第四章铁碳合金相图和碳钢
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→ Ld ‘(P+Fe3CII+Fe3CI)+Fe3CI
4.2.2 铁碳合金分类
铁碳合金
工业纯铁 <0.0218%C
钢 0.0218-2.11%C
白口铸铁 (生铁) 2.11-6.பைடு நூலகம்9%C
亚共析钢 0.0218-0.77%C
共析钢 0.77%C
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
2.11-4.3%C 过共晶白口铸铁 4.3%C
45 钢 铁 素 体 和 珠 光 体
4. 过共析钢结晶过程 hypereutectoid steel
L
A+L
(F + Fe3C)
727℃
A
Fe3CII +A
P + Fe3CII
Chapter 4 the iron-carbon alloy phase diagram and carbon steel
第四章 铁碳合金相图和碳钢
Contents
1 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能 2 铁碳合金相图 The iron carbon diagram 3 碳钢
4.1 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能
铁碳相图两组元
(1) 纯铁 Fe
(2) 渗碳体 Fe3C
4.1.1 纯铁及其同素异构转变
(1) 纯铁 Fe
– 熔点：1538℃ – 密度：7.87×103kg/m3 – 性能特点：强度低，硬度低、塑性好
Until 1390 degrees
Up to 910 degrees then Changes to
4.3-6.69%C
过共析钢 0.77-2.11%C
Eutectoid steel：共析钢 Eutectic white iron：共晶白口铁
4.2.3 典型成分的铁碳合金结晶过程及其组织
1. 纯铁的结晶过程
纯铁的结晶过程
室温组织 铁素体 F（ferrite）
A → A+F → F + (Fe3CⅢ) [略]
– 碳在γ-Fe中的间隙固溶体， f.c,c。碳的最大溶解度2.11%。 HB↓, δ↑。
面心立方中的八面体间隙
面心立方中的四面体间隙
3. 渗碳体Fe3C：Cementite (Cm) 4. 珠光体P：Pearlite 共析体 5. 莱氏体Ld：Ledeburite 共晶体
4.2 铁碳合金相图 The iron carbon diagram
铁碳合金的基本相
组元：纯铁、 Fe3C
铁素体 固溶
体 奥氏体
固相 相
金属 化合 渗碳体
物
符号表 示
F
A
Fe3C
概念
碳溶于α－Fe中的 间隙固溶体
碳溶于γ－Fe中的 间隙固溶体
具有复杂晶格的间 隙化合物
性能
具有良好的塑性和韧性，但 强度硬度不高 与溶碳量和晶粒大小有关， 硬度较低而塑性较高，易于 锻压成形
L →L+A →A →A+Fe3CII →A0.77+Fe3CII→P+Fe3CII
共晶转变
eutectic
莱氏体 Ld
– A与 Fe3C 的机械混合物 – 成分：4.3%C – 性能：硬而脆
1148℃
L4.3
(AE2.11+ Fe3C6.69)
莱氏体Ld
Hypoeutectic 亚共晶
Eutectic 共晶
共晶体
3. 渗碳体
Fe3C
Cementite
4. 珠光体 P
(Cm)
Pearlite
共析体
1. 铁素体 F (Ferrite)
碳在α-Fe中的间隙固溶体， b.c,c。C的最大溶解度 0.0218%。σb↓，HB↓，δ↑， αk↑。
体心立方中的八面体间隙
体心立方中的四面体间隙
2. 奥氏体 A (Austenite)
2. Eutectoid steel 共析钢
L
A+L
727℃
A
P 珠光体P：Pearlite
P中的组织特征为铁素体片和渗碳体片层层排列。 F片为亮白，Cm片为暗黑。
珠 光 体
Eutectoid steel：共析钢 珠光体P：Pearlite
3. 亚共析钢结晶过程 hypoeutectoid steel (F + Fe3C)
Hypereutectic 过共晶
•Ld 降温到 727℃时，A→ P，因此：Ld (A+Fe3C) → L’d (P+Fe3C) •低温莱氏体 L’d ：P 和 Fe3C 的机械混合物 （变态莱氏体）
L →A+Fe3CI →A0.77+Fe3CII+Fe3CI→P+Fe3CII+Fe3CI
Ld
Ld’
珠光体 P
珠光体 P
– F与 Fe3C 的机械混合物 – 成分：0.77%C’
– 性能：适中，介于 F 和 Fe3C 之间
Hypoeutectoid 亚共析
Eutectoid 共析
Hypereutectoid 过共析
L →L+A →A →P(F+Fe3C) →P(F+Fe3C)+Fe3CIII
L →L+A →A →F+A →F0.0218+A0.77 →F+P
硬度很高而塑性和韧性几乎 为零，脆性极大
液相
L
基本组织： 单莱珠相 氏 光组 体 体织LP：d：：（（F、FA＋A＋、FFe3eFC3eC3）C）在在共共析晶点点上上得得到到，，具塑有性良韧好性的很力差学，性是能硬而脆的组织
铁－渗碳体相图中铁碳合金的分类
共析转变 eutectoid
A0.77
727℃ (F0.02 + Fe3C6.69)
727℃
L
A+L
A
F初+A
P+F
亮白色块为F，暗黑色块为P。
F初与共析 F的区别： – 生成的温度不同，形态不同 ◘ 随C%提高→ P%升高
20钢
45钢
铁素体 F（Ferrite）+ 珠光体P：Pearlite
F (Ferrite) + P：Pearlite
20钢铁素体和珠光体
45钢铁素体和珠光体
L → L+A→L4.3+A→Ld+A →Ld( A0.77+Fe3CII+Fe3CI )+A0.77+Fe3CII → Ld ‘(P+Fe3CII+Fe3CI)+P+Fe3CII
L → L+Fe3CI→L4.3+Fe3CI→Ld+Fe3CI
→Ld( A0.77+Fe3CII+Fe3CI )+Fe3CI
(2) Fe3C
– 铁与碳的复杂结构化合物，称为渗碳体， Cementite (Cm)
– 机械性能特点：硬而脆 – 硬而脆800HBW, δ↑ = 0, αk=0
4.1.2 铁碳合金的组织结构及其性能
1. 铁素体 F
Ferrite
2. 奥氏体 A
Austenite
5. 莱氏体 Ld
Ledeburite
4.2.2 铁碳合金分类
铁碳合金
工业纯铁 <0.0218%C
钢 0.0218-2.11%C
白口铸铁 (生铁) 2.11-6.பைடு நூலகம்9%C
亚共析钢 0.0218-0.77%C
共析钢 0.77%C
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
2.11-4.3%C 过共晶白口铸铁 4.3%C
45 钢 铁 素 体 和 珠 光 体
4. 过共析钢结晶过程 hypereutectoid steel
L
A+L
(F + Fe3C)
727℃
A
Fe3CII +A
P + Fe3CII
Chapter 4 the iron-carbon alloy phase diagram and carbon steel
第四章 铁碳合金相图和碳钢
Contents
1 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能 2 铁碳合金相图 The iron carbon diagram 3 碳钢
4.1 纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能
铁碳相图两组元
(1) 纯铁 Fe
(2) 渗碳体 Fe3C
4.1.1 纯铁及其同素异构转变
(1) 纯铁 Fe
– 熔点：1538℃ – 密度：7.87×103kg/m3 – 性能特点：强度低，硬度低、塑性好
Until 1390 degrees
Up to 910 degrees then Changes to
4.3-6.69%C
过共析钢 0.77-2.11%C
Eutectoid steel：共析钢 Eutectic white iron：共晶白口铁
4.2.3 典型成分的铁碳合金结晶过程及其组织
1. 纯铁的结晶过程
纯铁的结晶过程
室温组织 铁素体 F（ferrite）
A → A+F → F + (Fe3CⅢ) [略]
– 碳在γ-Fe中的间隙固溶体， f.c,c。碳的最大溶解度2.11%。 HB↓, δ↑。
面心立方中的八面体间隙
面心立方中的四面体间隙
3. 渗碳体Fe3C：Cementite (Cm) 4. 珠光体P：Pearlite 共析体 5. 莱氏体Ld：Ledeburite 共晶体
4.2 铁碳合金相图 The iron carbon diagram
铁碳合金的基本相
组元：纯铁、 Fe3C
铁素体 固溶
体 奥氏体
固相 相
金属 化合 渗碳体
物
符号表 示
F
A
Fe3C
概念
碳溶于α－Fe中的 间隙固溶体
碳溶于γ－Fe中的 间隙固溶体
具有复杂晶格的间 隙化合物
性能
具有良好的塑性和韧性，但 强度硬度不高 与溶碳量和晶粒大小有关， 硬度较低而塑性较高，易于 锻压成形
L →L+A →A →A+Fe3CII →A0.77+Fe3CII→P+Fe3CII
共晶转变
eutectic
莱氏体 Ld
– A与 Fe3C 的机械混合物 – 成分：4.3%C – 性能：硬而脆
1148℃
L4.3
(AE2.11+ Fe3C6.69)
莱氏体Ld
Hypoeutectic 亚共晶
Eutectic 共晶
共晶体
3. 渗碳体
Fe3C
Cementite
4. 珠光体 P
(Cm)
Pearlite
共析体
1. 铁素体 F (Ferrite)
碳在α-Fe中的间隙固溶体， b.c,c。C的最大溶解度 0.0218%。σb↓，HB↓，δ↑， αk↑。
体心立方中的八面体间隙
体心立方中的四面体间隙
2. 奥氏体 A (Austenite)
2. Eutectoid steel 共析钢
L
A+L
727℃
A
P 珠光体P：Pearlite
P中的组织特征为铁素体片和渗碳体片层层排列。 F片为亮白，Cm片为暗黑。
珠 光 体
Eutectoid steel：共析钢 珠光体P：Pearlite
3. 亚共析钢结晶过程 hypoeutectoid steel (F + Fe3C)
Hypereutectic 过共晶
•Ld 降温到 727℃时，A→ P，因此：Ld (A+Fe3C) → L’d (P+Fe3C) •低温莱氏体 L’d ：P 和 Fe3C 的机械混合物 （变态莱氏体）
L →A+Fe3CI →A0.77+Fe3CII+Fe3CI→P+Fe3CII+Fe3CI
Ld
Ld’
珠光体 P
珠光体 P
– F与 Fe3C 的机械混合物 – 成分：0.77%C’
– 性能：适中，介于 F 和 Fe3C 之间
Hypoeutectoid 亚共析
Eutectoid 共析
Hypereutectoid 过共析
L →L+A →A →P(F+Fe3C) →P(F+Fe3C)+Fe3CIII
L →L+A →A →F+A →F0.0218+A0.77 →F+P
硬度很高而塑性和韧性几乎 为零，脆性极大
液相
L
基本组织： 单莱珠相 氏 光组 体 体织LP：d：：（（F、FA＋A＋、FFe3eFC3eC3）C）在在共共析晶点点上上得得到到，，具塑有性良韧好性的很力差学，性是能硬而脆的组织
铁－渗碳体相图中铁碳合金的分类
共析转变 eutectoid
A0.77
727℃ (F0.02 + Fe3C6.69)
727℃
L
A+L
A
F初+A
P+F
亮白色块为F，暗黑色块为P。
F初与共析 F的区别： – 生成的温度不同，形态不同 ◘ 随C%提高→ P%升高
20钢
45钢
铁素体 F（Ferrite）+ 珠光体P：Pearlite
F (Ferrite) + P：Pearlite
20钢铁素体和珠光体
45钢铁素体和珠光体
L → L+A→L4.3+A→Ld+A →Ld( A0.77+Fe3CII+Fe3CI )+A0.77+Fe3CII → Ld ‘(P+Fe3CII+Fe3CI)+P+Fe3CII
L → L+Fe3CI→L4.3+Fe3CI→Ld+Fe3CI
→Ld( A0.77+Fe3CII+Fe3CI )+Fe3CI
(2) Fe3C
– 铁与碳的复杂结构化合物，称为渗碳体， Cementite (Cm)
– 机械性能特点：硬而脆 – 硬而脆800HBW, δ↑ = 0, αk=0
4.1.2 铁碳合金的组织结构及其性能
1. 铁素体 F
Ferrite
2. 奥氏体 A
Austenite
5. 莱氏体 Ld
Ledeburite