铁碳合金相图分析课堂
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课题四铁碳合金相图课件
市场需求的预测
汽车工业需求
随着电动汽车和智能网联汽车的发展，对高性能、轻量化铁碳合 金材料的需求将不断增加。
航空航天需求
随着航空航天技术的进步，对高强度、耐高温的铁碳合金材料的 需求也将不断增长。
基础设施建设需求
随着全球基础设施建设的不断推进，对高强度、耐腐蚀的铁碳合 金材料的需求也将持续增加。
THANKS
化学成分和组织结构等。
数据处理
对实验数据进行整理、分析和处 理，利用数学方法绘制出相图。
图形绘制
将处理后的数据用图形的方式表 示出来，形成铁碳合金相图。
相图的解读
平衡状态
根据相图可以确定不同成分的铁碳合金在不同温度下的平衡状态 ，如单相区、两相区、固溶体区等。
相变规律
相图描述了铁碳合金在不同温度和成分下的相变规律，包括同素异 晶转变、共晶反应和共析反应等。
感谢观看
生产工艺的改进
高效成形技术
01
采用先进的成形工艺，如精密铸造、粉末冶金等，提高铁碳合
金材料的生产效率和产品质量。
节能减排技术
02
在生产过程中引入节能减排技术，降低铁碳合金生产的能耗和
污染物排放，实现绿色制造。
智能化生产
03
利用物联网、大数据等先进技术，实现铁碳合金生产的智能化
和自动化，提高生产效率和产品质量。
相图中的各个区域代表了不同成分 的铁碳合金在不同温度下的平衡状 态，包括液相区、固相区和两相区 。
特性线
特性线是相图中的一些关键温度线 ，如熔点线、共晶点线、共析点线 等，它们对确定合金的平衡状态和 相变过程具有重要意义。
相图的绘制
实验数据
铁碳合金相图的绘制需要大量的 实验数据，包括不同成分的铁碳 合金在不同温度下的物理性质、
第三章 铁碳合金相图
2、有益元素 Mn、Si
锰Mn:随脱氧剂加入。大部分溶于铁素 体中，具有固溶强化效果，少部分形成 合金渗碳体；锰与硫化合成MnS，减轻了 硫的有害作用。碳钢中<0.8%，合金钢中
1.0%- 1.2%。
硅Si:随脱氧剂加入,有较强的固溶强 化作用；可增加钢液流动性。碳钢中 <0.4%
工程材料及热加工基础课件
3、非金属夹杂物的影响
① N：室温下N在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和N在常温放置过程中 以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆, 称时效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N 固定，消除时效倾向。
② O：氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，
易成为疲劳裂纹源。 ③ H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时， 降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压， 形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。
工程材料及热加工基础课件
第五节
碳素钢
碳素钢是指ωc≤2.11%，并含有少量Mn、Si、S、P等杂质元素的铁碳合金。
一、常存杂质元素对碳钢性能的影响（ Mn、Si、S、P）
1、有害元素 S、P 硫S：炼钢时由生铁和燃料带入。在F中的溶解度极小，在钢的晶界处形成低 熔点（985）共晶体FeS→压力加工时熔化→导致钢沿晶界开裂—“热脆”。 钢中要限硫含量：≤0.05% 。 利用：Mn与S形成MnS(1620℃）, 粒状分布在晶内，以利于断屑，改 善切削加工性能。
A+F F P
( F+ Fe3C ) P
Q 0.0218%C Fe
P+F
4.3%C
6.69%C Fe3C
工程材料及热加工基础课件 1、 Fe-Fe3C 相图中的特性点
铁碳相图经典版本讲解
强化作用.
σb :770MPa
δ: 20-35%
硬度: 180HB
ak: 3×105-
4×105J/m2
3. 亚 共 析 钢 的 结 晶 过 程
4. 过 共 析 钢 的 结 晶 过 程
(a) 0.01%C 铁素体 500倍
(b) 0.45%C 铁素体+珠光体
500倍
(c) 0.77%C 珠光体 500倍
P%=A%-Fe3C%=(59.4-13.4)%=46% 相组成物：F、Fe3C
相组成物相对量：
F%=(6.69-3)/6.69×100%=55.2%
Fe3C%=3/6.69 ×100%=44.8%
F+Fe3C
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
(五).Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类
(1) 工业纯铁 [ w(C)≤0.0218%]
(2) 钢
[0.0218%< w(C)≤2.11%]
亚共析钢
0.0218%<w(C)<0.77%
共析钢
w(C) = 0.77%
过共析钢
0.77%<w(C)≤2.11%
(3) 白口铸铁 [2.11%<w(C)<6.69%]
硬度≈80×w(F)+800×w(Fe3C) (HB) 拉伸强度(σb)≈230×w(F)+770×(P) (MPa) 伸长率(δ )≈50×w(F)+20×w(P) (%)
铁碳合金的相图的最全详细讲解
过共晶白口铁组织金相图
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
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。
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。
二.制定热加工工艺方面的应用
§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。
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
（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 )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
铁碳合金的相图的详细讲解 PPT
铁碳合金的相图的详细讲解
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。
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。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
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
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
莱氏体
（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 )
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。
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。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
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
亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron )
过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
莱氏体
（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 )
03课件(铁碳合金及相图)
AECF
GS(A3) GP
1538～ 1148 固相线。是奥氏体结晶终了线并在 ECF发生共晶转变，即Lc AE+Fe3C
912～727 奥氏体转变为铁素体的开始线
912～727 奥氏体转变为铁素体的终了线
ES(Acm) 1148 ～727 碳在奥氏体(γ -Fe)中的溶解度曲线
PQ 727 ～600 碳在铁素体(α -Fe)中的溶解度曲线
2、奥氏体－碳在γ -Fe中固溶体。用符号 “A”表示。
特点－面心立方晶格，碳在γ -Fe中的最 大溶解度在1148 ℃为2.11%，727 ℃降至 0.77%。A塑性好，
利于锻造。
3、渗碳体—铁和碳的化合物，是具有复杂晶 格的化合物。用Fe3C表示。 特点：渗碳体的含碳量为6.69%, 硬度很高， 塑性和韧性几乎为零，脆性极大。常温下钢 中的碳大多都以渗碳体形式存在。
S
727
0.77 共析点AS P (FP+Fe3C)
Q
室温 0.008 室温碳在α-Fe (铁素体)中的溶解度
2、 Fe-Fe3C相图的特性线
简化的Fe-Fe3C相图中主要特性线的意义
特性线 温度/ ℃
物理意义
ACD 1538～1227 液相线。从液态合金中分别结晶出奥 氏体（AC线）和一次渗碳体Fe3CⅠ （CD线）
温度/ ℃
含碳量 /%
物理意义
A
1538
0 纯铁熔点
C
1148
4.30 共晶点，Lc
Ld (AE+Fe3C)
D
1227 6.69 渗碳体熔点(计算值) NhomakorabeaE
1148 2.11 碳在γ-Fe(奥氏体)中的最大溶解度
材料科学基础课件第四章铁碳合金与铁碳相图
第三节 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
①
L+
③(0.09) ②
④
⑥
⑤
⑦
1538C
(0.53) 1495C
(0.17)
L
1394C +
L+
①工业纯铁（wC%＜0.0211184%8）C
②共析钢（(2.1w1)C%＝0.77%）
(4.3)
1227C
L+Fe3C
912C
③亚共析钢铁（wC%＝0.02+1F8e%3C～0.77%）
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.2 铁碳合金相图分析
四、五种形态不同的渗碳体
一次渗碳体（Fe3CⅠ）
在1148C以上从液相中析出的渗碳体，呈粗大片条状。
共晶渗碳体
在1148C通过共晶反应生成的渗碳体，为连续的合金基体。
二次渗碳体（Fe3CⅡ）
在727C～1148C从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状。
共析渗碳体
在727C通过共析反应生成的渗碳体，呈层片状。
三次渗碳体（Fe3CⅢ）
在727C以下从铁素体中析出的渗碳体，呈细小片条状。
特别说明：
5种Fe3C除对铁碳合金性能有不同影响外，本质上并无不同，都 是同一种相，只是显微组织形貌特征不同而已。
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.3铁碳合金的平衡结晶过程及其组织
二、奥氏体（Austenite）
定义：碳溶解在面心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。
奥氏体最大溶碳量（1148C时）为2.11%，727C时溶碳量为 0.77%。
符号： 或 A。 性能：强度和硬度较低，塑性和韧性高。
HB＝170～220， ＝30～50%。 相比铁素体，奥氏体可溶入更多的碳，强度和硬度更高。
铁碳合金相图PPT课件
含碳量增加到0.77%时，珠光体为100%，即共析钢组织。
• 珠光体中的铁素体，称作共析铁素体，渗碳体称作共析渗碳体。室温时，铁 碳计合算金出的亚相共结析构钢只中有铁铁素素体体与和 渗渗 碳碳 体体 的。 含可 量以 ，利 称用 作杠 相杆 的定 相律对在含量F+F：e3C的两相区中
• QF（总）=（6.69－②）/（6.69－0.0218）×100% • QFe3C = 1－ QF（总）
37第四节铁碳合金相图的应用及其局限铁碳合金相图的应用一选材方面的应用对于需要具有良好的塑性韧性的材料如厂房结构冷却塔则可选用铁素体组织多的低碳钢对于要求综合机械性能较高的材料即强硬度塑韧性都较好如轴齿轮则可选用组织是铁素体加珠光体的中碳钢对于需要硬度高耐磨性好的材料时如工具轴承则可选含碳量更高的其组织是珠光体加渗碳体的高碳钢0814
2019/7/31
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三、典型合金结晶过程及室温组织
• 工程上使用的铁碳合金分为工业纯铁，碳钢和铸铁三大类，它们的区别在于含碳量 的不同。含碳量小于0.0218%的，称为工业纯铁；含碳量大于0.0218%而小于2.11% ， 称为碳铁；含碳量大于2.11% 而小于6.69% 的，称为铸铁。
在分析铁碳合金的平衡组织时，按照组织的不同，习惯将碳钢分为共析钢， 亚共析钢，过共析钢；将铸铁分为共晶白口铁，亚共晶白口铁和过共晶白口 铁共六种典型合金，如图2-3所示。
• 当温度降至2点时，合金全部结晶成奥氏体，温度降至2～3点之间时，合 金为单相奥氏体。
• 温度降至3点，即共析点S时，含碳量0.77%的奥氏体在727℃温度下发生共 析反应。从奥氏体中同时析出铁素体F和渗碳体Fe3C，两相所组成的共析 组织即珠光体P。
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• 珠光体中的铁素体，称作共析铁素体，渗碳体称作共析渗碳体。室温时，铁 碳计合算金出的亚相共结析构钢只中有铁铁素素体体与和 渗渗 碳碳 体体 的。 含可 量以 ，利 称用 作杠 相杆 的定 相律对在含量F+F：e3C的两相区中
• QF（总）=（6.69－②）/（6.69－0.0218）×100% • QFe3C = 1－ QF（总）
37第四节铁碳合金相图的应用及其局限铁碳合金相图的应用一选材方面的应用对于需要具有良好的塑性韧性的材料如厂房结构冷却塔则可选用铁素体组织多的低碳钢对于要求综合机械性能较高的材料即强硬度塑韧性都较好如轴齿轮则可选用组织是铁素体加珠光体的中碳钢对于需要硬度高耐磨性好的材料时如工具轴承则可选含碳量更高的其组织是珠光体加渗碳体的高碳钢0814
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三、典型合金结晶过程及室温组织
• 工程上使用的铁碳合金分为工业纯铁，碳钢和铸铁三大类，它们的区别在于含碳量 的不同。含碳量小于0.0218%的，称为工业纯铁；含碳量大于0.0218%而小于2.11% ， 称为碳铁；含碳量大于2.11% 而小于6.69% 的，称为铸铁。
在分析铁碳合金的平衡组织时，按照组织的不同，习惯将碳钢分为共析钢， 亚共析钢，过共析钢；将铸铁分为共晶白口铁，亚共晶白口铁和过共晶白口 铁共六种典型合金，如图2-3所示。
• 当温度降至2点时，合金全部结晶成奥氏体，温度降至2～3点之间时，合 金为单相奥氏体。
• 温度降至3点，即共析点S时，含碳量0.77%的奥氏体在727℃温度下发生共 析反应。从奥氏体中同时析出铁素体F和渗碳体Fe3C，两相所组成的共析 组织即珠光体P。
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铁碳平衡相图详解 ppt课件
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
1.2 以特性点标注的铁碳相图
铁碳平衡相图详解
注：虚线、点划 线的意义——— 尚未准确确定的 数据、磁学转变 线、有序－无序 转变线。
铁碳平衡相图详解
2.4 主要特性点
1）A点 纯铁的熔点，温度1538℃，W(c) =0%；
2）C点 共晶点，温度1148℃，W(c) =4.3% 成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应：
Lc→Ld（AE+Fe3C）； 3）D点
渗碳体熔点，温度1227℃，W(c) =6.69%；
铁碳平衡相图详解
铁碳平衡相图详解
钢铁热处理的温度选取范围在铁碳相图中的位置
铁碳平衡相图详解
总结
铁碳平衡相图是铁碳合金在平衡状态时的组织组成图，图中标注的 所有参数仅仅针对碳钢和铸铁，且不揭示它们的非平衡组织如马氏体、 贝氏体等的转变规律。
合金钢和合金铸铁的平衡状态图由于添加了其它合金元素，与二元 铁碳平衡相图差别很大。
奥氏体中最大溶解度是E点（ W(c) =2.11％），随着温度 的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出 二次渗碳体Fe3CⅡ。 5）GS线
奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通常称为A3线。
铁碳平衡相图详解
续前页
6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度
（727℃）时，将发生共析转变生成珠光体（P）， W(c) ＞0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。
莱氏体是由奥氏体 和渗碳体组成的处于热 力学平衡状态的机械混 合物。系在1148℃恒温 下发生共晶转变的产物， 平均碳含量为4.3%。
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
1.2 以特性点标注的铁碳相图
铁碳平衡相图详解
注：虚线、点划 线的意义——— 尚未准确确定的 数据、磁学转变 线、有序－无序 转变线。
铁碳平衡相图详解
2.4 主要特性点
1）A点 纯铁的熔点，温度1538℃，W(c) =0%；
2）C点 共晶点，温度1148℃，W(c) =4.3% 成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应：
Lc→Ld（AE+Fe3C）； 3）D点
渗碳体熔点，温度1227℃，W(c) =6.69%；
铁碳平衡相图详解
铁碳平衡相图详解
钢铁热处理的温度选取范围在铁碳相图中的位置
铁碳平衡相图详解
总结
铁碳平衡相图是铁碳合金在平衡状态时的组织组成图，图中标注的 所有参数仅仅针对碳钢和铸铁，且不揭示它们的非平衡组织如马氏体、 贝氏体等的转变规律。
合金钢和合金铸铁的平衡状态图由于添加了其它合金元素，与二元 铁碳平衡相图差别很大。
奥氏体中最大溶解度是E点（ W(c) =2.11％），随着温度 的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出 二次渗碳体Fe3CⅡ。 5）GS线
奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通常称为A3线。
铁碳平衡相图详解
续前页
6）PSK水平线 共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度
（727℃）时，将发生共析转变生成珠光体（P）， W(c) ＞0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。
莱氏体是由奥氏体 和渗碳体组成的处于热 力学平衡状态的机械混 合物。系在1148℃恒温 下发生共晶转变的产物， 平均碳含量为4.3%。
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2. 碳在铁中的固溶体
3.
碳与铁通过相互作用可形成 铁素体和奥氏体
两种间隙固溶体以及化合物 渗碳体。
4.
铁素体 是碳原子作为间隙式溶质溶入到体
心立方晶体铁 α-Fe的间隙中形成的间隙式固溶体。
C在α-Fe的溶解度是： G(wt%)＝2.55exp（－
9700/RT ），碳在体心立方中的溶解度十分有限，
5
3. 纯铁的性能与应用
4. 力学性能： σb＝176～274MPa
5.
σ0.2＝98～166MPa
6.
δ＝30～50％，ψ＝70～80％
7.
HB＝50～80
8.
aK＝1.5 ～2MNm/m 2
9. 应 用：主要应用于电子材料，作为铁芯。
6
7.3 碳与铁碳合金中的相
1. 碳的物理化学特性
2.
碳的原子序数是 6，原子量是12.01，密度
4
液相（L） 1538℃ δ-Fe 1394℃γ -Fe 912℃α -Fe
其中： δ-Fe为体心立方晶体结构。 γ-Fe为面心立方晶体结构，此时发生第一次同素异形 转变； γ-Fe面心立方的边长为0.36563nm，最近原子间距为 0.25850nm，原子半径 0.12925nm，四面体间隙的边 长为0.02908nm，八面体间隙边长为 0.05350nm。 α-Fe为体心立方晶体结构，此时发生第二次同素异形 转变； α-Fe体心立方的边长为0.28663nm，最近原子间距为 0.24821nm，原子半径 0.12410nm，四面体间隙的边 长为0.03596nm，八面体间隙边长为 0.01862mm。
奥氏体有较好的塑性，具有顺磁性。常用 A或γ表 示。
渗碳体是铁与碳组成的化合物 Fe3C。 渗碳体具有复杂的斜方晶格，其中 a＝0.4524nm ， b＝0.5089nm ，c＝0.6743nm 。单胞中有 12个Fe原子， 4个碳原子， Fe：C＝3：1。晶胞中每个碳原子周围 有6个铁原子，组成一个三角棱柱，碳原子位于三角 棱柱的中心。含碳为 6.69％。
是2.25g/cm 3。
3.
碳的原子半径为 0.34nm。碳有两种存在
形式：石墨和金刚石，石墨较为广泛。
4.
石墨是由碳原子层组成，层内原子呈正六
边形。层内原子由共价键结合，原子间距为
0.142nm 。层间原子由弱金属键结合，间距为
0.34nm 。
5.
石墨的晶体结构属于六方晶系，其中 a＝
0.46nm ，c＝0.670nm，每个晶胞含有四个原子。 7
第七章 铁 碳 合 金
7.1 概 述 7.2 纯 铁 7.3 碳与铁碳合金中的相 7.4 Fe-Fe3C相图 7.5 Fe-C相图 7.6 铁碳合金成分、组织与性能间的关系 7.7 钢中的杂质
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7.1 概 述
钢铁是铁与碳的合金，各种合金钢也是 在铁与碳的基础上，为了具有某种特殊的性能 而添加一些合金元素。钢铁是目前人类社会中 最重要的金属材料。因此，铁与碳的合金是最 重要的合金。
的性能。
3
7.2 纯 铁
1. 铁元素的化学特性
化学元素铁的原子序数是 26，在第四周期， 属于过渡族，原子量是 55.85，原子轨道是－ 3d64s2。
铁的熔点是 1538℃，汽化温度是 2738℃， 密度为7.87g/cm 3。
2. 纯铁的多形性
从高温到低温，纯铁由液相依次发生了三种 多形性变化：
表示Ⅱ类，无虚线部分表示两者共有，此称为双线铁碳相
图。
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7.4 Fe-Fe3C相图
1. Fe-Fe3C相图
A
1538
H
℃
B1493
℃
J
L
N 1394℃ γ+ L
1154 ℃
C
γ
E 1148 ℃
D
L+C m F
G 910℃
γ＋Cm
M O770℃
αPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱS
738℃ 727℃
K
α ＋Cm
Q
230℃
Fe
1
727℃时，C在α-Fe中的溶解度是 0.022％。
5.
铁素体有与纯铁相同的性能，居里点是
770℃。常用符号： F或α
6.
奥氏体是碳原子作为间隙式溶质溶入到 γ-
Fe中的间隙形成的间隙式固溶体。
8
由于面心立方的八面体间隙较大，因此 γ-Fe的溶碳能 力较高，1147℃时碳在γ-Fe中有最大溶解度， 2.14％。
2
3
4
5
6
Fe3C 11
符 号 温 度/℃ ω（C）/%
说明
A 1538℃ B 1493℃ C 1147℃ D 1227℃ E 1147℃ F 1147℃ G 912℃ H 1493℃
0 0.53 4.30 6.69 2.14 6.69
0 0.09
纯铁的熔点 包晶转变时液态合金的成分
共晶点 渗碳体的熔点 碳在γ-Fe中的最大溶解度 共晶反应生成的渗碳体 α-Fe向γ-Fe转变温度（A3） 碳在δ-Fe中的最大溶解度
在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，
碳才能以石墨的形式存在。
5.
因此，铁碳相图有两类：
6.
Ⅰ 液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡，是紧靠
铁端部分，其中C含量的范围是0～6.69％
7.
Ⅱ 液体、固溶体和石墨之间的稳定平衡，其中C
含量的范围是0～100％。
8.
通常，相图中有虚实两线，实线表示Ⅰ类，虚线
渗碳体具有很高的硬度， HV＝950～1050，而塑 性几乎为零，常温下具有铁磁性，居里点是 230℃， 熔点计算值为 1227℃。
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3. 铁碳合金相图
4.
渗碳体在热力学中上是个亚稳定的相，石墨才是
稳定的相。但在实际中，石墨的表面能很大，形核需要很
高的能垒，一般条件下，碳大多和铁结合成渗碳体，只有
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J 1493℃ 0.16
包晶点
K
727℃ 6.69
共析反应生成的渗碳体
M 770℃
0
纯铁的磁性转变点
N 1394℃
0
γ-Fe向δ-Fe的转变温度（A4）
O
770℃ ～0.5 ω（C）≈0.5％合金的磁性转变温度
P
727℃ 0.022
碳在α-Fe中的最大溶解度
S
727℃ 0.76
共析点（A1）
Q
600℃ 0.0057
600℃时碳在α-Fe中的溶解度
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由上可知，Fe-Fe3C相图中有以下组成部分： 液相线：ABCD 固相线：AHJECF 五个单相区：L，δ，γ，α和Fe3C 七个两相区：L＋ δ，L＋ γ，L＋ Fe3C， δ＋ γ ，
? 铁碳元素在地壳中占41.2％，储量集中， 易于开采，而且易于从矿石中还原成金属；
? 铁碳合金的强韧性配合得好；
2
? 铁碳合金可形成两个同素异构体，多种组织， 性能变化范围宽；
? 776℃以下，具有铁磁性； ? 熔点为1538 ℃，热激活过程可以在不太高的温
度下进行。 ? 可以有意无意地加入其它元素，得到各种各样