铁碳相图
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6.69 Fe3C的成分
F
1148
G
912
0
α与γ同素异 构转变点(A3)
图 铁碳相图
铁碳相图中的特征点（续）
符 温度 含碳 含义 号 /℃ 量/% H 1495 J 1495 K 1148 N 1394 0.09 0.17 6.69 0 碳在δ-Fe中的最大 溶解度 包晶点 Fe3C的成分 γ与δ同素异构转 变点(A4)
金其含碳量一般不超过5%，所以先来重点研究Fe-Fe3C相 图也是必要的 。
1.铁碳合金中的组元及相
铁碳相图的组元为纯铁和碳。
铁碳相图中的相有碳在铁中形成的固溶体铁素体（F）、
奥氏体（A）、高温铁素体（δ）和铁与碳形成的间隙化合
物渗碳体（Fe3C）。
（1）纯铁
图 纯铁的同素异构转变
（2）铁的固溶体
P
S
727
727
0.021 碳在α-Fe中的最 8 大溶解度
0.77 共析点
Q 室温 0.000 室温下碳在α-Fe 8 中的溶解度
图 铁碳相图
铁碳相图中的特征线
特性 线 ABC D AHJ ECF HJB ECF GS ES PSK PQ
含
义
铁碳合金的液相线 铁碳合金的固相线 LB+ δ →AJ LC→AE+Fe3C共晶转变线 奥氏体转变为铁素体的开始线 碳在奥氏体中的溶解度线 As→ Fp+Fe3C 共析转变线 碳在铁素体中的溶解度线 图 铁碳相图
在C%<1%时，随含碳量的 增加钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性降低； 当C%>1%后，随含碳量的 增加，钢的硬度增加，但强度、 塑性、韧性降低，这是因为 Fe3CⅡ成连续网状分布，进一步 破坏了铁素体基体之间的连接 作用所造成。
含碳量对碳钢机械性能的影响
思考题
1.如何用简单的方法鉴别低碳钢和铸铁? 2.钢铆钉为什么一般用低碳钢制成? 3.为什么钢适宜用于压力成形,而铸铁适宜用于铸造成形? 4.大家唱的“比铁还硬,比钢还强”能不能改成“比钢还硬, 比铁还强”?
Ld
Ld % P%
Fe3CII
3.0 2.11 100% 40.6% 4.30 2.11
6.69 2.11 (1 40.6%) 46% 6.69 0.77
碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响
含碳量与Fe-Fe3C合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系
1.碳的影响
恒温转变线HJB
LB H J
14950 C
含碳量在0.09%~0.53%之间的合金冷
却到1495℃时，均要发生包晶反应，形
成奥氏体。 含碳量为0.17%的铁碳合金，在包晶 反应终了时，δ相与液相同时耗尽，变 为单相奥氏体。 含碳量为0.09~0.17%的铁碳合金，在 包晶反应终了时，有多余的δ，随后通 过通素异构转变变为奥氏体。 含碳量为0.17~0.53%的铁碳合金，在 包晶反应终了时，有多余的液相，随后
图 渗碳体结构示意图
2.Fe-Fe3C相图分析
图 铁碳相图
铁碳相图中的特征点
符 号 A 温度 /℃ 1538 含碳 含义 量/% 0 纯铁的熔点
B
1495
0.53 包晶转变时 液态合金的 成分
0.43 共晶点 6.69 Fe3C的熔点
C D
1148 1227
E
1148
2.11 碳在 γ-Fe中 的最大溶解 度
图 Fe-P相图
6.氮的影响
图 Fe-N相图
氮在钢中的存在一般认为是有害元素。 N在γ中的最大溶解度在650℃为2.8%N，在α中的最大 溶解度在590℃约为0.1%N,而在室温时的溶解度很小低于 0.001%N，因此将钢由高温快速冷却后，可得到溶氮过饱和 的铁素体。这种溶氮过饱和的铁素体是不稳定的，在室温长 时间放置时N将以Fe4N的形式析出，使钢的强度、硬度升高， 塑性、韧性降低，这种现象称为时效硬化。 为了减轻氮的有害作用，就必须减少钢中的含氮量或加 入Al、V、Nb、Ti等元素，使它们优先形成稳定的氮化物， 以减小氮所造成的时效敏感性。
4.硫的影响
硫在钢中是有害的杂质。 液态时Fe、S能够互溶，固态时 Fe几乎不溶解硫，而与硫形成熔点 为1190℃的化合物FeS。形成的共 晶体（r-Fe+FeS）以离异共晶形式 分布在r-Fe晶界处。 若将含有硫化铁共晶体的钢加 热到轧制、锻造温度时，共晶体熔 化，进行轧制或锻造时，钢将沿晶 界开裂，这种现象称为钢的“热脆” 或“红脆”。
4.4.3 合金铸件的组织与缺陷
铸件从宏观组织来看，可分为激冷晶区、柱状晶区和等 轴晶区。 铸件主要的宏观缺陷有缩孔、缩松、气泡、裂纹、偏析 等。
1.铸锭（件）的三晶区
铸件凝固后宏观组织具有 三个性质、晶体形态不同的 三个区域： 激冷区 柱状晶区 等轴晶区
图 铸锭组织的形成
2.偏析
8.氧的影响
氧在钢中的存在也是有害元素，由于炼钢是一个氧化过 程，氧在钢液中起到去除杂质的积极作用，但在随后的脱氧 过程中不能完全将它除净，氧在钢中的溶解度很小，在 700℃时为0.008%，在500℃时在铁素体中的溶解度 <0.001%。 氧溶入铁素体一般降低钢的强度、塑性和韧性，氧在钢 中主要以氧化物方式存在，如（FeO、Fe203、Fe304、MnO、 SiO2 、Al2O3 等），所以它对钢的性能的影响主要取决于这 些氧化物的性能，数量、大小和分布等。
合金凝固时，随着结晶过程的进行，在液、固相中的溶 质要发生重新分布。在非平衡凝固条件下，凝固速度比较快， 溶质原子来不及重新分布，使得先后结晶的固相中成份不均 匀，这种现象称为偏析。根据产生偏析的范围不同，可分为 宏观偏析和微观偏析。 宏观偏析是大范围的成分不均匀的现象，又称远程偏析。 微观偏析是晶粒尺度范围的成分不均匀现象，又称短程 偏析。
（1）宏观偏析
宏观偏析表现为铸锭(件)从里层到外层或从上到下成份不 均匀。 根据表现形式不同，可分为正偏析、反偏析和比重偏析。
①正常偏析（正偏析）
当平衡分配系数k0＜1的合金以平直界面定向凝固时，沿 着垂直于界面的纵向会产生明显的成份不均匀。先凝固的固 相溶质浓度低于后凝固部分。这种内外成份不均匀的现象是 正常凝固的结果，故称为正常偏析或正偏析。 正常偏析的程度与凝固速度、液体对流以及溶质扩散条 件等因素有关。当凝固速度比较慢，液体对流比较强，溶质 原子能够向液体纵深扩散，使剩余液体中的溶质浓度逐渐升 高。凝固后所产生的正常偏析就比较严重。 在正常偏析程度比较大的情况下，最后凝固的液体溶质 浓度高，有时会形成其它非平衡相。
共析钢凝固过程示意图
（2）亚共析钢
亚共析钢凝固过程示意图
20、45和60钢的室温组织
（3）过共析钢
过共析钢凝固过程示意图
过共析钢光学显微组织照片
（4）共晶白口铸铁
共晶白口铸铁的凝固过程示意图
图 共晶白口铸铁的光学显微组织照片
（5）亚共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁的光学显微组织照片 亚共晶白口铸铁的凝固过程示意图
（6）过共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁的光学显微组织照片 过共晶白口铸铁的凝固过程示意图
按组织分区的铁碳合金相图
A A P A
L
Ld L L'd Fe3CI + L Ld
L
F
+ A
P
Fe3CII
+ A
P
L Ld L'd
+ A
Fe3CII
+ A
L'd P
计算含碳量为3.0%的铁碳合金在室温下下组织组成物的质量 百分比。 2.11 3.0 4.30 L 0.77 2.11 A 6.69 P
7270 C
图 共析钢的室温组织
ES、PQ、GS线
ES线是碳在奥氏体中的溶解度 曲线。含碳量大于0.77%的合金， 从1148℃冷到727℃的过程中，将 自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳 体称为二次渗碳体(Fe3CII)。 PQ线是碳在铁素体中的溶解度 曲线。铁碳合金由727℃冷却到室 温的过程中，铁素体中会有渗碳体 析出，这种渗碳体称为三次渗碳体 (Fe3CIII)。 GS线是冷却过程中，奥氏体向 铁素体转变的开始线；或者说是加 热过程中，铁素体向奥氏体转变的 终了线（具有同素异晶转变的纯金 属，其固溶体也具有同素异晶转变， 但其转变温度有变化）。
2.锰的影响
锰在钢中的存在也属于有益元素，它与氧有较强的亲合 力，具有较好的脱氧能力，在炼钢时作为脱氧剂加入。 另外锰与硫的亲合力很强，在钢液中与硫形成MnS，起 到去硫作用，大大的消除了硫的有害影响。 钢中的含锰量一般为0.25~0.80%，它一部分溶入铁素体 起到固溶强化作用，提高铁素体的强度，锰还可溶入渗碳体 形成合金渗碳体（Fe，Mn）3C，使钢具有较高的强度； 另一部分锰与硫形成MnS，与氧形成MnO，这些非金属 夹杂物大部分进入炉渣。
7.氢的影响
氢在钢中的存在也是有害元素，它是由潮湿的炼钢原料 和炉气而进入钢中的。 氢在钢中的溶解度甚微，但严重的影响钢的性能，氢溶 入铁中形成间隙固溶体，使钢的塑性大大降低，脆性大大升 高，这种现象称为氢脆。 含有较多氢的钢，在加热热轧时溶入，冷却时溶解度降 低，析出的氢结合成氢分子，使钢的塑性大大降低，脆性大 大升高，加上热轧时产生的内应力，当它们的综合作用力大 于钢的时，在钢中就会产生许多微细裂纹如头发丝一样，也 称发裂，这种组织缺陷称为白点。
11480 C
图 共晶白口铸铁平衡组织恒温转变线PSK来自 S P Fe3C
7270 C
珠光体是铁素体和渗碳 体两相的混合物，是共析 反应的产物，用符号“P” 表示。 珠光体是一种双相组织。 一般情况下，两相呈层片 状分布，强度较高、硬度 适中、有一定塑性。
图 铁碳相图
S P Fe3C
晶格类型 铁素体 （F） 奥氏体 （A） 体心立方 最大含碳量 0.0218% 性质 室温下铁素体的性 能与纯铁相似。 奥氏体具有良好的 塑性、韧性和一定 的强度、硬度。
面心立方
2.11%
高温铁素体 体心立方 （δ）
0.09%
（3）渗碳体
渗碳体wc=6.69%，熔点为 1227℃，渗碳体不发生同素 异晶转变；230℃以下时有弱 铁磁性，硬度很高 （950~1050HV），而塑性和 韧性几乎为零。 渗碳体是一个独立的相。 因其性能又脆又硬，没有单 独用它做为组织使用，而是 多与铁素体或奥氏体共同组 成双相组织。
第四部分 铁碳相图和铁碳合金
图 铁碳相图
铁碳相图
铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用 以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体Fe3C和石墨。 现在，我们首先仅研究铁到渗碳体的部分。这不仅简化了我
们对铁-碳二元系的认识难度，而且由于实际使用的金属合
冷却过程中结晶成为奥氏体。
图 铁碳相图
恒温转变线ECF
LC E Fe3C
11480 C
莱氏体（又称高温莱 氏体）共晶反应的产物， 用符号“Ld”表示。 变态莱氏体（又称低温 莱氏体）是由珠光体、二 次渗碳体和共晶渗碳体组 成，用符号“Ld΄”表示。
图 铁碳相图
LC E Fe3C
图 Fe-S相图
5.磷的影响
磷在钢中的存在一般属于 有害元素。 在1049℃时，磷在Fe中的 最大溶解度可达2.55%，在室 温时溶解度仍在1%左右，因 此磷具有较高的固溶强化作 用，使钢的强度、硬度显著 提高，但也使钢的塑性，韧 性剧烈降低，特别是使钢的 脆性转折温度急剧升高，这 种现象称为冷脆。
图 铁碳相图
T℃
1538A
L A L+A E
S P
D 1227
912
G
L＋Fe3C C F 1148 A + Fe3C
F
600 Q 0
727
F+A
K
F
+
Fe3C
Fe 0.0218 0.77
2.11
4.3
Wc / %
简化后的Fe-Fe3C相图
6.69(Fe3C)
2.典型铁碳合金的平衡凝固
（1）共析钢
3.硅的影响
硅在钢中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的亲 合力，具有很好地脱氧能力。在炼钢时作为脱氧剂加入， Si+2FeO=2Fe+SiO2,硅与氧化铁反应生成二氧化硅（SiO2） 非金属夹杂物，一般大部分进入炉渣，消除了FeO的有害作 用。但如果它以夹杂物形式存在于钢中，将影响钢的性能。 碳钢中的含硅量一般Si%≤0.4%，它大部分溶入铁素体， 起固溶强化作用，提高铁素体的强度，而使钢具有较高的强 度。
F
1148
G
912
0
α与γ同素异 构转变点(A3)
图 铁碳相图
铁碳相图中的特征点（续）
符 温度 含碳 含义 号 /℃ 量/% H 1495 J 1495 K 1148 N 1394 0.09 0.17 6.69 0 碳在δ-Fe中的最大 溶解度 包晶点 Fe3C的成分 γ与δ同素异构转 变点(A4)
金其含碳量一般不超过5%，所以先来重点研究Fe-Fe3C相 图也是必要的 。
1.铁碳合金中的组元及相
铁碳相图的组元为纯铁和碳。
铁碳相图中的相有碳在铁中形成的固溶体铁素体（F）、
奥氏体（A）、高温铁素体（δ）和铁与碳形成的间隙化合
物渗碳体（Fe3C）。
（1）纯铁
图 纯铁的同素异构转变
（2）铁的固溶体
P
S
727
727
0.021 碳在α-Fe中的最 8 大溶解度
0.77 共析点
Q 室温 0.000 室温下碳在α-Fe 8 中的溶解度
图 铁碳相图
铁碳相图中的特征线
特性 线 ABC D AHJ ECF HJB ECF GS ES PSK PQ
含
义
铁碳合金的液相线 铁碳合金的固相线 LB+ δ →AJ LC→AE+Fe3C共晶转变线 奥氏体转变为铁素体的开始线 碳在奥氏体中的溶解度线 As→ Fp+Fe3C 共析转变线 碳在铁素体中的溶解度线 图 铁碳相图
在C%<1%时，随含碳量的 增加钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性降低； 当C%>1%后，随含碳量的 增加，钢的硬度增加，但强度、 塑性、韧性降低，这是因为 Fe3CⅡ成连续网状分布，进一步 破坏了铁素体基体之间的连接 作用所造成。
含碳量对碳钢机械性能的影响
思考题
1.如何用简单的方法鉴别低碳钢和铸铁? 2.钢铆钉为什么一般用低碳钢制成? 3.为什么钢适宜用于压力成形,而铸铁适宜用于铸造成形? 4.大家唱的“比铁还硬,比钢还强”能不能改成“比钢还硬, 比铁还强”?
Ld
Ld % P%
Fe3CII
3.0 2.11 100% 40.6% 4.30 2.11
6.69 2.11 (1 40.6%) 46% 6.69 0.77
碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响
含碳量与Fe-Fe3C合金相组成物相对量、组织组成物相对量的关系
1.碳的影响
恒温转变线HJB
LB H J
14950 C
含碳量在0.09%~0.53%之间的合金冷
却到1495℃时，均要发生包晶反应，形
成奥氏体。 含碳量为0.17%的铁碳合金，在包晶 反应终了时，δ相与液相同时耗尽，变 为单相奥氏体。 含碳量为0.09~0.17%的铁碳合金，在 包晶反应终了时，有多余的δ，随后通 过通素异构转变变为奥氏体。 含碳量为0.17~0.53%的铁碳合金，在 包晶反应终了时，有多余的液相，随后
图 渗碳体结构示意图
2.Fe-Fe3C相图分析
图 铁碳相图
铁碳相图中的特征点
符 号 A 温度 /℃ 1538 含碳 含义 量/% 0 纯铁的熔点
B
1495
0.53 包晶转变时 液态合金的 成分
0.43 共晶点 6.69 Fe3C的熔点
C D
1148 1227
E
1148
2.11 碳在 γ-Fe中 的最大溶解 度
图 Fe-P相图
6.氮的影响
图 Fe-N相图
氮在钢中的存在一般认为是有害元素。 N在γ中的最大溶解度在650℃为2.8%N，在α中的最大 溶解度在590℃约为0.1%N,而在室温时的溶解度很小低于 0.001%N，因此将钢由高温快速冷却后，可得到溶氮过饱和 的铁素体。这种溶氮过饱和的铁素体是不稳定的，在室温长 时间放置时N将以Fe4N的形式析出，使钢的强度、硬度升高， 塑性、韧性降低，这种现象称为时效硬化。 为了减轻氮的有害作用，就必须减少钢中的含氮量或加 入Al、V、Nb、Ti等元素，使它们优先形成稳定的氮化物， 以减小氮所造成的时效敏感性。
4.硫的影响
硫在钢中是有害的杂质。 液态时Fe、S能够互溶，固态时 Fe几乎不溶解硫，而与硫形成熔点 为1190℃的化合物FeS。形成的共 晶体（r-Fe+FeS）以离异共晶形式 分布在r-Fe晶界处。 若将含有硫化铁共晶体的钢加 热到轧制、锻造温度时，共晶体熔 化，进行轧制或锻造时，钢将沿晶 界开裂，这种现象称为钢的“热脆” 或“红脆”。
4.4.3 合金铸件的组织与缺陷
铸件从宏观组织来看，可分为激冷晶区、柱状晶区和等 轴晶区。 铸件主要的宏观缺陷有缩孔、缩松、气泡、裂纹、偏析 等。
1.铸锭（件）的三晶区
铸件凝固后宏观组织具有 三个性质、晶体形态不同的 三个区域： 激冷区 柱状晶区 等轴晶区
图 铸锭组织的形成
2.偏析
8.氧的影响
氧在钢中的存在也是有害元素，由于炼钢是一个氧化过 程，氧在钢液中起到去除杂质的积极作用，但在随后的脱氧 过程中不能完全将它除净，氧在钢中的溶解度很小，在 700℃时为0.008%，在500℃时在铁素体中的溶解度 <0.001%。 氧溶入铁素体一般降低钢的强度、塑性和韧性，氧在钢 中主要以氧化物方式存在，如（FeO、Fe203、Fe304、MnO、 SiO2 、Al2O3 等），所以它对钢的性能的影响主要取决于这 些氧化物的性能，数量、大小和分布等。
合金凝固时，随着结晶过程的进行，在液、固相中的溶 质要发生重新分布。在非平衡凝固条件下，凝固速度比较快， 溶质原子来不及重新分布，使得先后结晶的固相中成份不均 匀，这种现象称为偏析。根据产生偏析的范围不同，可分为 宏观偏析和微观偏析。 宏观偏析是大范围的成分不均匀的现象，又称远程偏析。 微观偏析是晶粒尺度范围的成分不均匀现象，又称短程 偏析。
（1）宏观偏析
宏观偏析表现为铸锭(件)从里层到外层或从上到下成份不 均匀。 根据表现形式不同，可分为正偏析、反偏析和比重偏析。
①正常偏析（正偏析）
当平衡分配系数k0＜1的合金以平直界面定向凝固时，沿 着垂直于界面的纵向会产生明显的成份不均匀。先凝固的固 相溶质浓度低于后凝固部分。这种内外成份不均匀的现象是 正常凝固的结果，故称为正常偏析或正偏析。 正常偏析的程度与凝固速度、液体对流以及溶质扩散条 件等因素有关。当凝固速度比较慢，液体对流比较强，溶质 原子能够向液体纵深扩散，使剩余液体中的溶质浓度逐渐升 高。凝固后所产生的正常偏析就比较严重。 在正常偏析程度比较大的情况下，最后凝固的液体溶质 浓度高，有时会形成其它非平衡相。
共析钢凝固过程示意图
（2）亚共析钢
亚共析钢凝固过程示意图
20、45和60钢的室温组织
（3）过共析钢
过共析钢凝固过程示意图
过共析钢光学显微组织照片
（4）共晶白口铸铁
共晶白口铸铁的凝固过程示意图
图 共晶白口铸铁的光学显微组织照片
（5）亚共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁的光学显微组织照片 亚共晶白口铸铁的凝固过程示意图
（6）过共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁的光学显微组织照片 过共晶白口铸铁的凝固过程示意图
按组织分区的铁碳合金相图
A A P A
L
Ld L L'd Fe3CI + L Ld
L
F
+ A
P
Fe3CII
+ A
P
L Ld L'd
+ A
Fe3CII
+ A
L'd P
计算含碳量为3.0%的铁碳合金在室温下下组织组成物的质量 百分比。 2.11 3.0 4.30 L 0.77 2.11 A 6.69 P
7270 C
图 共析钢的室温组织
ES、PQ、GS线
ES线是碳在奥氏体中的溶解度 曲线。含碳量大于0.77%的合金， 从1148℃冷到727℃的过程中，将 自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳 体称为二次渗碳体(Fe3CII)。 PQ线是碳在铁素体中的溶解度 曲线。铁碳合金由727℃冷却到室 温的过程中，铁素体中会有渗碳体 析出，这种渗碳体称为三次渗碳体 (Fe3CIII)。 GS线是冷却过程中，奥氏体向 铁素体转变的开始线；或者说是加 热过程中，铁素体向奥氏体转变的 终了线（具有同素异晶转变的纯金 属，其固溶体也具有同素异晶转变， 但其转变温度有变化）。
2.锰的影响
锰在钢中的存在也属于有益元素，它与氧有较强的亲合 力，具有较好的脱氧能力，在炼钢时作为脱氧剂加入。 另外锰与硫的亲合力很强，在钢液中与硫形成MnS，起 到去硫作用，大大的消除了硫的有害影响。 钢中的含锰量一般为0.25~0.80%，它一部分溶入铁素体 起到固溶强化作用，提高铁素体的强度，锰还可溶入渗碳体 形成合金渗碳体（Fe，Mn）3C，使钢具有较高的强度； 另一部分锰与硫形成MnS，与氧形成MnO，这些非金属 夹杂物大部分进入炉渣。
7.氢的影响
氢在钢中的存在也是有害元素，它是由潮湿的炼钢原料 和炉气而进入钢中的。 氢在钢中的溶解度甚微，但严重的影响钢的性能，氢溶 入铁中形成间隙固溶体，使钢的塑性大大降低，脆性大大升 高，这种现象称为氢脆。 含有较多氢的钢，在加热热轧时溶入，冷却时溶解度降 低，析出的氢结合成氢分子，使钢的塑性大大降低，脆性大 大升高，加上热轧时产生的内应力，当它们的综合作用力大 于钢的时，在钢中就会产生许多微细裂纹如头发丝一样，也 称发裂，这种组织缺陷称为白点。
11480 C
图 共晶白口铸铁平衡组织恒温转变线PSK来自 S P Fe3C
7270 C
珠光体是铁素体和渗碳 体两相的混合物，是共析 反应的产物，用符号“P” 表示。 珠光体是一种双相组织。 一般情况下，两相呈层片 状分布，强度较高、硬度 适中、有一定塑性。
图 铁碳相图
S P Fe3C
晶格类型 铁素体 （F） 奥氏体 （A） 体心立方 最大含碳量 0.0218% 性质 室温下铁素体的性 能与纯铁相似。 奥氏体具有良好的 塑性、韧性和一定 的强度、硬度。
面心立方
2.11%
高温铁素体 体心立方 （δ）
0.09%
（3）渗碳体
渗碳体wc=6.69%，熔点为 1227℃，渗碳体不发生同素 异晶转变；230℃以下时有弱 铁磁性，硬度很高 （950~1050HV），而塑性和 韧性几乎为零。 渗碳体是一个独立的相。 因其性能又脆又硬，没有单 独用它做为组织使用，而是 多与铁素体或奥氏体共同组 成双相组织。
第四部分 铁碳相图和铁碳合金
图 铁碳相图
铁碳相图
铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用 以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体Fe3C和石墨。 现在，我们首先仅研究铁到渗碳体的部分。这不仅简化了我
们对铁-碳二元系的认识难度，而且由于实际使用的金属合
冷却过程中结晶成为奥氏体。
图 铁碳相图
恒温转变线ECF
LC E Fe3C
11480 C
莱氏体（又称高温莱 氏体）共晶反应的产物， 用符号“Ld”表示。 变态莱氏体（又称低温 莱氏体）是由珠光体、二 次渗碳体和共晶渗碳体组 成，用符号“Ld΄”表示。
图 铁碳相图
LC E Fe3C
图 Fe-S相图
5.磷的影响
磷在钢中的存在一般属于 有害元素。 在1049℃时，磷在Fe中的 最大溶解度可达2.55%，在室 温时溶解度仍在1%左右，因 此磷具有较高的固溶强化作 用，使钢的强度、硬度显著 提高，但也使钢的塑性，韧 性剧烈降低，特别是使钢的 脆性转折温度急剧升高，这 种现象称为冷脆。
图 铁碳相图
T℃
1538A
L A L+A E
S P
D 1227
912
G
L＋Fe3C C F 1148 A + Fe3C
F
600 Q 0
727
F+A
K
F
+
Fe3C
Fe 0.0218 0.77
2.11
4.3
Wc / %
简化后的Fe-Fe3C相图
6.69(Fe3C)
2.典型铁碳合金的平衡凝固
（1）共析钢
3.硅的影响
硅在钢中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的亲 合力，具有很好地脱氧能力。在炼钢时作为脱氧剂加入， Si+2FeO=2Fe+SiO2,硅与氧化铁反应生成二氧化硅（SiO2） 非金属夹杂物，一般大部分进入炉渣，消除了FeO的有害作 用。但如果它以夹杂物形式存在于钢中，将影响钢的性能。 碳钢中的含硅量一般Si%≤0.4%，它大部分溶入铁素体， 起固溶强化作用，提高铁素体的强度，而使钢具有较高的强 度。