铁碳合金的基本组织与状态图

机械混合物：由几个相组成的组织。
例：珠光体：铁素体（间隙固溶体）与渗 碳体（金属化合物）组成的机械混合物。



例：80钢 （含碳0.8%的碳素体）
平衡状态下：粗珠光体或细珠光体或极细 珠光体。
1-5 铁碳合金的基本组织与状态图 1-5-1铁碳合金的基本组织 液态：无限互溶 固态：碳能溶于铁的晶体中，形成间隙 固溶体，和固溶体与Fe3C构成机械混合物。



“三”指三个单项：Ａ（奥氏体）、Ｐ（珠 光体）、Ｌd（莱氏体）。在铁碳合金相图 中，只有三个区域中是单项组织，其中在 7270C以下含碳量为0.77％时，其成分只有 Ｐ（珠光体），11480C以下含碳量为4.3％ 时，其成分只有Ｌd（莱氏体），在这些地 方经常容易漏掉。 “四”指四个含碳量：0.77％、2.11％、4.3 ％、6.69％；
(5)ECF共晶线：金属液态结晶出奥氏体和渗 碳体的机械混合物，莱氏体（Ld）。 (6)PSK、A1共析线：当合金组织冷却到 7270C以下奥氏体（A）全部转成珠光体 （P）。


共析反应(7270C)
P 结晶 L A Fe3C 析出 F Fe3C
共晶反应（1148OC）
Ld
727C
L'd

1-5-3 铁碳状态图上合金的分类及其组织 根据相变特征和室温组织不同，可将铁碳 状态图上的各种合金分为工业纯铁、钢和 白口铸铁三类：
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L L+A
G E A+ Fe3CⅡ 1148℃ C ( A+Fe3C )
D
L+ Fe3CⅠ F
A
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C )
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K Ld’+Fe3CⅠ
S A+F F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F

体心立方晶格的铁存在于9100C以下和 1390～15350C两个温度范围内，故铁素体也 存在于这两个温度范围内。为了区别，将 低温区铁素体称为α铁素体或低温铁素体； 高温区铁素体称为δ铁素体或高温铁素体。 14950C时，碳在δ—Fe中最大溶解度为0.09%。


(二)奥氏体（A）（英国金属学家Austen) 碳溶于γ—Fe（面心立方）中形成间隙固 溶体。由于晶格间的最大空隙比α—Fe大， 溶碳能力较大11480C时为2.11%随温度下 降溶碳量逐渐减小7270C时为0.77%。


“五”指五种温度：15380C，11480C，12270C， 9120C，7270C； 六指六条线： (1)ACD液相线：其以上组织都是液态。





(2)AECF固相线：其以下组织都是固态。
(3)GS、A3线：奥氏体析出铁素体的开始线： 奥氏体析出铁素体

(4)ES、Acm线：溶解度线：奥氏体析出渗 碳体称为二次渗碳体 。




一二三四五六巧记铁碳相图： “一”指一种合金组织渗碳体（ Fe3C ）： 特别需要注意从金属液态直接结晶出渗碳 体称为一次渗碳体（ Fe3C Ⅰ），而从A （奥氏体）中析出渗碳体称为二次渗碳体 （ Fe3C Ⅱ）。很易把两者混淆。 “二”指二个坐标：Ｃ/％、Ｔ／0C；在画 的时候容易忘记这两坐标标注。
渗碳体组织金相图

Fe3C的结构决定了它极硬（可刻画玻璃）、 极脆，是铁碳合金中的硬组元。熔点为 12270C， 无同素异晶转变。



一定条件下（高温、长期保温）渗碳体可 分解： Fe3C → 3Fe +C（石墨）
铁素体和球状石墨
铁素体和团絮状石墨
球墨铸铁的显微组织


(四)珠光体（P） 铁素体与Fe3C形成的混合物。 所有含碳量超过0.02%的合金中，均发 生珠光体转变，影响范围包括任何成分的 铁碳合金，室温下的平衡组织都有珠光体 存在。
奥氏体存在于727～14950C的温度范围， 强度低，塑性好，伸长率为40%，硬度 （HB）为170～220，无铁磁性。

奥氏体组织金相图
(三)渗碳体（Fe3C）
铁与碳形成的具有复杂结构的金属化合物， 含碳量6.69%。铁碳合金中，碳的含量超过碳在 铁中的溶解度时，多余的碳便形成Fe3C。渗碳体 的晶格是复杂斜方晶格，晶格中Fe和C都正离子 化，Fe3C有明显的金属特性，能导电、有金属光 泽。

5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。



1-5-2 Fe—Fe3C状态图 几个概念： 共晶转变：一定成分的液相在一定温度 （恒温）下同时结晶出两个固相的转变。 铁碳相图中C点。 11480C L4.3% → Ld（A 2.11%C +Fe3C ）
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共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒 温下同时析出个新固体的转变。铁碳相图 中S点 7270C A0.77%C → P（F0.0218%C+Fe3C ）
P+Fe3CⅡ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
Fe - Fe3C 相图的分析

五个重要的成份点: P、S、E、C、K。
四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 两个重要转变: 共晶转变反应式、共析转 变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。

(一)铁素体（F） 碳溶于α—Fe（体心立方晶格）中形成间 隙固溶体。
由于体心立方晶格的间隙小，溶碳能力极 差，在7270C时溶碳量为0.0218%，随着温度 的下降溶碳逐渐减小，6000C时为0.0057%， 室温时几乎为零。因此铁素体在室温时性 能几乎与纯铁相同，其强度、硬度不高， 但有良好的塑性与韧度。
4.珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物
。


(五)莱氏体（Ld）（德国学者Ledebur) 奥氏体和Fe3C组成的机械混合物，此反应发生于 含碳量为2.0～6.67%的合金中。莱氏体 （ledeburite） 莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏 体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3 ％。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 为低温莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳 体，所以硬度高，塑性很差