工程材料 4 铁碳合金相图
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铁碳合金：是以铁和碳为基本组元的合金。一般含碳量 0.0218～2.11%的称为钢，含碳量大于2.11%的称为铸铁。
4.1 铁碳合金的相与基本组织 一、工业纯铁
纯铁 铁是元素周期表中的过渡族元素。常压下熔点为1538℃，密度为 7.87g/cm3。工业生产上不易获得。所谓工业纯铁中亦含有微量杂质(包括碳) 元素。 性能特点是强度低、硬度低、塑性好。 纯铁在常压下的冷却曲线。
① 在727℃有最大溶解度，为0.0218%C；
② 强度和硬度低，韧性塑性好。其力学性能大致为：
σb σ0.2 硬度 180～280MN/m2 100～170 MN/m2 50～80HBS ψ δ ak 70～80% 30～50% 1.8～2.5MJ/m2
2）纯铁（＜0.02%）的性能：
σb σ0.2 硬度 250MN/m2 (MPa) 120MN/m2 80HBS ψ δ 85% 50%
珠光体(P)中F和Fe3C的相量：
SK 6.69 0.77 QF 88.5% QK 6.69 0.0008
QFe3C 100% 88.5% 11.5%
工业纯铁
钢
白口铸铁
二、合金Ⅱ(亚共析钢)
二、合金Ⅱ(亚共析钢)
亚共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、（包晶转变）、固溶体转变、 共析转变
铁碳合金相图
二、 铁碳合金中的相与组织
δ相 （高温铁素体 ） γ相 （奥氏体 A ） α相 （铁素体 F ） Fe3C相（渗碳体 Cem，Cm ） G 石墨
一）铁素体
铁素体是碳在α-Fe中的固溶体，用 符号“F‖表示。 其组织结构与组织形态如图所示。 1）铁素体的特点：
铁素体
1）铁素体的特点：
③ PG和PQ线：碳在F中的溶解度线。
④ MO线（A2）：为F磁性转变温度（770℃）。
区域
相图由以下相区 所组成： 4个单相区、 7个两相区、 3个三相点。
铁碳合金的分类
一般分为三类：
1)工业纯铁（＜0.02% C ）, 室温组织为α固溶体； 2)钢（0.02～2.11％C）, 根据室温组织不同，分为： ① 亚共析钢（＜0.77％C ） ② 共析钢（≈0.77％C） ③ 过共析钢（＞0.77％C） 3)白口铸铁（2.11～6.67％C）,根 据室温组织不同，分为： ① 亚共晶白口铸铁(＜4.3 ％C) ② 共晶白口铸铁（≈4.3 ％C） ③ 过共晶白口铸铁（＞4.3％C）
② 作为杂质时，Si＜0.5%。
3．硫：硫是有害元素。 ① 硫在钢中以FeS形式存在，使钢变脆。
② FeS和Fe能形成低熔点的共晶体，当钢进行轧制时，共晶体融 化，钢材变脆，此现象称为热脆性。
③ 钢中的含硫量应严格控制。 4．磷：磷是有害元素。 ① 磷会使钢的脆性转化温度升高而导致塑性、韧性下降，此现象 称为冷脆性。 ② 磷在钢中溶于铁素体也使钢的强度、硬度显著增加。 ③ 钢中的含磷量应严格控制。
过共析钢中Fe3CⅡ的最大相对量为：
Fe3CⅡ 2.11 0.77 100 % 22.6% 6.69 0.77
相和组织相对量：自行练习含C量1.2%的过共析钢
白口铸铁的结晶
四、合金Ⅳ（共晶白口铸铁） 共晶白口铸铁结晶过程的基本转变： 共晶反应、二次相析出转变、 共析转变 室温组织：为珠光体P+渗碳体Cm
过共析钢 珠光体外面有明显 的网状渗碳体
钢的组织特征
4.2.3 铁碳合金成分、组织、性能间的关系
一、含碳量与平衡组织的关系
二、含碳量与力学性能间的关系
HB： 取决于相及相对量
强度： C%=0.95～1% 时最大
塑性、韧性： 随C%↑而↓
三、含碳量与工艺性能的关系 ①铸造:铸铁的流动性比钢好，共晶成分的合金铸造性能好。
铸铁中 的石墨
三、铁碳合金中的基本组织
单相：
铁素体 F（α） 奥氏体 A（γ） 渗碳体 Fe3C （强化）
铁素体
奥氏体
钢中的 渗碳体
多相： 珠光体 P（F+Fe3C） 莱氏体Le或Ld ：高温莱氏体,Le或Ld（A+Cm） 低温莱氏体,Le＇或Ld＇(P+Cm)
珠光体
莱氏体
F(a)+P
4.2 铁碳合金相图
4.4 碳素钢
4.4.1 杂质元素对碳钢性能的影响 最常见的杂质元素有锰、硅、硫、磷等。 1．锰：锰是有益元素。 ① 锰原子溶于α-Fe中形成置换固溶体。 ② 锰原子溶于渗碳体中形成合金渗碳体。 ③ 锰作为杂质时，一般Mn＜0.8%。
2．硅：硅作为脱氧剂加入钢中。如：FeO+Si→Fe+SiO2
① 硅溶于α-Fe中有一定强化作用。
六、合金Ⅵ（过共晶白口铸铁）
过晶白口铸铁结晶过程的基本转变： 匀晶转变+共晶转变+二次相析出转变+共析转变 室温组织： 一次渗碳体+低温莱氏体
显 微 组 织
主要组织组成物
铁素体
珠光体
钢铁分界线
莱氏体
渗碳体
A
L+
H
温N 度
J
A
B
主要组织组成物
L L+A
A+
D
L+ Fe3C
E S
P A+ Fe3CⅡ
奥氏体
三）渗碳体 渗碳体是铁和碳的化合物，含碳 量为6.67%，用“Fe3C‖或“Cm‖ ―Cem‖(Cementite)表示。 渗碳体的特点： 硬度近800HBW， 塑性几乎为零；一般认为其熔点 1600℃（有的资料介绍其计算值为 1227℃）。
钢中的渗碳体
四）石墨—自由碳 自然界的碳（C）有石墨和金刚石两种形态。 铁碳合金中，铁和碳之间的相互作用复杂，合金中碳的存在形 式：除少量溶入铁形成固溶体外，在不同条件下可以形成 Fe3C 、 Fe2C、FeC等一系列化合物或自由碳－石墨（G）。 自由碳－石墨（G）：铸铁
研制新材料时，铁碳相图可作为材料研制中，预测其组织的基本依据。如碳 钢中加入Mn等元素可改变共析点的位置，可提高组织中珠光体的相对含量，从 而提高钢的硬度和强度。
②在铸造工艺方面的应用 根据相图可以合理确定合金的浇注温度，为制定铸造工艺提供依据。
③在热压力加工（锻造）方面的应用 钢为奥氏体状态的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。 ④在焊接加工方面的应用 在焊接方面，利用相图也可近似分析焊接接头热影响区的组织。 ⑤在热处理工艺方面的应用 Fe-Fe3C相图对于制定热处理工艺有着特别重要意义。如退火、正火、 淬火等热处理工艺的加热温度都是依据相图确定的。这将在后续章节中详细 介绍。 必须指出：一是Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中各相的平衡状态，若 合金中有其他元素，相图将有变化。 二是Fe-Fe3C相图反映的只是平衡条件下铁碳合金中各相的状 态，若冷却（或加热）速度较快，失去了平衡条件，其组织转变就不能只用 相图来分析了。
纯铁具有同素异构转变，可以形成体心 立方和面心立方两种晶格的同素异构体。 同一种元素在不同条件下具有不同的晶 体结构，当温度等外界条件变化时，晶格类 型会发生转变，称为同素异构转变。
碳 自然界的碳（C）有石墨和金刚石两种形态。 铁碳合金中，铁和碳之间的相互作用复杂，合金中碳的存在形 式：除少量溶入铁形成固溶体外，在不同条件下可以形成 Fe3C 、 Fe2C、FeC等一系列化合物或自由碳－石墨（G）。
即低温莱氏体，用符号“Ld＇‖或 “Le＇‖表示。
珠光体
其性能：硬而脆。
渗碳体
Le＇
显 微 组 织
五、合金Ⅴ（亚共晶白口铸铁）
五、合金Ⅴ（亚共晶白口铸铁）
亚共晶白口铸铁结晶过程的基本转变：
匀晶转变、共晶转变、二次相析出 转变、共析转变
室温组织： 珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
显 微 组 织
六、合金Ⅵ（过共晶白口铸铁）
0.77 6.69
6.69 0.45 100 % 94% 6.69 0.0218
Fe3C = 1 - wF = 6% 答：……..
三、合金Ⅲ（过共析钢）
三、合金Ⅲ（过共析钢） 过共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、二次相析出转变、 共析转变
室温组织：珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ
显 微 组 织
4.2.1 相图分析 一、上半部分图形——由液态变为 固态的一次结晶(912℃以上部分)
简化后属于共晶相图
二、下半部分图形——固态下的相变。
1.主要特性点
1.主要特性点
点的符号 A B C D E F G H K P S 温度℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 727 727 727 含碳量% 0.00 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0.00 0.09 6.69 0.0218 0.77 说明 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的浓度 共晶点，LcAE+Fe3C 渗碳体熔点 碳在-Fe中的最大溶解度 渗碳体 -Fe-Fe同素异构转变点 碳在-Fe中的最大溶解度 渗碳体 碳在-Fe中的最大溶解度 共析点
2.特性线 ACD－液相线
2.特性线 AECF：固相线
ECF－共晶线
2.特性线
三条水平线：有重要反应 ① HJB包晶线：发生包晶转变，温度 为1495℃，转变产物为奥氏体。 即：L0.53+δ0.09=A0.17 ② ECF共晶线—发生共晶转变，温度为 1148℃，转变产物为奥氏体和渗碳体的机 械混合物,称为莱氏体，用符号“Ld‖ 或 “Le‖表示。 L4.3= A2.11+Fe3C
因此整个 Fe － C 相图包括 Fe － Fe3C 、 Fe3C － Fe2C 、 Fe2C － FeC 、 FeC－C等部分组成。 鉴于含碳量为6.69%的Fe3C硬而 脆，超过6.69％的铁碳合金没有实用 价值。所以我们研究的铁碳相图， 实际上是Fe和Fe3C二个基本组元组 成的Fe－Fe3C相图或Fe和自由碳组 成的Fe－G相图。
5．其它元素
O 、N、H
4.4.2 碳素钢的分类、钢号及主要用途
一. 碳素钢的分类 碳量小于2.11%的铁碳合金为钢，碳量大于2.11%的铁碳合 金为铸铁。碳钢的分类方法很多主要有以下几种： 1、按碳量分为： ①低碳钢（C≤0.25%） ②中碳钢（0.25%≤C≤0.6%） ③高碳钢（C＞0.6）
两者性能与晶粒大小、杂质含量有关
二）奥氏体 奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体， 用符号“A‖表示。高温奥氏体的显 微组织如图所示。 奥氏体的特点： ① 在1148℃时有最大溶解度2.11%C， 727℃时可固溶0.77%C； ② 其力学性能与含碳量及晶粒大小有 关，一般170～220HBS、δ=40～50%； ③ 形变能力好，形变抗力小。
②焊接:低碳钢好。
③压力加工:低碳钢的可锻性比高碳钢好；加热到呈单相奥氏 体时，便于塑性变形。 ④切削加工:中碳钢好。
4.3 铁碳合金相图的应用
铁碳合金相图在生产实践中具有重 要意义。主要作为钢铁材料选用的参考 和制定铸造、锻造、焊接及热处理等热 加工工艺的重要依据。 ①在选材用方面的应用 铁碳合金相图的应用 铁碳相图表明了铁碳合金组织和 性能随成分的变化规律，这就可以根据零件的使用性能要求来选择合适的材料。
C A+ Fe3C
Le
F
G
F
P
A+F
A+ Fe3wenku.baidu.comⅡ+Le
Le+ Fe3CⅠ
K
F+ Fe3C
P+ Fe3CⅡ Le’ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
Q Fe
P+F
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
P
Le’
共析钢 均匀、没有明显 晶界
钢的组织特征
亚共析钢 珠光体外面有明显 的铁素体相
钢的组织特征
③ PSK共析线—发生共析转变，温度为 727℃，转变产物为铁素体和渗碳体的机 械混合物，称为珠光体，以符号“P‖表示。 A0.77= F0.0218+ Fe3C
2.特性线 三条固态转变线:
① GS线（A3 ）：冷却时不同 成分的A开始析出铁素体F的温 度线，也是加热时F转变为A的 温度线。
② ES线（Acm）：碳在A中的溶解度线。
室温组织：铁素体F+珠光体P
显微组织
相和组织相对量计算：
例：计算含C量0.45%的碳钢，共析转变完成时相、组织相对量。 解： 组织组分为: F、P
0.77 0.45 wF 100 % 43% 0.77 0.0218
P = 1 –wF = 57% 相组分为:
wF
F、 Fe3C
0.0218 0.45
工业纯铁 钢 白口铸铁
4.2.2 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织
钢的结晶过程
一、合金I(共析钢)
一、合金I(共析钢) 共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、共析转变
室温组织：珠光体P ( F+Fe3C ) 显 微 组 织 珠光体:强度较高，塑性、韧性 和硬度介于Fe3C 和 F 之间。 P中F和Fe3C的相量计算：
4.1 铁碳合金的相与基本组织 一、工业纯铁
纯铁 铁是元素周期表中的过渡族元素。常压下熔点为1538℃，密度为 7.87g/cm3。工业生产上不易获得。所谓工业纯铁中亦含有微量杂质(包括碳) 元素。 性能特点是强度低、硬度低、塑性好。 纯铁在常压下的冷却曲线。
① 在727℃有最大溶解度，为0.0218%C；
② 强度和硬度低，韧性塑性好。其力学性能大致为：
σb σ0.2 硬度 180～280MN/m2 100～170 MN/m2 50～80HBS ψ δ ak 70～80% 30～50% 1.8～2.5MJ/m2
2）纯铁（＜0.02%）的性能：
σb σ0.2 硬度 250MN/m2 (MPa) 120MN/m2 80HBS ψ δ 85% 50%
珠光体(P)中F和Fe3C的相量：
SK 6.69 0.77 QF 88.5% QK 6.69 0.0008
QFe3C 100% 88.5% 11.5%
工业纯铁
钢
白口铸铁
二、合金Ⅱ(亚共析钢)
二、合金Ⅱ(亚共析钢)
亚共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、（包晶转变）、固溶体转变、 共析转变
铁碳合金相图
二、 铁碳合金中的相与组织
δ相 （高温铁素体 ） γ相 （奥氏体 A ） α相 （铁素体 F ） Fe3C相（渗碳体 Cem，Cm ） G 石墨
一）铁素体
铁素体是碳在α-Fe中的固溶体，用 符号“F‖表示。 其组织结构与组织形态如图所示。 1）铁素体的特点：
铁素体
1）铁素体的特点：
③ PG和PQ线：碳在F中的溶解度线。
④ MO线（A2）：为F磁性转变温度（770℃）。
区域
相图由以下相区 所组成： 4个单相区、 7个两相区、 3个三相点。
铁碳合金的分类
一般分为三类：
1)工业纯铁（＜0.02% C ）, 室温组织为α固溶体； 2)钢（0.02～2.11％C）, 根据室温组织不同，分为： ① 亚共析钢（＜0.77％C ） ② 共析钢（≈0.77％C） ③ 过共析钢（＞0.77％C） 3)白口铸铁（2.11～6.67％C）,根 据室温组织不同，分为： ① 亚共晶白口铸铁(＜4.3 ％C) ② 共晶白口铸铁（≈4.3 ％C） ③ 过共晶白口铸铁（＞4.3％C）
② 作为杂质时，Si＜0.5%。
3．硫：硫是有害元素。 ① 硫在钢中以FeS形式存在，使钢变脆。
② FeS和Fe能形成低熔点的共晶体，当钢进行轧制时，共晶体融 化，钢材变脆，此现象称为热脆性。
③ 钢中的含硫量应严格控制。 4．磷：磷是有害元素。 ① 磷会使钢的脆性转化温度升高而导致塑性、韧性下降，此现象 称为冷脆性。 ② 磷在钢中溶于铁素体也使钢的强度、硬度显著增加。 ③ 钢中的含磷量应严格控制。
过共析钢中Fe3CⅡ的最大相对量为：
Fe3CⅡ 2.11 0.77 100 % 22.6% 6.69 0.77
相和组织相对量：自行练习含C量1.2%的过共析钢
白口铸铁的结晶
四、合金Ⅳ（共晶白口铸铁） 共晶白口铸铁结晶过程的基本转变： 共晶反应、二次相析出转变、 共析转变 室温组织：为珠光体P+渗碳体Cm
过共析钢 珠光体外面有明显 的网状渗碳体
钢的组织特征
4.2.3 铁碳合金成分、组织、性能间的关系
一、含碳量与平衡组织的关系
二、含碳量与力学性能间的关系
HB： 取决于相及相对量
强度： C%=0.95～1% 时最大
塑性、韧性： 随C%↑而↓
三、含碳量与工艺性能的关系 ①铸造:铸铁的流动性比钢好，共晶成分的合金铸造性能好。
铸铁中 的石墨
三、铁碳合金中的基本组织
单相：
铁素体 F（α） 奥氏体 A（γ） 渗碳体 Fe3C （强化）
铁素体
奥氏体
钢中的 渗碳体
多相： 珠光体 P（F+Fe3C） 莱氏体Le或Ld ：高温莱氏体,Le或Ld（A+Cm） 低温莱氏体,Le＇或Ld＇(P+Cm)
珠光体
莱氏体
F(a)+P
4.2 铁碳合金相图
4.4 碳素钢
4.4.1 杂质元素对碳钢性能的影响 最常见的杂质元素有锰、硅、硫、磷等。 1．锰：锰是有益元素。 ① 锰原子溶于α-Fe中形成置换固溶体。 ② 锰原子溶于渗碳体中形成合金渗碳体。 ③ 锰作为杂质时，一般Mn＜0.8%。
2．硅：硅作为脱氧剂加入钢中。如：FeO+Si→Fe+SiO2
① 硅溶于α-Fe中有一定强化作用。
六、合金Ⅵ（过共晶白口铸铁）
过晶白口铸铁结晶过程的基本转变： 匀晶转变+共晶转变+二次相析出转变+共析转变 室温组织： 一次渗碳体+低温莱氏体
显 微 组 织
主要组织组成物
铁素体
珠光体
钢铁分界线
莱氏体
渗碳体
A
L+
H
温N 度
J
A
B
主要组织组成物
L L+A
A+
D
L+ Fe3C
E S
P A+ Fe3CⅡ
奥氏体
三）渗碳体 渗碳体是铁和碳的化合物，含碳 量为6.67%，用“Fe3C‖或“Cm‖ ―Cem‖(Cementite)表示。 渗碳体的特点： 硬度近800HBW， 塑性几乎为零；一般认为其熔点 1600℃（有的资料介绍其计算值为 1227℃）。
钢中的渗碳体
四）石墨—自由碳 自然界的碳（C）有石墨和金刚石两种形态。 铁碳合金中，铁和碳之间的相互作用复杂，合金中碳的存在形 式：除少量溶入铁形成固溶体外，在不同条件下可以形成 Fe3C 、 Fe2C、FeC等一系列化合物或自由碳－石墨（G）。 自由碳－石墨（G）：铸铁
研制新材料时，铁碳相图可作为材料研制中，预测其组织的基本依据。如碳 钢中加入Mn等元素可改变共析点的位置，可提高组织中珠光体的相对含量，从 而提高钢的硬度和强度。
②在铸造工艺方面的应用 根据相图可以合理确定合金的浇注温度，为制定铸造工艺提供依据。
③在热压力加工（锻造）方面的应用 钢为奥氏体状态的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。 ④在焊接加工方面的应用 在焊接方面，利用相图也可近似分析焊接接头热影响区的组织。 ⑤在热处理工艺方面的应用 Fe-Fe3C相图对于制定热处理工艺有着特别重要意义。如退火、正火、 淬火等热处理工艺的加热温度都是依据相图确定的。这将在后续章节中详细 介绍。 必须指出：一是Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中各相的平衡状态，若 合金中有其他元素，相图将有变化。 二是Fe-Fe3C相图反映的只是平衡条件下铁碳合金中各相的状 态，若冷却（或加热）速度较快，失去了平衡条件，其组织转变就不能只用 相图来分析了。
纯铁具有同素异构转变，可以形成体心 立方和面心立方两种晶格的同素异构体。 同一种元素在不同条件下具有不同的晶 体结构，当温度等外界条件变化时，晶格类 型会发生转变，称为同素异构转变。
碳 自然界的碳（C）有石墨和金刚石两种形态。 铁碳合金中，铁和碳之间的相互作用复杂，合金中碳的存在形 式：除少量溶入铁形成固溶体外，在不同条件下可以形成 Fe3C 、 Fe2C、FeC等一系列化合物或自由碳－石墨（G）。
即低温莱氏体，用符号“Ld＇‖或 “Le＇‖表示。
珠光体
其性能：硬而脆。
渗碳体
Le＇
显 微 组 织
五、合金Ⅴ（亚共晶白口铸铁）
五、合金Ⅴ（亚共晶白口铸铁）
亚共晶白口铸铁结晶过程的基本转变：
匀晶转变、共晶转变、二次相析出 转变、共析转变
室温组织： 珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
显 微 组 织
六、合金Ⅵ（过共晶白口铸铁）
0.77 6.69
6.69 0.45 100 % 94% 6.69 0.0218
Fe3C = 1 - wF = 6% 答：……..
三、合金Ⅲ（过共析钢）
三、合金Ⅲ（过共析钢） 过共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、二次相析出转变、 共析转变
室温组织：珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ
显 微 组 织
4.2.1 相图分析 一、上半部分图形——由液态变为 固态的一次结晶(912℃以上部分)
简化后属于共晶相图
二、下半部分图形——固态下的相变。
1.主要特性点
1.主要特性点
点的符号 A B C D E F G H K P S 温度℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495 727 727 727 含碳量% 0.00 0.53 4.30 6.69 2.11 6.69 0.00 0.09 6.69 0.0218 0.77 说明 纯铁的熔点 包晶反应时液态合金的浓度 共晶点，LcAE+Fe3C 渗碳体熔点 碳在-Fe中的最大溶解度 渗碳体 -Fe-Fe同素异构转变点 碳在-Fe中的最大溶解度 渗碳体 碳在-Fe中的最大溶解度 共析点
2.特性线 ACD－液相线
2.特性线 AECF：固相线
ECF－共晶线
2.特性线
三条水平线：有重要反应 ① HJB包晶线：发生包晶转变，温度 为1495℃，转变产物为奥氏体。 即：L0.53+δ0.09=A0.17 ② ECF共晶线—发生共晶转变，温度为 1148℃，转变产物为奥氏体和渗碳体的机 械混合物,称为莱氏体，用符号“Ld‖ 或 “Le‖表示。 L4.3= A2.11+Fe3C
因此整个 Fe － C 相图包括 Fe － Fe3C 、 Fe3C － Fe2C 、 Fe2C － FeC 、 FeC－C等部分组成。 鉴于含碳量为6.69%的Fe3C硬而 脆，超过6.69％的铁碳合金没有实用 价值。所以我们研究的铁碳相图， 实际上是Fe和Fe3C二个基本组元组 成的Fe－Fe3C相图或Fe和自由碳组 成的Fe－G相图。
5．其它元素
O 、N、H
4.4.2 碳素钢的分类、钢号及主要用途
一. 碳素钢的分类 碳量小于2.11%的铁碳合金为钢，碳量大于2.11%的铁碳合 金为铸铁。碳钢的分类方法很多主要有以下几种： 1、按碳量分为： ①低碳钢（C≤0.25%） ②中碳钢（0.25%≤C≤0.6%） ③高碳钢（C＞0.6）
两者性能与晶粒大小、杂质含量有关
二）奥氏体 奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体， 用符号“A‖表示。高温奥氏体的显 微组织如图所示。 奥氏体的特点： ① 在1148℃时有最大溶解度2.11%C， 727℃时可固溶0.77%C； ② 其力学性能与含碳量及晶粒大小有 关，一般170～220HBS、δ=40～50%； ③ 形变能力好，形变抗力小。
②焊接:低碳钢好。
③压力加工:低碳钢的可锻性比高碳钢好；加热到呈单相奥氏 体时，便于塑性变形。 ④切削加工:中碳钢好。
4.3 铁碳合金相图的应用
铁碳合金相图在生产实践中具有重 要意义。主要作为钢铁材料选用的参考 和制定铸造、锻造、焊接及热处理等热 加工工艺的重要依据。 ①在选材用方面的应用 铁碳合金相图的应用 铁碳相图表明了铁碳合金组织和 性能随成分的变化规律，这就可以根据零件的使用性能要求来选择合适的材料。
C A+ Fe3C
Le
F
G
F
P
A+F
A+ Fe3wenku.baidu.comⅡ+Le
Le+ Fe3CⅠ
K
F+ Fe3C
P+ Fe3CⅡ Le’ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
Q Fe
P+F
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
P
Le’
共析钢 均匀、没有明显 晶界
钢的组织特征
亚共析钢 珠光体外面有明显 的铁素体相
钢的组织特征
③ PSK共析线—发生共析转变，温度为 727℃，转变产物为铁素体和渗碳体的机 械混合物，称为珠光体，以符号“P‖表示。 A0.77= F0.0218+ Fe3C
2.特性线 三条固态转变线:
① GS线（A3 ）：冷却时不同 成分的A开始析出铁素体F的温 度线，也是加热时F转变为A的 温度线。
② ES线（Acm）：碳在A中的溶解度线。
室温组织：铁素体F+珠光体P
显微组织
相和组织相对量计算：
例：计算含C量0.45%的碳钢，共析转变完成时相、组织相对量。 解： 组织组分为: F、P
0.77 0.45 wF 100 % 43% 0.77 0.0218
P = 1 –wF = 57% 相组分为:
wF
F、 Fe3C
0.0218 0.45
工业纯铁 钢 白口铸铁
4.2.2 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织
钢的结晶过程
一、合金I(共析钢)
一、合金I(共析钢) 共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、共析转变
室温组织：珠光体P ( F+Fe3C ) 显 微 组 织 珠光体:强度较高，塑性、韧性 和硬度介于Fe3C 和 F 之间。 P中F和Fe3C的相量计算：