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Fe-Fe3C相图

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Fe-Fe3C相图

Fe-Fe3C相图

•铁碳合金在不同温度和含碳量下的平衡组织结构；•钢在热处理时，确定加热温度的一个重要依据。

1.组元2.相区3.重要线段4.重要的点5.组织结构转变1.纯铁2.Fe3C（渗碳体）渗碳体1.复杂正交晶格的金属化合物2.硬而脆液相L奥氏体 或AFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3C高温铁素体液相L高温铁素体δ液相L奥氏体γ或A高温铁素体δ铁素体α或F液相L奥氏体γ或AFe 3C高温铁素体δ铁素体α或FLAFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3Cα+γL+δδ+ γLAFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3Ca bo合金状态处于o 点位置时，包含A+L 两相；A 相成分为a 点对应的成分，液相成分对应于b 点对应的成分；A 相所占比例为ob/ab ，液相比例为oa/ab 。

δF液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJHδF液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B C D FEGSP QKNJH HJB,1495 ℃,包晶反应C含量范围:0.09-0.53%δ0.09% + L 0.53% → A 0.17%δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QK NJH ECF,1148 ℃,共晶反应C含量范围:2.11-6.69%L 4.3% → A 2.11% + Fe 3CδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe3C A B CD FEGSP QKNJH PSK,727 ℃,共析反应C含量范围:0.02-6.69%A 0.77% → F 0.02% + Fe 3C (A 1线)δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJH 液相线ABCDδα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH 固相线 AHJECFδα液相L 奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B CD FEG SP QKNJH ES线,奥氏体的溶解度曲线E点2.11%C (A cm )δα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3C α+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B C D FEG SP QKNJH PQ线,铁素体的溶解度曲线P点0.02%CQ点0.01%Cδα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH GS线,奥氏体析出铁素体线A 3线δα液相LAFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH A 1A 3A cmδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJHδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3C γ+LL+ Fe 3CA B DFEGQKNJH E 点:2.11%C,碳钢和铸铁的分界点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B DFGPQKNJH P点:0.02%C,碳钢和工业纯铁的分界点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFGQK NJH C点:4.3%C,共晶点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B DFGSQKNJH S点:0.77%C,共析点δα液相L奥氏体γ或A Fe 3Cγ+Fe 3C α+Fe 3Cγ+L L+ Fe 3C A BC DF EGSP QKNJ H工业纯铁:C<0.02%）亚共析钢:0.02%<C<0.77% 共析钢:C=0.77% 过共析钢:0.77%<C<2.11%亚共晶白口生铁:2.11%<C<4.3% 共晶白口生铁:C=4.3% 过共晶白口生铁:C>4.3%。

Fe-Fe3C相图

Fe-Fe3C相图

塑性、韧性、硬度介于
α和Fe3C之间。
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B. 两条磁性转变线
①A0线(虚线) : 渗碳体的磁性转变线 ，230℃以上无磁性， 230℃以下铁磁性。 ② MO(A2线）： 铁素体的磁性转变线 。770℃以上无磁性， 770℃以下铁磁体。 A2温度又称居里点。
A0、A1、A2、A3、Acm 线 温度依次升高。
Wc=0.0218～0.77%
▪ 过 共 析 钢 （ hypereutectoid steel）： Wc=0.77～2.11%
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（3）白口铸铁
白 口 铸 铁 （ white cast iron） 是 含 碳 量 在 Wc=2.11～6.69%之间的Fe、C合金。其特点液态合 金结晶时都发生共晶反应，液态时有良好的流动 性，因而铸铁都具有良好的铸造性能。但因共晶 产物是以Fe3C为基的莱氏体组织，所以性能硬、 脆，不能锻造。其断口呈银白色，故称为白口铸 铁。 上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁(生 铁)的理论分界线。
magnetic transformation）。
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纯铁的同素异构转变
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纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
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概念
▪ 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。
▪ 奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间 隙固溶体。
▪ 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 ▪ 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（
F+Fe3c 含碳0.8%） ▪ 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳
4.3%）
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(2) 渗碳体(Fe3C)－A
▪ 渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以 化合物(Fe3C)形式出现的。

Fe-Fe3C相图分析

Fe-Fe3C相图分析

Fe-Fe3C相图分析单相区——5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)——ABCD以上区域δ固溶体区——AHNA奥氏体区(γ)——NJESGN铁素体区(α)——GPQ以左渗碳体区(Fe3C)——DFK直线图5.6-6 Fe-Fe3C相图两相区——7个7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：L+δ——AHJBAL+γ——BJECBL+ Fe3C——DCFDδ+γ——HNJHγ+α——GPSGγ+Fe3C——ESKFCEα+ Fe3C——PQLKSP三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ+γ)共晶线——水平线ECF(L+γ+Fe3C)共析线——水平线PSK(γ+α+Fe3C)相图中一些主要特性点的温度、成分及其意义列于表5.6-1。

表5.6-1 Fe-Fe3C相图中的特性点符号T /℃ C %说明A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液相成分C1148 4.30共晶点D1227 6.67渗碳体的熔点E1148 2.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F1148 6.67渗碳体的成分G9120纯铁α↔γ转变温度H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点K727 6.67渗碳体的成分N13940纯铁γ↔δ转变温度P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q6000.0057600˚C碳在α-F e中的溶解度2007×10-7200˚C碳在α-F e中的溶解度Fe-Fe3C相图包含三个恒温转变：包晶、共晶、共析。

1包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反应式为：式中L0.53——含碳量为0.53%的液相；δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体；γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即奥氏体，是包晶转变的产物。

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。

共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应式为：共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号L d表示。

第一节 Fe-Fe3C合金相图

第一节 Fe-Fe3C合金相图

工 业 纯 铁
共 析 钢
共 晶 白 口 铁
亚共析钢
过共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
（一）工业纯铁——Wc < 0.02%的铁碳合金 的铁碳合金
组织： 或 通常沿晶界析出。 组织：F或F+ Fe3C Ⅲ ，Fe3C Ⅲ 通常沿晶界析出。 性能： 性能：σb 、HBS↓δ 、Ak↑ 晶界
L
γ+L L+Fe3C
中的间隙固溶体， ⑶α相 是碳在 相 是碳在α—Fe中的间隙固溶体， 中的间隙固溶体 呈体心立方晶格。 呈体心立方晶格 。 其中碳的固溶度室 温 时 约 为 0.0008% ， 600℃ 时 为 ℃ 0.0057% ， 在 727℃ 时 为 0.0218% 。 其 ℃ 性能特点是强度低、 硬度低、 性能特点是强度低 、 硬度低 、 塑性好 中的间隙固溶体， ⑷ γ相 是碳在 相 是碳在γ—Fe中的间隙固溶体， 中的间隙固溶体 呈面心立方晶格。 呈面心立方晶格 。 其中碳的固溶度在 α 1148℃时为 ℃时为2.11%。其性能特点是强度 。 较低，硬度不高， 较低，硬度不高，易于塑性变形
§3.1 Fe-Fe3C合金相图 合金相图 本章主要内容 §3.2 碳钢 §3.3 合金钢概述
§3.1 Fe-Fe3C合金相图 合金相图
一、铁碳合金相图 二、铁—碳合金中的组织及其性能 碳合金中的组织及其性能 三、Fe-C合金的分类 Fe四、组织组成物与含碳量关系 五、含碳量与力学性能的关系 六、铁碳相图的应用
δ+L δ δ+γ L L+ γ L+ Fe3C
γ α+γ
α
γ + Fe3C
α + Fe3C
相组成物表示的 表示的Fe-Fe3C相图 以组织组成物和相组成物表示的 相图

Fe-Fe3C相图

Fe-Fe3C相图

Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度。

Ac3：加热时先共析铁素体全部转变成奥氏体的终了温度。

Ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度。

Ms：淬火时马氏体的转变起始温度。

Ac2：没有见到过不清楚。

根据Fe-Fe3C相图，碳钢在缓慢加热或冷却过程中，在PSK线、GS 线和ES线上都要发生组织转变，通常把PSK线称为A1线，GS线称为A3线，ES称为Acm线，而该线上的相变点，相应地用A1点、A3点及Acm点来表示。

A1、A3和Acm都是平衡状态下的相变点。

在实际生产中，钢的加热和冷却速度都比较快，故其相变点在加热时要高于平衡相变点，冷却时要低于平衡相变点，且加热和冷却速度越大，其相变点偏离平衡相变点也越多。

通常将实际加热时的各相变点温度用Ac1、Ac3和Accm表示，冷却时的各相变点温度用Ar1、Ar3和Arcm表示。

注意，实际的相变临界温度不是固定的，一般手册中给出的数据仅供参考。

退火：把钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一段时间，随后在炉中或埋入炉中或导热性较差的介质中，使其缓慢冷却以获得接近平衡状态的稳定的组织。

正火：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，适当保温后，从炉中取出在静止的空气中冷却至室温。

回火：将淬火后的钢加热到Ac1线以下的某一温度，在该温度下保温一定时间（2-4小时），然后取出在空气或油中冷却。

淬火：将钢加热到Ac3或Ac1线以上30-50℃，保温一定时间后，在水或油中快速冷却，以获得马氏体组织。

Fe-Fe3C相图

Fe-Fe3C相图
▪ 目的：提高金属的塑性，降低变形抗力，使 其易于流动成形并获得良好的锻后组织
（6） 石墨（C） 在一些条件下，碳可以以游离态石墨
（graphite） (hcp)稳定相存在。所以石墨 在于Fe—C合金铸铁中也是一个基本相。
3. Fe—Fe3C相图分析
如图为Fe—Fe3C相图 全貌。根据分析围绕三条 水平线可把Fe—Fe3C相 图分解为三个部分考虑： 左上角的包晶部分，右边 的共晶部分，左下角的共 析部分。
magnetic transformation）。
纯铁的同素异构转变
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
概念
▪ 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。
▪ 奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间隙 固溶体。
▪ 渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 ▪ 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物
▪ 成因：由于选择性结晶、溶解度变化、比重 差异和流速不同造成的。
▪ 危害：造成力学性能不均匀和裂纹缺陷
夹杂
▪ 定义：主要是指冶炼时产生的氧化物，硫化 物、硅酸盐等非金属夹杂。
▪ 成因：冶炼产物，及外来夹渣物 ▪ 危害：对热锻过程和锻件质量均有不良影响，
它破坏金属的连续性，在应力的作用下在夹 杂处产生应力集中，引发微裂纹，成为疲劳 源
锻压常识及相关知识Fra bibliotek主要涉及的内容
▪ 绪论 ▪ 锻造用原材料 ▪ 锻造的热规范 ▪ 自由锻主要工序分析 ▪ 锻后热处理 ▪ 性能热处理 ▪ 金属材料的机械性能
绪论
▪ 锻造工艺学及其性质 ▪ 锻造生产的特点及其在国民经济中的作用 ▪ 我国锻造生产的历史，现状及发展趋势 ▪ 锻造生产方法的分类
一、锻造工艺学及其性质

Fe-Fe3C相图

铁碳平衡图铁碳平衡图释义纯铁有两种同素异构体,在912℃以下为体心立方的α－Fe；在912～1394℃为面心立方的γ-Fe;在1394～1538℃(熔点)又呈体心立方结构,即δ－Fe。

当碳溶于α－Fe时形成的固溶体称铁素体(F)、溶于γ-Fe时形成的固溶体称奥氏体(A)，碳含量超过铁的溶解度后，剩余的碳可能以稳定态石墨形式存在，也可能以亚稳态渗碳体(Fe3C)形式存在。

Fe3C有可能分解成铁和石墨稳定相。

但这过程在室温下是极其缓慢的；即使加热到700℃，Fe3C分解成稳定相也需几年(合金中含有硅等促进石墨化元素时,Fe3C稳定性减弱)，石墨虽然在铸铁(2～4％C)中大量存在,但在一般钢(0.03～1.5％C)中却较难形成这种稳定相。

Fe－Fe3C平衡图有重要的意义并得到广泛的应用。

图1中的实线绘出亚稳的 Fe-Fe3C系；虚线和相应的一部分实线表示稳定的Fe-C（石墨）系；平衡图中绝大多数线是根据实验测得的数据绘制的；有些线，如Fe3C的液相线，石墨在奥氏体中溶解度等是由热力学计算得出的。

Fe-Fe3C平衡图由包晶、共晶、共析三个基本反应组成（见相图：基础书28页）。

①在1495℃（HJB线）发生包晶反应,LB+δH匊AJ。

此时液相LB(0.53％C)，δ铁素体δH(0.09％C)，奥氏体AJ(0.17％C)三相共存。

冷凝时反应的结果形成奥氏体。

②在1148℃(ECF线)发生共晶反应,LC匊AE+Fe3C。

此时液相LC(4.30％C)，奥氏体AE（2.11％C）。

渗碳体(6.69％C)三相共存。

冷凝时反应的结果形成了奥氏体与渗碳体的机械混合物，通称为莱氏体。

③在727℃(PSK线)发生共析反应,AS匊FP+Fe3C,此时奥氏体As(0.77％C)，铁素体FP(0.0218％C)，渗碳体(6.69％C)三相共存。

冷却时反应的结果形成铁素体与渗碳体的混合物，通称珠光体。

共析反应温度常标为A1温度。

七章Fe-Fe3C相图ppt课件

晶体结构：具有bcc结构或用A2表示。 含碳量：最大含碳量为－ 727℃时 0.0218% (P点)
性 能：бb、HB低δ、αK 好;
770℃以上为顺磁性，770℃以下为铁磁性。
（2）奥氏体： 定义：碳原子溶入γ-Fe的八面体间隙形成的固溶体。
符号：用“A”或“γ”表示。 晶体结构：具有fcc结构或用A1表示。
L+ δ γ 1 4 9 5 ℃
0 .4 3 0 .0 9
0 .1 7
(四) 同素异晶转变线－GS线（A3线） 加热时由α→γ,冷却时由 γ→α
(五)溶解度曲线－
1.ES线:C在A中的溶解度曲线,E～K之间合金,由1148℃
冷却到727℃时γ→Fe3CⅡ 。 （Acm ） 2.PQ线，C 在α中的溶解度曲线，由α→Fe3CⅢ
(5）当T＜727℃时,α沿着PO线变化又α→Fe3CⅢ-略!
室温组织： P（α＋Fe3C）＋Fe3CⅡ 室温组织组成物相对重量为：
W P6 6 .6 .6 9 9 0 1 ..7 2 7100% 93%,W Fe3cⅡ ＝ 1－ W P7%
P P
T12钢 C％=1.2％
硝酸酒精浸蚀
Fe3CⅡ
T13钢 C％=1.2％
γ 0 .7 7 7 2 7 ℃ （ α 0 .0 2 1 8 ＋ F e 3 C 共 析 ） P
组织为： P+ Fe3CⅡ+ Ld’ （P＋Fe3CⅡ＋Fe3C共晶）
(5）当T＜727℃时,α沿着PO线变化又α→Fe3CⅢ-略! 室温组织为：P＋Fe3CⅡ＋Ld′
Ld′ P P
亚共晶白口铁
P
Fe3CⅡ P＋ Fe3CⅡ ＋L’d
因为很少忽略。
室温组织为: 珠光体 P(α+Fe3C共析)

Fe-Fe3C合金相图

fcc
912℃ α－Fe
bcc
.
2. 铁碳合金中的相
⑴液相L 铁与碳的液溶体。
δ+L
⑵δ相 是碳在δ—Fe中的间隙固溶体，
呈 体 心 立 方 晶 格 ， 在 1394℃ 以 上 存 在 ，δ
δ+ γ
1495℃时溶碳量为0.09%。
⑶α相 是碳在α—Fe中的间隙固溶体，
呈体心立方晶格。其中碳的固溶度室
组织：P＋F 组织特征：随WC% ↑，①P% ↑ ，F% ↓ ；
②F形态由块状→断续网状。
性能特点：随WC% ↑， P% ↑， σb 、HBS ↑， δ 、Ak ↓
F
F
P
P PF
15钢
. 45钢
65钢
在显微分析中常以P与F的面积数量比来 估计亚共析钢的含碳量。
例如，一种未知钢号的碳钢(退火态)，利用金 相法估算此钢的碳含量。
（七）过共晶白口铸铁（4.3% < Wc < 6.69%）
组织：L’d+ Fe3CІ （L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ） 性能：硬而脆。
L’d
Fe3CІ
.
过共晶白口铸铁室温组织
四、组织组成物与含碳量关系（P77）
类别名称
含碳量Wc （%）
工业纯铁
Wc < 0.02
亚共析钢
0.0218 < Wc <0.77
组织：P+ Fe3CⅡ +L’d （L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ） 性能：硬而脆。
AP
Fe3CⅡ
L’d
.
（六）共晶白口铸铁（Wc =4.3%）
室温组织：低温莱氏体（L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ） 高温组织：高温莱氏体（Ld → A+Fe3C ） 性能：硬而脆

Fe--Fe3C合金相图分析

727
0.77
共析点
Q
0
<0.008
碳在α-Fe中的溶解度(也有C%=2.3X10-7的数据)
Fe--Fe3C合金相图的特性线
特性线
说明
AB
δ相的液相线
BC
γ相的液相线
CD
Fe3C的液相线
AH
δ相的固相线
AN
碳在δ相中的溶解度线
JE
γ相的固相线
JN
(δ+γ)相区与γ相区的分界线
GP
碳在α相中的溶解度线(T>A1)
特性点
温度(℃)
碳含量(%)
说明
A
1538
0
纯铁熔点
B
1495
0.53
在包晶转变温度下的液相含碳量
C
1148
4.30
共晶点
D
1227
6.69
渗碳体熔点
E
1148
2.11
碳在γ-Fe中的最大溶解度
F
1148
6.69
共晶转变线与渗碳体成分线的交点
G
912
0
α-Fe←→γ-Fe同素异构转变点(A3)
H
1495
特性点温度碳含量149505311484301227669渗碳体熔点1148211fe中的最大溶解度1148669共晶转变线与渗碳体成分线的交点fefe同素异构转变点a31495009fe中的最大溶解度1495017727669共折转变线与渗碳体成分线的交点fe磁性转变点a2fefe同素异构转变点a4770046铁素体的磁性转变时与之平衡的奥氏体碳含量72700218fe中的最大溶解度727077共析点fe中的溶解度也有c23x107的数据fefe3c合金相图的特性线特性线相的液相线bc相的液相线cdfe3c的液相线ah相中的溶解度线je相的固相线jn相区的分界线gp相中的溶解度线ta1gs亚共析fefe3c合金的上临界点a3es相中的溶解度线过共析fefe3c合金的上临界点aompq相中的溶解度线thjblb三相平衡区ecflcefefe3c共晶转变线lfefe3c三相平衡区psklspfefe3c共晶转变线lfefe3c三相平衡区铁碳合金热处理常用临界温度代号a1发生平衡相变fe3的温度a3在平衡条件下亚共析钢两相平衡的上限温度acm在平衡条件下过共析钢fe3两相平衡的上限温度ac1钢加热时开始形成奥氏体的温度ar1钢由高温冷却时奥氏体开始分解为fe3的温度ac3亚共析钢加热时铁素体全部消失的最低温度ar3亚共析钢由单相奥氏体状态装运时开始发生转变的温度acom过共析钢加热时渗碳体全部消失的最低温度arom过共析钢油单相奥氏体状态冷却时开始发生fe3转变的温度
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共析钢的室温组织
1
2
3
4 5Leabharlann 6Wc=0.20% 亚共析钢的室温组织
Wc=0.40%
1
2
3
4
5
硝酸酒精浸蚀
苦味酸浸蚀
过共析钢的室温组织
1
L+Fe3C
2
3
共晶白口铁的室温组织
1 2
L+Fe3C
3
4
亚共晶白口铁的室温组织
1 2
L+Fe3C
3
4
过共晶白口铁的室温组织
含碳量对平衡状态碳钢机械性能的影响
镇 静 钢
沸 腾 钢
钢锭组织示意图
作业： 1、解释二元共晶转变与二元包晶转变的异同。 2、在C-D二元系中，D组元的熔点比C组元的熔点高， C在D中
没有固溶度。该合金系存在下述恒温反应：
根据以上数据，绘出概略的二元相图。
Fe-Fe3C 相图
本章要求
1、熟练掌握铁碳合
L+Fe3C
金相图、组元及基 本相；
2、铁碳合金的平衡 结晶过程及得到的 组织； 3、含碳量对铁碳合 金组织与性能的影 响。
A N
G
纯铁的冷却曲线
Fe-Fe3C相图（局部）
Fe-Fe3C 相图
1 3 2 4
5 6
7
8
工业纯铁的室温组织
1 2
3
4