铁碳合金和第四章工业用钢
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共析反应—在一定的温度下，由 一定成分的固相同时析出不同成 分的另外两个固相的反应。
铁碳合金和第四章工业用钢
3）两条固溶线－GS、ES GS：奥氏体冷却过程中
纯金属的结晶过程:
ΔT
铁碳合金和第四章工业用钢
2. 纯金属结晶的冷却曲线：
理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度ΔT
温
过冷度 ΔT = T0 – T1
度
理论结晶温度 To 实际结晶温度T1
理论冷却曲线
结晶平台(是由结晶潜热导致)
实际冷却曲线
o
时间 铁碳合金和第四章工业用钢
3. 结晶的过程:结晶过程.avi
1).形核: 自发晶核－原子自发地聚集在一起，按金属晶体 固有规律排列。 外来晶核－高熔点杂质形成的微小固体质点。
2). 晶核的长大： 晶核长成的晶体叫做晶粒。 晶粒之间的接触面叫晶界。 金属是由许多大小、形状、晶
格排列方向均不相同的晶粒所组 成的多晶体。
铁碳合金和第四章工业用钢
4. 晶粒的粗细对于金属的机械性能的影响: 晶粒细，晶界就多。由于晶界处的晶格排列方向极不
第二章 铁碳合金
固态物质按其原子聚集状态分为
晶体 非晶体
（一）、晶体与非晶体
1、晶体: 原子在空间呈规律性排列 。 有固定的熔点；各向异性。 如: 金刚石、石墨及一切固态 的金属和合金。
2、非晶体: 原子无规则的堆积在一起。 没有固定的熔点；各向同性。 如: 松香、玻璃、沥青等。
所有的金属和合金都是晶体
铁碳合金和第四章工业用钢
（二）、晶格、晶胞、晶格常数 1、晶格 原子排列形成的空间格子称为晶格。
2、晶胞:
晶格中，最基本的几何单元称为晶胞 .
3、晶格常数:
晶胞中各棱边的长度称晶格常数。
o
其大小以 A(埃)来度量
o
1A
=10-8cm
铁碳合金和第四章工业用钢
第二章 铁碳合金
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一 . 金属的结晶 1. 结晶 是原子由无序到有序的排列过程。
912 °C
α - Fe
L
纯铁的同素异晶转变
铁碳合金和第四章工业用钢
第二节 铁碳合金的基本组织
一、固溶体 溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属
晶体称固溶体。
固溶体分类
间隙固溶体 置换固溶体
铁碳合金中的固溶体
铁碳合金和第四章工业用钢
置换固溶体
固溶体的晶格发生 畸变，使塑性变形阻 力增加，使固溶体的 强度、硬度有所增加。 称为固溶强化。
三. 纯铁的同素异晶转变
纯铁在1538℃以上为液态 在1538℃~1394℃ δ－Fe 体心立方晶格 在1394℃~912 ℃ γ－Fe 面心立方晶格 在912 ℃以下 α－Fe 体心立方晶格 随着温度的改变，固态金属的晶格也随之 改变的现象称为同素异晶转变。
纯铁的同素异晶转变反应式:
γ - Fe
相─化学成分，晶格构造和物理性能相同的均匀组 成部分。
铁碳合金和第四章工业用钢
2、Fe –C合金状态图的特性分析
1) 共晶线—ECF
（C点—共晶点）
共晶反应式:
1148℃
Lc
Ld( A + Fe3C )
说明：含2.11%~6.69%C的
Fe –C合金都将在1148℃时发生 莱氏体转变，即共晶反变。
727℃以上为高温Ld ← （A+Fe3C）； 727℃以下为低温Ld’← （ P+Fe3C ）； 力学性能与 Fe3C 相似，硬而脆。
铁碳合金和第四章工业用钢
第三节 铁碳合金状态图
铁碳合金是由铁与碳两种主要元素组成的合金，是工业上 应用最广泛的金属材料。
一、铁碳合金的五种基本组织：
1. 铁素体 ( F )
1. 铁碳合金中的固溶体—铁素体组织(F)
碳（C）溶入α-Fe中所形成的固溶体→铁素体（F） 600℃ 0.006%C 727℃ 0.0218%C 力学性能：σb ≈ 250MPa；
δ= 45%~50%； 80 HBS 。
2.铁碳合金中的固溶体—奥氏体(A) 碳（C）溶入γ-Fe中所形成的固溶体→奥氏体（A）
一致，犬牙交错，互相咬合，从而加强了金属的结合力， 金属的晶粒越细小，其力学性能越好。
５. 细化晶粒的方法： 1) 提高冷却速度，以增加晶核的数目。
晶核形成速率比晶粒长大的速率快，使晶核数量相对 增多。 2) 变质处理：在金属结晶时，加入某些变质剂，造成外来
晶核，使形核数目增加。wk.baidu.com
3) 机械的振动、热处理、塑性加工等方法。
1148℃ 2.11%C 727℃ 0.77%℃ 力学性能： σb = 250 ~ 350MPa； HBS= 160~200； δ= 40%~45%。
铁碳合金和第四章工业用钢
二、金属化合物 如: 铁碳合金中的渗碳体( Fe3C ) 3Fe + C = Fe3C
性能 ： 硬而脆，但塑性、韧性低。 HB=800； δ≈0%
共晶反应 — 在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶 出一定成分的两个固相的反应。
铁碳合金和第四章工业用钢
2) 共析线－PSK ( A 1 ) （S点－共析点） 共析反应式：
A s 727℃ P( F + Fe3C )
说明：含0.0218%~2.11%C的 Fe –C合金都将在727℃时发生 珠光体转变，即共析反变。
在一定条件下可发生分解
（石 墨）
渗碳体
铁碳合金和第四章工业用钢
三．机械混合物
１．珠光体 P ← （F+Fe 3C） 成分： C ＝0.77 %
力学性能良好：
σb ≈ 750MPa ；
δ=20 %～25% ； αk = 30～40 （J/cm2）。
白色F基体中嵌入黑片状Fe 3C
２．莱氏体（Ld， 4.3%C ）
铁碳合金和第四章工业用钢
二.纯铁的晶体结构 1、体心立方晶格
在晶胞的中心和八个顶角上各有 一个原子。
α-铁（温度在912℃以下的纯铁）
较好的塑性。
2、面心立方晶格 在晶胞的每个顶角上和晶胞的
六个面的中心都排一个原子. γ-铁（温度在1394~912℃之间 的纯铁）
塑性很好。
铁碳合金和第四章工业用钢
2.奥氏体 ( A )
3. 渗碳体 ( Fe3C )
4. 珠光体 ( P )
5. 莱氏体 ( Ld )
铁碳合金和第四章工业用钢
二、铁碳合金状态图:
铁碳合金和第四章工业用钢
1、 Fe –C合金状态图的构成
1) 两条水平线： ECF（1148℃） PSK（727℃）
2) 4个基本相： 液相(L)； 奥氏体相(A)； 铁素体相(F)； 渗碳体相( Fe 3C)。
铁碳合金和第四章工业用钢
3）两条固溶线－GS、ES GS：奥氏体冷却过程中
纯金属的结晶过程:
ΔT
铁碳合金和第四章工业用钢
2. 纯金属结晶的冷却曲线：
理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度ΔT
温
过冷度 ΔT = T0 – T1
度
理论结晶温度 To 实际结晶温度T1
理论冷却曲线
结晶平台(是由结晶潜热导致)
实际冷却曲线
o
时间 铁碳合金和第四章工业用钢
3. 结晶的过程:结晶过程.avi
1).形核: 自发晶核－原子自发地聚集在一起，按金属晶体 固有规律排列。 外来晶核－高熔点杂质形成的微小固体质点。
2). 晶核的长大： 晶核长成的晶体叫做晶粒。 晶粒之间的接触面叫晶界。 金属是由许多大小、形状、晶
格排列方向均不相同的晶粒所组 成的多晶体。
铁碳合金和第四章工业用钢
4. 晶粒的粗细对于金属的机械性能的影响: 晶粒细，晶界就多。由于晶界处的晶格排列方向极不
第二章 铁碳合金
固态物质按其原子聚集状态分为
晶体 非晶体
（一）、晶体与非晶体
1、晶体: 原子在空间呈规律性排列 。 有固定的熔点；各向异性。 如: 金刚石、石墨及一切固态 的金属和合金。
2、非晶体: 原子无规则的堆积在一起。 没有固定的熔点；各向同性。 如: 松香、玻璃、沥青等。
所有的金属和合金都是晶体
铁碳合金和第四章工业用钢
（二）、晶格、晶胞、晶格常数 1、晶格 原子排列形成的空间格子称为晶格。
2、晶胞:
晶格中，最基本的几何单元称为晶胞 .
3、晶格常数:
晶胞中各棱边的长度称晶格常数。
o
其大小以 A(埃)来度量
o
1A
=10-8cm
铁碳合金和第四章工业用钢
第二章 铁碳合金
第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一 . 金属的结晶 1. 结晶 是原子由无序到有序的排列过程。
912 °C
α - Fe
L
纯铁的同素异晶转变
铁碳合金和第四章工业用钢
第二节 铁碳合金的基本组织
一、固溶体 溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属
晶体称固溶体。
固溶体分类
间隙固溶体 置换固溶体
铁碳合金中的固溶体
铁碳合金和第四章工业用钢
置换固溶体
固溶体的晶格发生 畸变，使塑性变形阻 力增加，使固溶体的 强度、硬度有所增加。 称为固溶强化。
三. 纯铁的同素异晶转变
纯铁在1538℃以上为液态 在1538℃~1394℃ δ－Fe 体心立方晶格 在1394℃~912 ℃ γ－Fe 面心立方晶格 在912 ℃以下 α－Fe 体心立方晶格 随着温度的改变，固态金属的晶格也随之 改变的现象称为同素异晶转变。
纯铁的同素异晶转变反应式:
γ - Fe
相─化学成分，晶格构造和物理性能相同的均匀组 成部分。
铁碳合金和第四章工业用钢
2、Fe –C合金状态图的特性分析
1) 共晶线—ECF
（C点—共晶点）
共晶反应式:
1148℃
Lc
Ld( A + Fe3C )
说明：含2.11%~6.69%C的
Fe –C合金都将在1148℃时发生 莱氏体转变，即共晶反变。
727℃以上为高温Ld ← （A+Fe3C）； 727℃以下为低温Ld’← （ P+Fe3C ）； 力学性能与 Fe3C 相似，硬而脆。
铁碳合金和第四章工业用钢
第三节 铁碳合金状态图
铁碳合金是由铁与碳两种主要元素组成的合金，是工业上 应用最广泛的金属材料。
一、铁碳合金的五种基本组织：
1. 铁素体 ( F )
1. 铁碳合金中的固溶体—铁素体组织(F)
碳（C）溶入α-Fe中所形成的固溶体→铁素体（F） 600℃ 0.006%C 727℃ 0.0218%C 力学性能：σb ≈ 250MPa；
δ= 45%~50%； 80 HBS 。
2.铁碳合金中的固溶体—奥氏体(A) 碳（C）溶入γ-Fe中所形成的固溶体→奥氏体（A）
一致，犬牙交错，互相咬合，从而加强了金属的结合力， 金属的晶粒越细小，其力学性能越好。
５. 细化晶粒的方法： 1) 提高冷却速度，以增加晶核的数目。
晶核形成速率比晶粒长大的速率快，使晶核数量相对 增多。 2) 变质处理：在金属结晶时，加入某些变质剂，造成外来
晶核，使形核数目增加。wk.baidu.com
3) 机械的振动、热处理、塑性加工等方法。
1148℃ 2.11%C 727℃ 0.77%℃ 力学性能： σb = 250 ~ 350MPa； HBS= 160~200； δ= 40%~45%。
铁碳合金和第四章工业用钢
二、金属化合物 如: 铁碳合金中的渗碳体( Fe3C ) 3Fe + C = Fe3C
性能 ： 硬而脆，但塑性、韧性低。 HB=800； δ≈0%
共晶反应 — 在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶 出一定成分的两个固相的反应。
铁碳合金和第四章工业用钢
2) 共析线－PSK ( A 1 ) （S点－共析点） 共析反应式：
A s 727℃ P( F + Fe3C )
说明：含0.0218%~2.11%C的 Fe –C合金都将在727℃时发生 珠光体转变，即共析反变。
在一定条件下可发生分解
（石 墨）
渗碳体
铁碳合金和第四章工业用钢
三．机械混合物
１．珠光体 P ← （F+Fe 3C） 成分： C ＝0.77 %
力学性能良好：
σb ≈ 750MPa ；
δ=20 %～25% ； αk = 30～40 （J/cm2）。
白色F基体中嵌入黑片状Fe 3C
２．莱氏体（Ld， 4.3%C ）
铁碳合金和第四章工业用钢
二.纯铁的晶体结构 1、体心立方晶格
在晶胞的中心和八个顶角上各有 一个原子。
α-铁（温度在912℃以下的纯铁）
较好的塑性。
2、面心立方晶格 在晶胞的每个顶角上和晶胞的
六个面的中心都排一个原子. γ-铁（温度在1394~912℃之间 的纯铁）
塑性很好。
铁碳合金和第四章工业用钢
2.奥氏体 ( A )
3. 渗碳体 ( Fe3C )
4. 珠光体 ( P )
5. 莱氏体 ( Ld )
铁碳合金和第四章工业用钢
二、铁碳合金状态图:
铁碳合金和第四章工业用钢
1、 Fe –C合金状态图的构成
1) 两条水平线： ECF（1148℃） PSK（727℃）
2) 4个基本相： 液相(L)； 奥氏体相(A)； 铁素体相(F)； 渗碳体相( Fe 3C)。