铁碳相图
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
铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)
柱状晶区
表面细晶区
中心等轴晶区
• 1、表层细晶区：浇注时，由于冷模壁产生很大 的过冷度及非均匀形核作用，使表面形成一层很 细的等轴晶粒区。
2、 柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热， 使细晶区前沿液体的过冷度减小，晶核的形成速率不 如成长率大，各晶粒成长较快。沿垂直于模壁方向散 热较快，故晶粒沿这一方向长大，形成柱状晶区。
912℃
α-Fe
2、渗碳体
铁与碳形成的间隙化合物， 含碳6.69%, 用Fe3C 或Cm表示，熔点1227 ℃ Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑
性很低，伸长率接近于0.
3、铁素体（F或α表示） 碳溶于α–Fe中的间隙固溶体。
金相显微镜下为多边形晶粒 铁素体中碳的溶解度很小，室温时小于0.0008%， 727 ℃时0.0218% 性能接近于纯铁，强度、硬度低，塑性好
室温下Fe3CⅢ最大 量为:
QFe C 3 III
0.0218 0.0008 100% 0.3% 6.69 0.0008
㈡ 共析钢的结晶过程
共析渗碳体
L → L+A→ A→P(F +Fe3C) 室温组织为P.
1 2
L+A
A
3
3’
F +Fe3C
4
• 珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈 指纹状。
C
A + Fe3C
F + Fe3C
2.11
4.3
2
3 ωc% 4
5
L+Fe3C D 1148 F
727 K
6.69
6 Fe3C
液相线ABCD固相线AHJECFD 五个单相区，七个两相区
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（ ）。
Fe-C相图
Fe-C 相图又称铁碳相图或铁碳状态图。
它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标,表示在接近平衡条件（铁-石墨）和亚稳条件（铁－碳化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。
简史早在1868 年，俄国学者切尔诺夫（Д．к．Чернов）就注意到只有把钢加热到某一温度”a”以上再快冷,才能使钢淬硬,从而有了临界点的概念。
至1887～1892年奥斯蒙（F.Osmond）等利用热分析法和金相法发现铁的加热和冷却曲线上出现两个驻点，即临界点A3和A2，它们的温度视加热或冷却(分别以A c和A r表示)过程而异。
奥斯蒙认为这表明铁有同素异构体，他称在室温至A2温度之间保持稳定的相为α铁；A2～A3间为β铁；A3以上为γ铁。
1895年，他又进一步证明，如铁中含有少量碳,则在690或710℃左右出现临界点,即A r1点,标志在此温度以上碳溶解在铁中,而在低于这一温度时,碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来,随铁中碳量提高，A r3下降而与A r2相合,然后断续下降，至含碳为0.8～0.9％时与A r1合为一点。
1904年又发现A4至熔点间为δ铁。
以上述临界点工作的成果为基础，1899年罗伯茨－奥斯汀（W.C.Roberts-Austen）制定了第一张铁碳相图；而洛兹本(H.W.Bakhius Roozeboom)更首先在合金系统中应用吉布斯(Gibbs)相律,于1990年制定出较完整的铁碳平衡图。
随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。
目前采用的铁碳平衡图示于图1，图中各重要点的温度、浓度及含义如下表所列。
当铁中含碳量不同时，得到的典型组织如图2所示。
铁素体的强度、硬度不高（σb=180-280MPa,50-80HBS），但具有良好的塑性和韧性(δ=30%-50%,Akv=128-160J)。
所以以铁素体为基体的铁碳合金适于塑性成形加工奥氏体的强度、硬度为（σb约为400MPa,160-200HBS），但具有良好的塑性和韧性(δ=40%-50%)，无磁性。
铁碳相图
N
P S Q
1394
727 727 室温
0
0.0218 0.77 0.0008
γ与δ同素异构转变点(A4)
碳在α-Fe中的最大溶解度 共析点 室温下碳在α-Fe中的溶解度
2. Fe－Fe3C合金相图
1538℃ L＋ A B 1495℃ H J N 1394℃ ＋ H：0.09 J： 0.17 B：0.53 L＋ E 2.11 1148℃ ＋Fe3C 727℃ K L 1227℃ C 4.3 L＋Fe3C D F
P L'd P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+L'd Fe3CⅠ+L'd
K
P F+P
室温 0.008 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.69
A
δ N G H J
B
L E C D F K 2.11% 4.3% 铸铁 亚 共 晶 白 口 铁
2.11%
A S F Fe P 0.02% 0.77% 钢 工 业 纯 铁
Fe3C 6.69%
亚 共 共 析 析 钢 钢
过 共 析 钢
共 晶 白 口 铁
4.3%
过 共 晶 白 口 铁
6.69%
0.02%
0.77%
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900
A纯铁熔点
简化的铁-碳相图
A 2~3 A 铁碳合金相图分析 A 3~4 Fe3CⅡ A
重要线 GS（A3）
F和A两相平衡线
A L 4~4' 3 δ B1495℃ H J 4' 4 N A
4'~5 5 A
铁碳相图
GS线：
ES线： 奥氏体中析出次生渗碳体，通常称为二次渗碳体，因此该曲线又是二次渗碳
体的开始析出线。 是碳在铁素体中的溶解度曲线。铁素体中的最大溶碳量于727℃时达到最大 值WC0.0218%。随着温度的减低，铁素体中的溶碳量逐渐减少，在300℃以 下，溶碳量小于WC0.001%。因此，当铁素体从727℃冷却下来时，要从铁素 体中析出渗碳体，称之为三次渗碳体，记为Fe3CⅢ
意义 δ固溶体区（δ） 铁素体区（α或F） L+α L+Fe3C γ+α α+Fe3C 共晶转变线 渗碳体的磁性转变线
ECF
230℃虚线
包晶转变：
在1495℃的恒温下，含碳量为的WC0.53%液相与含碳量WC0.09%为的δ铁素 体发生包晶反应，形成含碳量为WC0.17%的奥氏体，其反应式为：
LB + δ
PQ线：
14 9 5 ℃ H
⇔
γ
J
含碳量低于WC2.11%的合金在冷却过程中，都可在一定的温度区间内得到单相的奥氏体 组织。 在1148℃的恒温下，由WC4.3%的液相转变为WC2.11%的奥氏体和渗碳体组 成的混合物。其反应式为：
1 1 48 ℃
共晶转变：
LC
⇔
γ
E
+ Fe 3 C
共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物，称为莱氏体，以符号Ld表示。凡是在 WC2.11% ~ WC6.69%范围内的合金，都要进行共晶转变 在727℃的恒温下，由WC0.77%的奥氏体转变为WC0.0218%的铁素体和渗碳 体组成的混合物。其反应式为：
J F M N P S Q
1495 727 770 1394 727 727 600
0.17 6.69 0 0 0.0218 0.77 0.0057
铁碳相图简介
▪ 亚 共 析 钢 （ hypoeutectoid steel）： Wc=0.0218～0.77%
▪ 过 共 析 钢 （ hypereutectoid steel）： Wc=0.77～2.11%
（3）白口铸铁
白 口 铸 铁 （ white cast iron） 是 含 碳 量 在 Wc=2.11～6.69%之间旳Fe、C合金。其特点液 态合金结晶时都发生共晶反应，液态时有良好旳 流动性，因而铸铁都具有良好旳铸造性能。但因 共晶产物是以Fe3C为基旳莱氏体组织，所以性能 硬、脆，不能铸造。其断口呈银白色，故称为白 口铸铁。
(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) ▪ Tube sheet ▪ Primary head (channel
head)
实例
▪ Upper head ▪ Core shell ▪ Lower head
我国铸造生产旳历史，现状及发展趋势
▪ 历史 ▪ 现状 ▪ 趋势
铸造生产措施旳分类
▪ 按所用工具不同，铸造能够分为自由锻和模 锻两大类
铁碳相图
iron-carbon diagram
主要旳内容
1.铁碳合金状态图 2.铁碳合金旳结晶过程和组织变化 3.铁碳合金旳成份、组织与性能间旳关系
Fe—C合金概述
▪ 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是当代机械制造工业中
应用最广旳金属材料，虽然种类诸多，成份不一，其基 本构成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素，故统称为铁碳合金 （alloys of the iron－carbon system）。 ▪ 铁碳相图(iron-carbon diagram)描述了钢铁材料旳 成份、温度与组织（相）之间旳关系，是了解钢铁材料 旳基础。
铁碳相图简画及口决
控制热处理过程中的组织转变
铁碳相图有助于控制热处理过程中合金的相变和组织转变，以获得所需的组织和性能。
预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中可能出现的缺陷，如开裂、变形等，以提 高产品质量。
铁碳相图的应用
铁碳相图广泛应用于钢铁工业、 铸造、焊接等领域，为材料科学、 工程热物理等领域提供了重要的 理论支持。
铁碳相图的未来展望
新型材料的研究
随着新材料技术的不断发展，铁碳相图将进一步应用于新 型材料的研发和制备过程中，为新材料的性能优化提供理 论指导。
计算机模拟技术的发展
随着计算机模拟技术的不断进步，铁碳相图的模拟精度和 可靠性将进一步提高，为实验研究和实际应用提供更加精 确的数据支持。
预测和优化钢铁材料的性能
通过铁碳相图，可以预测和优化钢铁材料的力学性能、物理性能和化学性能，如强度、韧 性、硬度、耐腐蚀性等。
指导钢铁材料的热处理工艺
铁碳相图是制定钢铁材料热处理工艺的基础，如退火、正火、淬火和回火等，以获得所需 的组织和性能。
在铸造工业中的应用
指导合金成分设计
01
铁碳相图为铸造工业提供了选择和设计铸造合金成分的依据，
THANKS
感谢观看
N区域特性
总结词
纯铁的液态区与固态区
详细描述
N区域是铁碳相图中的纯铁的液态区与固态区，位于恒温点N的左侧区域。在该 区域内，碳含量接近于零，纯铁以液态或固态形式存在。
04
铁碳相图的应用
在钢铁工业中的应用
确定不同成分铁碳合金的结晶过程和组织转变
铁碳相图详解
Fe-C相图详解图1 Fe-Fe3C合金相图1、相图中的基本相及其符号表示（1）液相（L）：铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体。
（2）高温铁素体（δ）：碳固溶在δ-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，在1394℃以上存在；在1495℃时溶碳量最大，碳的质量分数为0.09%。
（3）铁素体（α/F）：碳固溶在α-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；由于晶格间隙很小，其溶碳能力很低，常温下仅能溶解为0.0008%的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02%，因此其性能几乎和纯铁相同，强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。
（4）奥氏体（γ/A）：碳固溶在γ-Fe中形成的间隙固溶体, 呈面心立方晶格结构，是钢铁的一种层片状的显微组织；由于八面体间隙较大，因此可以容纳更多的碳；奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。
（5）渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物；渗碳体的含碳量为ωc=6.67%，熔点为1227℃；其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大；在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对合金的性能有直接影响：一次渗碳体（Fe3C I）：液相合金冷却到液相线以下时析出的渗碳体，为块状。
共晶渗碳体（Fe3C共晶）：莱氏体中的渗碳体，呈骨骼/树枝状。
二次渗碳体（Fe3C II）：由奥氏体中析出的渗碳体，为网状。
共析渗碳体（Fe3C共析）：珠光体中的渗碳体，呈片状。
三次渗碳体（Fe3C III）：从铁素体晶界上析出，沿铁素体晶界呈断续片状/短棒状分布。
（6）珠光体（P）：铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物；力学性能介于两者之间。
（7）莱氏体（Ld/Ld’）：常温下是珠光体、渗碳体和共晶渗碳体的混合物；当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示；在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏。
铁碳相图
4.铁碳合金相图主要研究铁与碳的相互作用，以便认识铁碳合金的本质，了解铁碳合金的成分、组织与性能的关系。
（1）Fe-Fe3C相图Fe与C可形成一系列化合物，实际应用含C不超过5%，所以只研究Fe-Fe3C 部分。
Fe-Fe3C相图由包晶、共晶、共析三个基本的相图组成。
符号国际通用，不能任意写。
各点成分、温度要记住。
见图2-30图2-30 Fe-Fe3C相图（2）组元1）、纯铁：熔点1538℃，具有同素异构转变，使其能合金化和热处理。
α-Fe 912℃γ-Fe 1394℃δ-Fe性能：强度低、塑性好。
HB50～80, δ=30～50%2）、渗碳体是铁与碳形成的间隙化合物，含碳量为6.69%，熔点1227℃。
性能：硬而脆，塑性≈0 HB800 δ≈0。
（3）基本相1）、液相（L）：Fe、C的液溶体。
2）、δ相：C溶于δ-Fe中的间隙固溶体，存在于高温，又称δ铁C max%=0.09%。
3）、γ相：C溶于γ-Fe中的间隙固溶体，称奥氏体。
用γ或A表示。
C max%=2.11%。
4）、α相：C溶于α-Fe中的间隙固溶体，称铁素体。
用α或F表示。
C max%=0.0218%。
5）、Fe3C相：它是Fe与C形成的间隙化合物，也叫渗碳体，含碳量为6.69%。
按其来源可分为：Fe3CⅠ：从L 中直接结晶出的Fe3C。
Fe3CⅡ：从A 中沿晶界析出的Fe3C。
Fe3CⅢ：从F 中沿晶界析出的Fe3C。
Fe3C共晶：共晶反应得到的Fe3C。
Fe3C共析：共析反应得到的Fe3C。
他们的本质是一样的，只是形状不同。
（4）Fe-Fe3C相图分析1）点：A Fe的熔点：1538℃ B Fe3C熔点：1227℃J 包晶点； C 共晶点；S 共析点。
E 钢与铁的分界点，含碳量为2.11%。
≤2.11%的铁碳合金为钢，>2.11%的铁碳合金为铁。
2）区：五个单相区：L δ α γ Fe3C七个双相区：L+δ L+γ L+ Fe3C δ+γ α+γ γ+ Fe3C α+ Fe3C3）线：⑤ABCD 液相线⑤AHJECF 固相线⑤三条水平线HJB包晶转变线，在1495℃的恒温下，发生包晶转变：L B+δH1495℃γJ凡含碳量在0.09～0.53%之间的合金，均发生包晶转变。
铁碳相图(有各特征点、线顺序演示画法)
铁碳合金的性能特点
工业纯铁具有较高的磁导率和良好的冷加工性能， 但强度和硬度较低。
钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，同时具有良 好的塑性和韧性。
白口铸铁具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较差。
02 铁碳相图的特征点
CHAPTER
共晶点
总结词
共晶点是铁碳相图中的一个关键点，表 示铁和碳在液态时完全共溶，形成奥氏 体。
控制热处理过程中的相变过程
通过铁碳相图，可以预测和控制热处理过程中铁 碳合金的相变过程和组织转变，以获得所需的组 织和性能。
提高热处理效率和降低能耗
根据铁碳相图，可以优化热处理工艺，提高热处 理效率和降低能耗，节约能源和资源。
谢谢
THANKS
渗碳体的析出点
总结词
渗碳体的析出点是铁碳相图中的另一个特征点，表示渗碳体在不同温度下从液态或奥氏 体中析出的过程。
详细描述
在渗碳体的析出点，渗碳体开始从液态或奥氏体中析出。这个过程是在一定的温度范围 内进行的，温度越高，析出越快。渗碳体的析出对钢铁的性能有重要影响，如硬度、强
度和韧性等。因此，了解渗碳体的析出点对于钢铁材料的研究和生产具有重要意义。
铁碳相图演示
目录
CONTENTS
• 铁碳相图简介 • 铁碳相图简介 • 铁碳相图的特征点 • 铁碳相图的特征线 • 铁碳相图的演示画法 • 铁碳相图的应用
01 铁碳相图简介
CHAPTER
铁碳合金的分类
根据碳含量，铁碳合金可以分为工业 纯铁、钢和白口铸铁三类。
工业纯铁的碳含量最低，一般在 0.02%以下；钢的碳含量在0.02%2.0%之间；白口铸铁的碳含量在2.0% 以上。
表示铁碳合金开始从液态转变为固态的温度 。
铁碳相图
Iron-Carbon Phase DiagramαγδεΨ1.铁素体：Ferrite ---F存在图中GPQ下方，它是碳溶于α-Fe中的固溶体，碳的溶解量很小，在723℃时达到最大值，其质量分数为0.0218%，常温时的质量分数为:0.006%。
特性：强度和硬度较低，塑性和韧性好。
另：碳溶于δ-Fe形成的固溶体，叫δ固溶体，以δ表示，也是铁素体。
2.奥氏体：Austenite --A存在于图GSEJN区域，它是碳溶于γ-Fe中的固溶体。
碳的溶解量随温度的升高而增多，至1148℃时达到最大值，质量分数为：2.11%。
特性：硬度为170~220HBS，伸长率为40%~50%，即硬度较低塑性较高。
3. 渗碳体：Cementite --Fe3C由垂线DN表示，是含碳质量分数为6.67%的铁碳化合物。
特点：硬度高800HBS，脆性大，塑性极低。
4. 珠光体：Pearlite---PA1线；在铁素体上分布着硬脆的渗碳体，形成的组织为珠光体。
Ferrite+Cementite=Pearlite特点：抗拉强度：δ=750MPa，布氏硬度：240HBS，断面收缩率：Ψ=12%~15%；因而珠光体是一种高硬度、强度和韧性的组织。
依据渗碳体的存在形式，可分为片状珠光体和粒状珠光体，含碳量相同的钢材，粒状珠光体比片状珠光体硬度强度低一些，在相同硬度情况下，粒状珠光体的屈服强度、塑性、韧性都比片状珠光体优越。
5. 贝氏体：Bainite当奥氏体过冷到550℃左右至马氏体点（Ms）温度范围时，其转变成的组织成为贝氏体。
可分为上贝氏体和下贝氏体，上贝氏体是过冷奥氏体大约在550~350℃温度范围转变成的，下贝氏体是过冷奥氏体在350℃左右至马氏体点（Ms）之间的温度范围内转变成的。
上贝氏体强度大，脆性大；下贝氏体强度和韧性都比较高。
6. 马氏体：Martensite当奥氏体以大于临界冷却速度冷却，并过冷到Ms点以下时，可转变为马氏体。
铁碳相图ppt课件
Fe3C + α
Fe3CⅡ P
Fe3CⅡ Fe3C共析 α共析 P
组织构成图
F＋Fe3CⅢ Ld′
P
F
F先+P
解释工业纯铁、钢、白口铸铁组织上的主要差别
L+δ
A
δ
HN
1495℃ JB
T G
γ
α+γ
P
0.S77
α 0.0218
铁碳相图
2L.1E1+γ
L L +Fe3C D
4.3 C
1148℃ F
L→γ
γ1.0 →γ0.77 +Fe3CⅡ
γ
P +Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
P
合金⑤ 共晶白口铁
1148℃发生共晶转变 1148 LC γE+ Fe3C
萊氏体 —— Ld
727
室温组织：
变态萊氏体—Ld′(P+ Fe3C ＋Fe3CⅡ)
合金⑥ 亚共晶白口铁
组织构成： P + Ld′
1148
0.77
解度曲线 K GS: 先共析α 6.69 相析出线
0.0008Q
Fe
C%
Fe3C
L+δ
J点―包晶点
A 1495℃
δ
B
L
HN J
L+γ
L +Fe3C D
1495℃ 0.17% C
T
γ
2.1 1E
4.3 C
1148℃ F
C点―共晶点
G α+γ 0.77 PS
α 0.0218
γ +Fe3C
A1 727 ℃
亚共析钢硬度与相构成或碳含量关系： HB≈80×w(F) % + 800×w(Fe3C) %
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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
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％
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
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
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
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
（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’）
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, %
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
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。
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）
(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）。
（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。
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.
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
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
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℃
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。
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%
体上。
➢ 共析钢为100%的P。
➢ 过共析钢当C％>1.0％后Fe3CⅡ呈网状