重要的点、线、区
相图中的点 相图中的五个单相(区)
相图中的三条水平线
相图中的七个两相区
5.2 铁碳合金相图分析
一、相图分析
5.2 铁碳合金相图分析
（一）相图中重要的点、线、区 相及相区
（一）特性：
1. 纯铁具有同素异晶转变：在固 态不同温度发生晶格类型的转变。
即 α-Fe
912℃
γ-Fe
(BCC)
(FCC)
1394℃
δ-Fe
(BCC)
5.1纯铁及其铁碳合金相
二、铁碳合金相
➢ 组 元： 纯铁、渗碳体 ➢ 基 本 相： 铁素体（α ）
奥氏体（γ ） 渗碳体（Cm） ➢ 基本组织： 珠光体（P） 莱氏体（Le/Le’）
(三) 三条水平线
包晶线－HJB线 共晶线－ECF线 共析线－PSK线－A1线
一、相图分析 （二）三个重要的点
5.2 铁碳合金相图分析
J为包晶点: 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γ。
C点为共晶点： 1148 ℃时, C点成分的L
发生共晶反应, 生成E点成分的γ和Fe3C （莱氏体）。
S点为共析点： 727 ℃时, S点成分的γ发生 共析反应, 生成P点成分的α和Fe3C（P）。
一、相图分析 （三）三个重要的恒温转变
5.2 铁碳合金相图分析
包晶反应：L+δ＝γ
共晶反应：L＝Ld( FeC3+ γ ) 共析反应： γ＝P (FeC3+ α)
返回
一、相图分析
共晶反应：L＝Ld( FeC3+ γ )
4
5.1纯铁及其铁碳合金相
二、铁碳合金相
(1) α相：又称为铁素体－Ferrite：碳原子溶入α-Fe的间隙
形成的固溶体，用“F”或“a ”表示。呈体心立方晶格，最大 含碳量为0.0218%，(P点)温度为727℃。
性能：бb、HB低，δ、αK 好。
5
5.1纯铁及其铁碳合金相
二、铁碳合金相
（2）g相：又称为奥氏体－Austenite：是碳原子溶入γ-Fe中的 间隙形成的固溶体，用“A”或“g”表示，具有FCC晶体结构 。 含碳量为－727℃时为0.77% ；1148℃时为2.11％ 性能：高塑性、高韧性、良好的锻造性能，强度、硬度较低.
=
22.72%
MP
=
0.6 0.0218 100% 0.77 0.0218
=
77.28%
计算727 ℃下, 组织组成物的质量分数
二、典型合金的平衡凝固过程 （四）过共析钢
5.2 铁碳合金相图分析
单相液体的冷却 L相→ γ相 γ单相固溶体（奥氏体）的冷却 γ相中析出二次渗碳体（Fe3CⅡ）
共析转变： γ相→（ α+Fe3C）， 存在Fe3CⅡ
F
1148
6.69
渗碳体的成分
G
912
0
a-Feg-Fe同素异构转变点（A3）
H
1495
0.09
C在d中的最大溶解度
J
1495
0.17
包晶点
K
727
6.69
渗碳体的成分
L
0
6.69
渗碳体的成分
M 770
0
纯Fe的居里点
N
1394
0
d-Feg-Fe同素异构转变点（A4 )
O
770
0.5
铁素体的磁性转变温度
二、典型合金的平衡凝固过程 （四）过共析钢
注意事项
5.2 铁碳合金相图分析
从奥氏体中析出的Fe3C称为二次渗碳体
Fe3CⅡ沿奥氏体晶界呈网状析出，使材料的整 体脆性加大
过共析钢室温平衡组织：珠光体P+ Fe3CⅡ
利用杠杆定律计算珠光体与二次渗碳体的质量 分数
二、典型合金的平衡凝固过程 （五）共晶白口铁
物相形貌：渗碳体根据形成条件不同，有条状、网状、片状、 粒状等，对性能有较大影响。
7
5.2 铁碳合金相图分析
1538℃ L＋d
dA H
B 1495℃
NJ
1394℃ d＋g
912℃ G
g a＋g
S
P 0.0218
0.77
a
Q
H：0.09
J： 0.17
B：0.53
L
L＋g E 2.11
1148℃
g＋Fe3C 727℃
5.2 铁碳合金相图分析
单相液体的冷却
共晶反应：L→Le（γ+Fe3C）
共晶中的γ相不断析出 Fe3CⅡ，不可见 共析反应： Le（γ+Fe3C） → Le’（P+Fe3C）
二、典型合金的平衡凝固过程 （五）共晶白口铁
5.2 铁碳合金相图分析
注意事项
冷却过程中莱氏体中的奥氏体相析出， Fe3CⅡ， 但其依附于莱氏体中的Fe3C长大，不可见