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第4章第二讲 Fe-C合金相图

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材料科学Fe-C合金相图和碳钢

材料科学Fe-C合金相图和碳钢
现代炼钢采取真空冶炼，炉外精炼等方法。
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
二、碳素钢的分类 1、按钢的含碳量分类 １）低碳钢 c ＜0.25％； ２）中碳钢 c = 0.25％-0.60％； ３）高碳钢 c ＞ 0.60％。
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
2、按钢的冶炼质量分类
碳素钢冶炼质量的高低，主要是根据钢中的有 害元素S、P的含量多少来划分的:
一、Fe-C合金的基本组织
1.铁素体 (F)
2.奥氏体 (A)
3.渗碳体（Fe3C） 4.珠光体（P）
莱氏体 (L ) 5.
d
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
1.铁素体 (F) 定义： C在α-Fe中的间隙固溶体。
特点： 晶体结构——bcc
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
铁的溶碳能力决定于晶格中原子间的间隙大 小。只有当晶格中间隙半径与碳原子半径相接近 时，碳原子才能溶入到晶格间隙中去。在727℃ 最大溶碳量为0.0218%。
铁-碳合金相图与碳钢
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
金属材料
黑色金属
有色金属
黑色金属——以铁及铁碳为主的合金
（钢铁与铸铁）
有色金属——其它金属及其合金
（Cu、Al、Ti 等及其合金）
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
§1.铁碳合金的基本组织与性能织、性能 和应用场合也不同。
在铸钢生产中, 碳含量一般规定在0.15-0.6%之间, 因为这个范围内钢的结晶温度区间较小, 因此铸造性 能较好。
材料科学Fe-C合金相图和碳钢
钢处于奥氏体状态时强度较低, 塑性较好, 因此 锻造或轧制选在单相奥氏体区进行。
一般始锻、始轧温度控制在固相线以下 100℃～200℃范围内。

第4章铁碳合金相图

第4章铁碳合金相图

A 1538℃ B 1495℃, 0.53%C
H 1495℃ , 0.09%C
N 1394℃
J 1495℃ , 0.17%C
E 1148℃ , 2.11%C
4）wC0.53％~2.11％合金，按匀晶转变凝固后，组织为单相奥氏体。 ） ％ ％合金，按匀晶转变凝固后，组织为单相奥氏体。
A 1538℃ B 1495℃, 0.53%C
2. ES线 线 ES线：碳在 线 奥氏体中的 溶解度曲线. 溶解度曲线 ES线是二次 线是二次 渗碳体的开 始析出线 →ACm线。
3. PQ线 线 PQ线：碳在铁素体 线 中的溶解度曲线。 中的溶解度曲线。
当铁素体从727℃冷 ℃ 当铁素体从 却下来时， 却下来时，要从铁 素体中析出渗碳体， 素体中析出渗碳体， 称之为三次渗碳体， 称之为三次渗碳体， 记为Fe 记为 3CⅢ。
莱氏体：共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物， 表示。 莱氏体：共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物，以符号Ld表示。 进行共晶转变的合金成分范围： 2.11％~6.69％ 进行共晶转变的合金成分范围：wC2.11％~6.69％ 莱氏体组织形态：颗粒状奥氏体分布在呈连续分布的渗碳体基底上。 莱氏体组织形态：颗粒状奥氏体分布在呈连续分布的渗碳体基底上。 莱氏体的力学性能： 莱氏体的力学性能：塑性很差
五、三条重要的特性曲线
1. GS线 线 GS线→A3线 线 冷却:奥氏体析出铁 冷却 奥氏体析出铁 素体开始线 加热:铁素体溶入奥 加热 铁素体溶入奥 氏体终了线。 氏体终了线。 GS线由 点(A3点)演 线由G点 线由 演 变而来， 变而来，随着含碳 量的增加， 量的增加，使奥氏 体向铁素体的同素 异晶转变温度逐渐 下降，从而由A 下降，从而由 3点 变成了A 变成了 3线。

第4章 铁碳合金相图与碳钢

第4章 铁碳合金相图与碳钢

1227
(I)
亚共析钢
过共析钢
工业纯铁
共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
共晶白口铁
0.02% 0.40% 0.77% 1.2%
2.11%
3.0% 4.3%
5.0%
1227
(I)
0.01%
1227
(I)
(1)工业纯铁（C＝0.01%）： L→L+δ →δ →δ +A→A→A+F→F→F+Fe3CⅢ
WF= （6.69-0.01） /6.69=99.85%
L+Fe3C
6.69
莱氏体( Ld)-奥氏体和渗碳体混合物 珠光体（P）-铁素体和渗碳体层片 状混合物
区的意义：
1495
（1）单相区：L、δ 、A、F；
（2）两相区：L+δ 、L+A、
L+Fe3CⅠ、δ +A、A+F、A+Fe3C F+Fe3C （3）三相共存点：
J点：(L+δ +A)
C点：（L+A+ Fe3C）； S点：（A+F+ Fe3C）；
4.3%
1227
(I)
共晶白口铁（C＝4.3%） L→Ld→Ld′
相组成：WF=(6.69-4.3)/6.69 =35.7% 组织组成：Ld’=100%
5.0%
1227
(I)
过共晶白口铁（C＝5.0%）：
L→L+ Fe3CⅠ→Ld+ Fe3CⅠ→Ld′+ Fe3CⅠ
相组成：WF=(6.695.0)/6.69=25.3% 组织组成 WLd’=(6.69-5.0)/(6.69-4.3)=70.7% WFe3CI=29.3%

第四章 铁碳合金相图

第四章 铁碳合金相图

表4.3 铁碳合金的分类
第四节铁碳合金的成分、组织、性能间的关系 一、含碳量与平衡组织间的关系
随着含碳量增加时，渗碳体不仅数量增加，形态和分布也发生了很 大变化。（渗碳体分布在P内——网状分布在A晶界上——形成莱氏 体时，渗碳体则成了基体 。）
二、含碳量与力学性能间的关系
（ 1 ）硬度 WC 增加，硬度增加；
奥氏体的晶胞示意图
奥氏体的显微组织
三、渗碳体
渗碳体（Fe3C）



铁与碳形成的间隙化合物，含碳 量6.69%； 室温相——常作为钢的第二弥散 强化相； 渗碳体具有高硬度、高脆性、低 强度和低塑性； 一次渗碳体 Fe3CI：从液相直接 结晶出来。 二次渗碳体 Fe3CII：从 A 中析出。 三次渗碳体Fe3CIII：从F中析出。
第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织
一、合金Ⅰ（共析钢）
结晶过程
共析结晶过程
1点以上 L； 1~2点 L+A； 2~3点 A； 3点 共析转变AS
727℃
(FP+Fe3C) ≡ P
QFe3 C
（片层状分布）共析铁素体 共析渗碳体 珠光体团
3~4点 F+ Fe3CIII+ Fe3C ≡ P
0.77 0.0218 11.2% 6.69 0.0218
第一节 铁碳合金的基本相
同素异晶转变——是指金属在结晶成固态以
后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而 发生变化的现象，也称同素异构转变。
Fe的冷却曲线及相应的晶体结构
L-Fe 液相
1538℃
δ-Fe 体心
1394℃
γ-Fe 面心
912℃ α-Fe 体心
同素异构转变（重结晶）的特点

第4章第二讲 Fe-C合金相图

第4章第二讲 Fe-C合金相图

4.4 铁碳合金相图
包晶点
B J
共晶点
F C
共析点
S
K
4.4 铁碳合金相图
2. 相图中的线 液相线(ＡＢＣＤ): 结晶时液相的成分变化线 固相线(ＡＨＪＥＣＦ): 结晶时固相的成分变化线
4.4 铁碳合金相图
A H B J E C
液相线(ＡＢＣＤ):
D F
固相线(ＡＨＪＥＣＦ):
4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
(1) 铁素体 ( F ) 碳溶于α–Fe中形 成的间隙固溶体。 C 原子溶于八面体间隙。 铁素体的含碳量非常 低，在727℃时C在α －Fe中最大溶解量为 0.0218%，室温下含 碳仅为0.005%，所以 其性能与纯铁相似。
4.4 铁碳合金相图
(2) 奥氏体 ( A ) Austenite 碳溶于γ-Fe 中形成的间隙 固溶体。 γ具有 fcc结构。具有 面心立方晶体 结构的奥氏体 可以溶解较多 的碳，1148°C 时最多可以溶 解2.11%的碳。
4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
一、 Fe – C 二元相图基本知识
温 度
Fe
Fe3C Fe2C (6.69%C)
FeC
C
4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
二、 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构 一、组元 * 铁 ( ferrite ) * 渗碳体 ( Cementite ) 二、基本相 * 液相L、 δ相、 γ相、α相、 Fe3C相 二、基本组织 * 铁素体 ( F )、奥氏体(A)、渗碳体 ( Fe3C ) * 珠光体(P)、莱氏体(Ld)、
4.4 铁碳合金相图
ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线。

第四章 铁碳合金相图(全)

第四章 铁碳合金相图(全)
工程材料及热工处理
第四章 铁碳合金相图
主讲人： 刘 怿 凡
§4.1 固态合金的相结构
几个重要概念
1.合金
两种或两种以上的金属，或金属与非金属元素组成 的具有金属特性的物质
2.组元
组成合金的最基本的独立物质称为组元，可以是组 成合金的元素，也可以是化合物，有二元、三元等。
3.相
在合金中，凡成分相同、结构相同并以明显界面相 互分开的均匀组成部分，是合金中最基本的组成部分。
●白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐 磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂 的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。
§4.4 铁碳合金相图的应用
2.在铸造工艺方面的应用
根据Fe—Fe3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在 液相线以上50～100℃。
§4.1 固态合金的相结构
4.组织
用肉眼或显微镜观察到的金属材料的内部情景，包 括晶粒的大小、形状、相对数量和相对分布。“特殊形 态的微观形貌”
5.合金系
由相同组元配制的一系列成分不同的合金，组成一 个合金系统。
合金组织中的相结构决定合金的性能
§4.1 固态合金的相结构
合金的相结构
晶体结构、原子结构不同、组元相互作用不同——不同相结构
4.在热处理工艺方面的应用
Fe—Fe3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些 热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据Fe—Fe3C相图 确定的。
§4.4 铁碳合金相图的应用
在运用Fe—Fe3C相图时应注意以下两点：
①Fe—Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态，如含有其 它元素，相图将发生变化，与实际情况有较大差异。

4 铁碳合金的相图的详细讲解


P,钢的性能即P的性能
b. ＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界 连续网状，强度下降, 但 硬度仍上升。 c. ＞2.11%C，组织中有以
Fe3C为基的Ld,合金太脆.
45
3 含碳量对工艺性能的影响
(1) 切削性能: 中碳钢合适 (2) 可锻性能: 低碳钢好 (3) 焊接性能: 低碳钢好 (4) 铸造性能: 共晶合金好
二次渗碳体
白 口 铸 铁
共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
4.3
6.69
一次渗碳体
组织组 成物相 对量%
铁素体 珠光体 莱氏体
0
三次渗碳体
相组成 物相对 量%
100

Fe3C
0
44
2 含碳量对力学性能的影响
• 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升
高，塑性、韧性下降。
a. 0.77%C时，组织为100%
Fe3CⅠ+Ld
K
F + P
L'd
Fe3CⅠ+L'd
F+Fe3CⅢ
Fe
1.0
2.0
3.0
Fe3C 4.0
wc(%)
5.0
6.0
6.69
17
(一)铁碳合金相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、PSK。 • 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共析 转变。 • 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
L+δ
δ+
L+ L+ Fe3C + + Fe3C
F+ Fe3C

Fe-C相图


室温组织 含钢量在0.0218％～0.77％范围内的碳钢合金其组织由先共析 铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐 渐减少，而珠光体的数量则相应地增多；亮白色为铁素体，暗 黑色为珠光体。
20钢室温显微组织（250×） 60钢室温显微组织（250×）
过共析钢
在平衡态下的相变过程
当温度在1点以上合金④是均匀的液相状态。在1～ 2 点之间是该 合金的结晶温度区间，是A和L两相共存区。即当温度降到1点以 下从L相中按成核长大方式结晶出A相，当温度降到2点则L相全部 结晶成单相A。2～3点之间A单相区只有A的简单冷却，无相变。 3～4点之间是A和Fe3CⅡ的两相区。即温度降到3点以下，由于 碳在奥氏作中的溶解度下降，因而从奥氏体中以二次渗碳体 （Fe3CⅡ）的形式析出多余的碳。这种渗碳体也称先共析渗碳体。 随温度下降Fe3CⅡ的相对质量百分数逐渐增加，而A的相对质量 百分数逐渐减少，并且二次渗碳体沿着A的晶界呈网状分布。与 此同时A中碳的质量分数沿ES线也不断的减少。当温度降到4点 （727C）时A的Wc≈0.77%。于是A就发生恒温的共析转变，全 部A转变成P。这时合金④的显微组织是P+网状Fe3CⅡ；直到室 温这个显微组织保持不变。
室温组织 共晶白口铸铁 其室温下的组织由单一的共晶莱氏体组成。经 浸蚀后，在显微镜下，珠光体呈暗黑色细条或斑点状，共晶 渗碳体呈亮白色，如图所示。
亚共晶白口铸铁
平衡态下相变过程
合金⑥是一种亚共晶白口铸铁。从Fe－Fe3C相图上可见，当温度高于1点时 合金⑥处于均匀的液相（L）状态。在1～2之间是合金⑤的结晶温度区间。是 L和A两相共存区。即当温度降到1点以下液相中先以成核长大方式产生A相， 称为先共晶奥氏体。随温度下降，先共晶奥氏体相的比例增加，L相比例减少。 但是剩余液相的wc沿BC线增加，当温度降到2点（1148C)时剩余液相的wc＝ 4.3%。于是剩余液相发生共晶转变生成高温莱氏体（Ld），当温度低于2点 （1148C）后先共晶奥氏体由于对碳溶解度的下降开始析出Fe3CⅡ。并使先 共晶奥氏体的wc下降。在2～3点之间合金⑥的显微组织是A+Fe3CⅡ+Ld，当 温度降到3点（727C）时先共晶奥氏体中的碳的质量分数降到0.77%，于是 先共晶奥氏体发生共析转变成为珠光体，而高温莱氏体（Ld）也转变成低温 莱氏体（Ld`），因此，自3点以下直到室温合金⑥的显微组织是P+ Fe3CⅡ+Ld`。并且随着亚共晶白口铸铁的wc增加，P和Fe3CⅡ所占比例减少。 直到wc=4.3成为共晶白口铸铁时，P和Fe3CⅡ所占比例为0。

材料科学基础-第四章_铁碳合金与铁碳相图

（wC%＝2.11%～4.3%）
⑥
1 2
3
4
过共晶白口铸铁结晶过程示意图
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
Ld′ Fe3CⅡ P
亚共晶白口铸铁（wC= 2.11% ~ 4.3%）的室温组织 P＋ Fe3CII ＋Ld
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
例1 分别计算含量碳为0.3%和1.0%的铁碳合金在室温下的相 组成物的相对量和组织组成物的相对量。假设铁素体和渗碳体 的密度相同，铁素体中的含碳量为零。
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
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.2 铁碳合金相图分析
L+ (0.09) 1495C
1538C
(0.53)
(0.17)
L
1394C +
L+
1148C
(2.11)
(4.3)
912C
+Fe3C
+
(0.0218) (0.77)
727C
1227C
L+Fe3C
+Fe3C
Fe3C
Fe-Fe3C相图
第四章 铁碳合金与铁碳相图－§4.1 铁碳合金的基本相 第一节 铁碳合金的基本相 一、铁素体（Ferrite）
定义：碳溶解在体心立方晶格的 -Fe中形成的间隙固溶体。

机械工程材料及成形工艺基础第四章 铁碳合金相图


过共析碳钢：当钢中ω C>0.9%时，脆性
的二次渗碳体数量也相应增加，形成网 状分布，使其脆性增加，不仅使钢的塑 性、韧性进一步下降，而且强度也明显 下降。所以，工业上使用钢的碳质量分 数一般为ω C=1.3%～1.4%。
白口铸铁：特硬特脆，难以切削加工，
因此很少应用。但它耐磨性好，铸造性
能优良，适用于耐磨、不受冲击、形状
第三节 典型铁碳合金平衡结晶过程
一、合金Ⅰ（共析钢）
室温组织: 层片状 P
( F + 共析 Fe3C )
500×
二、合金Ⅱ（亚共析钢）
室温组织:
F + P，500×
三、合金Ⅲ（过共析钢）
室温组织:
P + Fe3CII 400×
四、 合金Ⅳ（共晶白口铸铁）
室温组织:(低温)
莱氏体 Le′ （P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ）, 500×
多边形状。
二、奥氏体(A)：
碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体。
溶碳量较大，在1148℃时，溶碳
铁素体的显微组织
能力最大，可达ωC =2.11%;随着温度的下降使溶碳能力（逐10渐0×减）小，在
727℃时ωC=0.77%。
奥氏体在高温状态存在；
硬度为170～220HBW,伸长率为40%～50%
体或合金渗碳体起到强化的作用。渗碳体在钢和 铸铁中存在形式有片状、球状、网状和板状，他 的数量、形状、大小和分布状况对钢的性能影响 很大。
渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下会发生分
解，形成石墨状的自由碳。
第二节 铁碳合金相图分析
简化后的铁碳相图
一、相图中各点分析
符号
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4.4 铁碳合金相图
δ γ L
α
Fe3C
4.4 铁碳合金相图
单相区(4个＋1个): L、α、γ、δ 、(Fe3C) δ γ L
α
Fe3C
4.4 铁碳合金相图
L+δ δ δ+γ γ α+γ α α+Fe3C Fe3C L+ γ γ+Fe3C
4个单相区加７个两相区
L L+Fe3C
4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
(5) 莱氏体 ( Ld ) 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，奥氏体 呈颗粒状分布在渗碳体的基体上。硬而脆。
4.4 铁碳合金相图
三、 Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe3C
4.4 铁碳合金相图
A H J δ
包晶相图
B1495℃
L
L+A
E A+ Fe3C 1148℃ C
共晶相图
4.4 铁碳合金相图
(3) 渗碳体( Fe3C ) Cementite 铁与碳形成的金 属化合物。它具有复 杂的晶格(正交晶系) Fe3C熔点为1227℃， Fe3C是一种亚稳化合 物，在一定条件下， 渗碳体可以分解而形 成石墨状的自由碳。
4.4 铁碳合金相图
(4) 珠光体 ( P ) Pearite 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。强度较 高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C 和 F 之间。
4.4 铁碳合金相图
ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线。
γ
E
α
P
S
PQ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线。
Q
4.4 铁碳合金相图
2. 相图中的线 同素异构转变线： NH：δ-Fe ⇒ γ-Fe 转变开始线 NJ： δ-Fe ⇒ γ-Fe 转变结束线 GS：γ-Fe ⇒ α-Fe 转变开始线 GP：γ-Fe ⇒ α-Fe 转变结束线
4.4 铁碳合金相图
2. 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织的结构与性能 一、组元 * 铁 ( ferrite )——α-Fe、δ-Fe (bcc) 和γFe (fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。 * 渗碳体 ( Cementite )——熔点高，硬而 脆，塑性、韧性几乎为零。
4.4 铁碳合金相图
• 含义：由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一定 成分新固相的反应。 • 发生包晶反应的合金成分： C%：0.09%~0.53% 分线与HJB线相交； • 产物：单相奥氏体（ γJ ） • 包晶点 （J点）：（0.17，1495） 即合金的成
4.4 铁碳合金相图
B H J
0.17%
4.4 铁碳合金相图
二次渗碳体多以 网状形式析出， 损害材料的强度、 塑性韧性
4.4 铁碳合金相图
析出转变
γ α
析出 析出
Fe3CII （二次渗碳体）
Fe3CIII （三次渗碳体）
4.4 铁碳合金相图
3. 相图中的转变 (4) 恒温转变：包晶、共晶、共析 包晶转变： δH + LB → γJ (1495℃）
0.09 0.53 0.17
4.4 铁碳合金相图
1 相图中的点（14个）
（1）组元的熔点 A (0, 1538) 铁的熔点 D (6.69, 1227) Fe3C的熔点 （2）同素异构转变点 N（0，1394） δ-Fe ⇔ γ-Fe G（0，912） γ-Fe ⇔ α-Fe （3）碳在铁中最大溶解度点 P（0.0218，727）碳在α -Fe 中的最大溶解度 E（2.11，1148）碳在 γ-Fe 中的最大溶解度 H (0.09，1495）碳在 δ-Fe中的最大溶解度 Q（0.0008，RT）室温下碳在α -Fe 中的溶解度
D L+ Fe3C F
G 共析相图 A+F F P Q 0.0218% S
A
( A+Fe3C )
Ld
727℃
( F+ Fe3C )
Ld’
( P+Fe3C ) 2.11% 4.3%
K
P
0.77%
6.69%
4.4 铁碳合金相图
需要掌握的知识点
• Fe-Fe3C相图中重要的点、线和相区。 • Fe-Fe3C相图中的重要转变及产物。 • 应用Fe-Fe3C相图分析典型成分铁碳合金的结晶过 程。分析室温下得到的相和组织组成物。 • 会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量 分数。 • 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。
第4章 二元合金相图
4.1 二元合金相图的建立 4.2 二元合金相图的基本类型 4.3 相图与合金性能的关系 4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
一、 Fe - C 相图的基础知识。 二、 形成Fe - Fe3C 相图组元和基本组织 的结构与性能。 三、 Fe - Fe3C 相图的建立与分析。 四、 碳的质量分数对铁碳合金组织、性能 的影响。 五、 Fe - Fe3C 相图的应用。
α P
碳在α-Fe 中 最大溶解度
4.4 铁碳合金相图
(4) 三相共存点 S（共析点）（γs＋ αP ＋Fe3C） C（共晶点）（ γΕ＋LC ＋Fe3C） J（包晶点）（ δΗ＋ γJ＋LB ） (5) 其它点 Β（0.53，1495）发生包晶反应时液相的成分 F（6.69,1148) 渗碳体 K (6.69,727) 渗碳体
4.4 铁碳合金相图
H δ N J δ+γ γ α
NH：δ-Fe ⇒ γ-Fe 转变开始线 NJ： δ-Fe ⇒ γ-Fe 转变结束线
G
P α+γ
S
GS：γ-Fe ⇒ α-Fe 转变开始线 GP：γ-Fe ⇒ α-Fe 转变结束线
4.4 铁碳合金相图
2. 相图中的相区 单相区(4个＋1个): L、α、γ、δ 、(Fe3C) 两相区(7个): 两个单相区之间必夹有一个两相区 L +δ γ+α L + Fe3C γ + Fe3C L+γ δ+γ, a + Fe3C
3. 相图中的转变 (4) 恒温转变：包晶、共晶、共析 共晶转变：LC → γE + Fe3C
4.3 2.11 6.69
(1148℃）
• 含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的 固相的转变。 • 发生共晶反应的成分范围：Wc ：2.11 %~6.69% (合金成分线 与ECF线相交) • 产 物 ： γE 和 Fe3C 两 相 混 合 物 ， 称 为 莱 氏 体 。 用 Ld 表 示 。 （Fe3C为基体； γE 呈粒状或杆状分布在基体上） • 共晶点C (4.3, 1148)
2. 相图中的线 液相线(ＡＢＣＤ): 结晶时液相的成分变化线 固相线(ＡＨＪＥＣＦ): 结晶时固相的成分变化线 表示恒温转变的线： HJB (包晶转变)，ECF (共晶转变)， PSK (共析转变)
4.4 铁碳合金相图
B H J E C F
HJB (包晶转变)
ECF (共晶转变)
P S
PSK (共析转变)
3. 相图中的转变 (1) 匀晶转变：由液相直接结晶出单一固相的转变. L → δ : 由液相中直接结晶出δ相。(合金的成分线和 AB线相交，即含碳量Wc：0～0.53%） L→ γ : 由液相中直接结晶出γ相。(合金的成分线和BC 线相交，即含碳量Wc：0.53% ~ 4.3%) L→ Fe3C : 由液相中直接结晶出Fe3C相。(合金的成分 线和CD线相交，即含碳量Wc：4.3%~6.69%)
K
4.4 铁碳合金相图
2. 相图中的线 液相线(ＡＢＣＤ): 结晶时液相的成分变化线 固相线(ＡＨＪＥＣＦ): 结晶时固相的成分变化线 表示恒温转变的线： HJB (包晶转变)，ECF (共晶转变)， PSK (共析转变) 固溶度线： ES：碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线。 PQ：碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线。
4.4 铁碳合金相图
包晶点
B J
共晶点
F C
共析点
S
K
4.4 铁碳合金相图
2. 相图中的线 液相线(ＡＢＣＤ): 结晶时液相的成分变化线 固相线(ＡＨＪＥＣＦ): 结晶时固相的成分变化线
4.4 铁碳合金相图
A H B J E C
液相线(ＡＢＣＤ):
D F
固相线(ＡＨＪＥＣＦ):
4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
L+δ L+γ
匀晶转变
L+Fe3C
4.4 铁碳合金相图
3. 相图中的转变 (2) 同素异构转变： δ (b.c.c)→ γ(f.c.c) NH （开始线） NJ （结束线） GS （开始线） GP （结束线）
γ (f.c.c) → α (b.c.c)
4.4 铁碳合金相图
同素异构转变
4.4 铁碳合金相图
工业纯铁 L→δ δ→A A→F F → Fe3CIII
沿晶界片状析出
从铁素体中析出叫三次渗碳体(Fe3CIII)
4.4 铁碳合金相图
4.4 铁碳合金相图
P
S
K
2.11%
• 相图分析的要点: • 1 单相区无相变 • 2 过一点作水平线,若左交点的左侧和右交 点的右侧是单相区,可应用杠杆定律 • 3 杠杆定律只适用于两相区 • 4 杠杆定律不仅可适用于两相区，也可使用 于两组织之间
4.4 铁碳合金相图
4. 典型铁碳合金结晶过程分析 3 1 2 4 6 5 7
4.4 铁碳合金相图
C E
F
4.3%
4.4 铁碳合金相图
3. 相图中的转变 (4) 恒温转变：包晶、共晶、共析 共析转变#43; Fe3C
0.0218 6.69
(727℃）
• 含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分的 新固相的转变。 • 产物： α相和Fe3C的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光 体，用P表示。 • 合金范围： Wc: 0.0218 %~6.69%(合金成分线与PSK线相交) • S点：共析点，（0.77，727） (具有S点成分的Fe-C合金冷却 至7270C时，合金全部发生共析转变，生成珠光体。)