铁碳合金的相图的最全详细讲解
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36
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
37
亚共晶白口铁组织金相图
38
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
39
过共晶白口铁组织金相图
40
Fe - Fe3C 相图的应用
选择材料方面的应用 制定热加工工艺方面的应用
41
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
莱氏体
10
莱氏体 ( Ld )
11
相图的建立
12
相图的建立
名称 熔点 合金1 合金2 合金3 …….. 合金9 合金10 合金11
A金属 高
100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 低 0% 10% 20%
……. 80% 90% 100%
13
热分析法
14
温 度
温
温
度
度
17
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
18
Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe139C
20
(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
4.3%C
6.69%C Fe232C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
23
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
3
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
好，钢材热加工都在 区
进行. 碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
4
奥氏体组织金相图
析转变。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
21
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
D
L+A
E
A
G
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
LdA+Ld+e3CⅡP+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
42
二.制定热加工工艺方面的应用
43
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
44
45
金中主要以Fe3C或石墨的形 式存在。
铸铁中的石墨
6
渗碳体组织金相图
7
⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。
珠光体的组织特点是两 相呈片层相间分布,性能 介于两相之间。
珠光体
8
珠光体 ( P )
9
⑸莱氏体： 与Fe3C的机械混合物
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
1
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时 最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
2
铁素体组织金相图
时间 A 90 70 50 30 B 15
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
16
二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究 铁碳合金最基本的工 具，是研究碳钢和铸 铁的成分、温度、组 织及性能之间关系的 理论基础,是制定热 加工、热处理、冶炼 和铸造等工艺依据.
27
工业纯铁组织金相图
28
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
29
共析钢组织金相图
30
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
31
亚共析钢组织金相图
32
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
33
过共析钢组织金相图
34
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
35
共晶白口铁组织金相图
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
莱氏体
24
25
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
26
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
5
⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零
Fe3C是一个亚稳相，在一定 条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应 对铸铁有重要意义。
钢中的渗碳体
由于碳在-Fe中的溶解度很
小，因而常温下碳在铁碳合
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
37
亚共晶白口铁组织金相图
38
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
39
过共晶白口铁组织金相图
40
Fe - Fe3C 相图的应用
选择材料方面的应用 制定热加工工艺方面的应用
41
一.选择材料方面的应用
1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。
莱氏体
10
莱氏体 ( Ld )
11
相图的建立
12
相图的建立
名称 熔点 合金1 合金2 合金3 …….. 合金9 合金10 合金11
A金属 高
100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 低 0% 10% 20%
……. 80% 90% 100%
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热分析法
14
温 度
温
温
度
度
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含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆， 已无实用价值。
实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
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Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe139C
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(一)铁碳合金状态图中主要点和线的意义
五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
L+ Fe3CⅠ F
Ld+Fe3CⅠ
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe
4.3%C
6.69%C Fe232C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
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⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
3
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
好，钢材热加工都在 区
进行. 碳钢室温组织中无奥氏体。
奥氏体
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奥氏体组织金相图
析转变。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
21
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
D
L+A
E
A
G
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
( A+Fe3C )
LdA+Ld+e3CⅡP+Ld’+Fe3CⅡ Ld’
( P+Fe3C )
2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。
42
二.制定热加工工艺方面的应用
43
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
44
45
金中主要以Fe3C或石墨的形 式存在。
铸铁中的石墨
6
渗碳体组织金相图
7
⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。
珠光体的组织特点是两 相呈片层相间分布,性能 介于两相之间。
珠光体
8
珠光体 ( P )
9
⑸莱氏体： 与Fe3C的机械混合物
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
1
一、铁碳合金的基本组织
⒈ 组元：Fe、 Fe3C ⒉相
⑴ 铁素体：
碳在-Fe中的固溶体称铁素 体, 用F 或 表示。
铁素体
是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727℃时 最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。
铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。
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铁素体组织金相图
时间 A 90 70 50 30 B 15
温
度
L
a
L + S
S
A
ab : 液相线 ab : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
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二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究 铁碳合金最基本的工 具，是研究碳钢和铸 铁的成分、温度、组 织及性能之间关系的 理论基础,是制定热 加工、热处理、冶炼 和铸造等工艺依据.
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工业纯铁组织金相图
28
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
29
共析钢组织金相图
30
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
31
亚共析钢组织金相图
32
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
33
过共析钢组织金相图
34
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
35
共晶白口铁组织金相图
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
莱氏体
24
25
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
共晶白口铁 ( eutectoid white iron )
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
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1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
5
⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。 Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零
Fe3C是一个亚稳相，在一定 条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应 对铸铁有重要意义。
钢中的渗碳体
由于碳在-Fe中的溶解度很
小，因而常温下碳在铁碳合
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 纯组元看待。
含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。