铁碳合金
一、填空题
1.在铁碳合金基本组织中，奥氏体、铁素体和渗碳体属
于单相组织。
珠光体和莱氏体属于两相组织。
2.根据溶质原子在溶剂晶格中的分布情况，固溶体有二种基本类型，
它们是置换固溶体和间隙固溶体。
3.根据溶质在溶剂中的溶解情况，置换固溶体可分为无限固溶体
和有限固溶体两种。
4.铁素体与渗碳体的机械混合物称为珠光体，渗碳体与铁素体
片状相间的组织又称为片状珠光体，在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织又称为粒状珠光体。
5.不同晶体结构的相，机械地混合在一起的组织，叫做固态机械
混合物，铁碳合金中，这样的组织有珠光体和莱氏体。
6.在铁碳合金基本组织中，铁素体和奥氏体属于固溶体；
渗碳体属于化合物；珠光体和莱氏体属于机械混合物。
7.分别填写下列铁碳合金组织的符号：
奥氏体A；铁素体F；渗碳体C；珠光体P。
C）称为渗碳体、含碳量为8.铁和碳形成的金属化合物（Fe
3
6.69%。
9.铁素体在室温时，对碳的溶解度是0.008 %，在727℃时溶解
度是0.0218 %。
10.奥氏体对碳的溶解度，在727℃时溶解度是0.77 %，在
1148℃时溶解度是 2.11 %。
11.含碳量小于 2.11 %的铁碳合金称为钢，钢根据室温显微组织
不同，可分为以下三类：
亚共析钢钢，显微组织为铁素体+珠光体，含碳量范围
0.0218～0.77 %；
共析钢钢，显微组织为珠光体，含碳量范围0.77 %；
过共析钢钢，显微组织为珠光体+渗碳体，含碳量范围0.77～2.11 %。
12.碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148°时溶碳量可达
2.11 %，在727°时溶碳量可达0.77 %。
13.人们常说的碳钢和铸铁即为铁、碳元素形成的合金。
14.20钢在650℃时的组织为铁素体+珠光体；在1000℃时的
组织为奥氏体。
15.下图所示Fe—Fe
C状态图各区的组织，分别是：○1奥氏体，
3
○2奥氏体+渗碳体（二次渗碳体），○3铁素体+奥氏体，○4铁素体，○5铁素体+珠光体，○6珠光体，○7珠光体+渗碳体（二次渗碳体）。
二、判断题（对的打“√”，错的打“×”）
1.机械制造中常用的金属材料以纯金属为主。（×）
2.组元是指组成合金的相。组成合金（×）
3.形成间隙固溶体时，溶剂原子往往远大于溶质原子。（
√）
4.只要两种原子大小相差不多，原子的性质也较近似时，才可以组
成置换固溶体。
（√）
置换固溶体不（只）只可能是无限固溶体。（×）
5.铁素体是固溶体，有固溶强化现象，所以性能为硬而脆。
（ × ）
6. 金属化合物的特点是硬而脆，莱氏体性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。 （ × ）
7. 珠光体含碳量为6.69%。 （ × ）
8. 珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间。 （ √ ） 9. 共析转变、共晶转变都是在恒定温度下进行的。 （ √ ）
10. Fe —Fe 3C 相图中，A 3温度是随含碳量增加而上升的。 （ × ）
11. Fe —Fe 3C 状态图中的S 点是A 1，A 3，A cm 三线的交点。 （ √ ）
12. PSK 线是共析转变线。 （ √ ）
三、单项选择题
1.组成合金的元素，在固态下互相溶解形成均匀单一的固相称为
。
A．晶体B．固溶体C．化合物D．共晶体
2.合金中的相结构有
A．固溶体、化合物B．固溶体、机械混合物
C．化合物、机械混合物D．固溶体、化合物、机械混合物3.合金在固体状态的相结构大致可分为。
A．固溶体和化合物B．固溶体和液溶体
C．化合物和合金D．化合物和晶体
4.合金固溶强化的基本原因是
A．晶格类型发生了改变B．晶粒变细
C．晶格发生畸变D．同素异构
5.珠光体是
A．片状铁素体和渗碳体的机械混合物
B．球状铁素体和渗碳体的机械混合物
C．是片状渗碳体和片状石墨的机械混合物
D．A+C
C（渗碳体）描述错误的是。
6.关于Fe
3
A．铁与碳形成的稳态化合物称为渗碳体B．渗碳体通常用C表示
C的含碳量为6.69% D．渗碳体的硬度极低C．Fe
3
7.碳溶于 －Fe晶格中所形成的间隙固溶体称为。
A．奥氏体B．渗碳体C．铁素体D．珠光体
8.碳溶于 －Fe的晶格中形成的固溶体称为。
A．铁素体B．奥氏体C．渗碳体D．马氏体
9.奥氏体是。
A．组织B．液相C．化合物D．固溶体
10.奥氏体的最大的溶碳量为
A．0.77% B．＞1.0% C．1.0% D．2.11%
11.渗碳体的含碳量为 6.69%，按其晶体结构来说，它是一
种。
A．间隙式固溶体 B．置换式固溶体C．金属化合物 D．机械混合物
12.莱氏体的室温组织是由组成的机械混合物。
A．珠光体+铁素体B．铁素体+奥氏体
C．铁素体+渗碳体D．珠光体+渗碳体
13.F的溶碳能力在。
A．0.77%～2.11% B．0.0008%～0.0218%
C．0.0218%～0.77% D．0～0.0218%
14.F的最大溶碳量为。
A．0.0008% B．0.0218%C．0.77% D．2.11% 15.Fe
C的含碳量为。
3
A．0.77% B．2.1% C．4.3% D．6.69% 16.渗碳体的性能特点是。
A．硬度低，塑性好B．硬度高，塑性好
C．硬度高，塑性差D．硬度低，塑性差
17.渗碳体的形态有多种，在室温的共析钢组织中呈。
A．片状B．网状 C.条状D．块状
18.下列说法错误的是。
A．铁和碳处于液态时可以溶解成均匀的液相
B．渗碳体通常用C表示，其特点是硬度低而塑性和韧性高
C．铁素体和渗碳体组成的混合物称为珠光体
D．铁碳合金相图是用来研究铁碳合金的成分、温度组织之间的关系
19.由A转变为P是属于。
A．同素异构转变B．共析转变C．共晶转变D．匀晶转变
20.铁碳合金相图上的727℃线称。
A．共析线B．固溶线C．共晶线D．晶格转变线21.铁碳合金相图上的1148℃线称为。
A．共析线B．固溶线C．共晶线D．晶格转变线22.在铁碳合金相图上，温度为1148℃，含碳量为4.3%的C点称
。
A．共析点B．共晶点C．熔点D．晶格转变点23.在铁碳合金相图上，温度为727℃，含碳量为0.77%的S点称
。
A．共析点B．共晶点C．熔点D．晶格转变点24.在铁碳合金相图上，奥氏体A和珠光体P的分界点的温度为
。
A．1538℃B．1148℃C．912℃D．727℃
25.铁碳合金组织的组成物中哪些在室温下不能存在？。
A．A B．P C．F D．Fe
C
3
26.在铁碳合金相图上，钢和铸铁的分界点的含碳量为
A．0.0218% B．0.77% C．2.11%D．4.3%
27.含碳量1.3%的钢，从950℃冷至A r1～A rcm温度，其组织应是
A．奥氏体B．铁素体+奥氏体
C．珠光体+奥氏体D．奥氏体+二次渗碳体
28.含碳量的钢称为亚共析钢。
A．＜0.02% B．＜0.77%C．＞0.77% D．＝0.77%
29.凡含碳量 0.0218%的铁碳合金称为。
A．钢B．铸铁C．工业纯铁D．麻口铁
30.含碳量为的铸铁称为共晶白口铸铁。
A．0.02% B．0.77% C．2.11% D．4.3%
31.亚共析钢的室温平衡组织是由组成的。
A．铁素体和渗碳体B．低温莱氏体
C．铁素体和珠光体D．珠光体和呈网状的二次渗碳体32.共析钢的室温平衡组织是。
A．F B．A C．P D．F+P
33.过共析钢的室温平衡组织是。
A．F B．P C．F+P D．P+Fe3C
34.在下列铁碳合金中含碳量由小到大顺序排列正确的是哪一组？
A．纯铁→共析钢→铸铁B．铸铁→共析钢→纯铁
C．共析钢→纯铁→铸铁D．共析钢→纯铁→铸铁
35.在铁碳合金相图上，A3是临界点
A．P←→A B．F←→A C．P+Fe3C←→A D．F+A←→A 36.在下列铁碳合金中含碳量由大到小顺序排列正确的是哪一组？
A．铸铁→共析钢→纯铁B．纯铁→共析钢→铸铁
C．共析钢→纯铁→铸铁D．纯铁→铸铁→共析钢
37.随着含碳量的增加，碳钢的强度
A．降低B．提高C．先提高后降低D．先降低后提高38.钢铁材料中，含碳量最低的材料是，综合机械性能好，成
分为珠光体的材料为，含碳量最高的材料是。
A．工业纯铁/共析钢/铸铁B．铸铁/钢/工业纯铁
C．亚共析钢/共析钢/过共析钢D．铁素体/珠光体/渗碳体39.生产中使用的钢的含碳量不超过1.35%的原因是。
A．硬度太高 B.强度太高C．塑性太低（差）D．刚度太高
四、多项选择题
1.铁素体为B晶格，奥氏体为A晶格，渗碳体为D晶格。
A．面心立方B．体心立方C．密排六方D．复杂的八面体
2.含碳量 1.3%的铁碳合金，在950℃时的组织为 B ，在
650℃时的组织为D。
A．珠光体 B．奥氏体 C．铁素体+珠光体 D．珠光体+渗碳体
3.铁碳合金相图上的ES线，其代号用D表示，GS线，其代号用C表示，PSK线，其代号用A表示。
A．A1B．A2C．A3D．A ccm
4.铁碳合金相图上的共析线是C，共晶线是A。
A．ECF线B．ACD线C．PSK线D．AECF线
5.从奥氏体中析出的渗碳体为B，从液体中结晶出的渗碳体为
A。
A．一次渗碳体 B．二次渗碳体 C．三次渗碳体 D．共晶渗碳体
五、问答题
1.为什么固溶强化可以提高金属材料的机械性能？
答：由于固溶体的晶格发生畸变，塑性变形抗力增加，因而使固溶
体强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
2. 试述含碳量对碳钢组织和性能有何影响？
随着含碳量不断增加，合金组织中F 软相的量逐渐减少，铁碳合金的塑性不断下降。含碳量超过2.11%后，出现以Fe 3C 为基体的组织，塑性很差。
冲击韧性基本与塑性的变化一致。
Fe 3C 本身硬而脆，随含碳量不断增加，合金组织中Fe 3C 量逐渐增加，因此铁碳合金的硬度上升。
铁碳合金的强度与Fe 3C 的数量及其形态有关，还与珠光体有关。在铁碳合金组织中以珠光体强度最高。当含碳量小于0.90%时，随
着含碳量的增加，珠光体的量不断增加，因此强度上升。当含碳量大于0.9%以后，渗碳体以网状分布于晶界处或以粗大片状存在于基体中，使钢的脆性大增，同时珠光体的量不断减少，故而强度也明显下降。
3.比较20钢与40钢，在平衡条件下的硬度、强度、韧性及塑性。
答：由于40钢含碳量高于20钢，故含有珠光体量较多，所以硬度与强度要高于20钢，而塑性与韧性要低于20钢。
4.根据铁碳合金简化相图，说明下列现象的原因：1%含碳量的铁碳
合金比0.5%含碳量的铁碳合金的硬度高。
答：根据铁碳合金简化相图，1%含碳量的铁碳合金所含的Fe 3C 比0.5%含碳量的铁碳合金所含的Fe 3C 要多得多，而Fe 3C 硬度很高，所以1%含碳量的铁碳合金比0.5%含碳量的铁碳合金的硬度高。
5. 工业用铁碳合金是怎样进行分类的？试根据Fe —Fe 3C 状态图来说明。
答：工业用铁碳合金含碳量分，可分为三类： （1） 工业纯铁，含碳量小于0.0218%的铁碳合金。 （2） 钢，含碳量在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金。
其中含碳量在0.0218～0.77%为亚共析钢； 含碳量为0.77%为共析钢；
第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 第一节铁碳合金基本相 一、铁素体 1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。 2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。 F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体 γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形 三、渗碳体
Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节 Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L→A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。 （3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：
铁碳相图以及铁碳合金 Post By：2009-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe -石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下： 由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1 394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体
铁碳平衡图 （The Iron-Carbon Diagrams） 连聪贤 本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态 四、课程纲要 （一）铁碳合金的构成元素及基本相
1. 合金的构成元素与名词解释 （1）金属特性：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶 体）。 （2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 （3）相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分，物理上均质且可区分的部分。 （4）固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态 金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。（5）固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 （6）化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 （7）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： ? 是形核与长大的过程（重结晶） ? 将导致体积变化（产生内应力） ? 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相定义力学性能溶碳量 铁素体 F 碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低，塑性,韧性好最大0.0218% 奥氏体 A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低，塑性好最大2.11% 渗碳体Fe3C Fe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=09.69% 第二节铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77→ F0.0218 + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类：
三条重要的特性曲线 ① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶 入奥氏体的终了线. ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之 为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727o C时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300o C以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727o C冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（ 2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 4、共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ) 5、亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ→ Ld′+P+ Fe3CⅡ 6、过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C
铁碳相图以及铁碳合金Post By：2009-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, 3 Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1 394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥
第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为 2/m kg 3107.87?。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变） ，即： δ-Fe （体心） γ-Fe （面心） α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。 3.2 Fe -C Fe 3相图 3.2.1 Fe -C Fe 3相图中各点的温度、含碳量及含义 Fe -C Fe 3相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。
铁碳相图以及铁碳合金 发布日期：[08-03-10 14:26:26] 浏览人次：[5779 ] https://www.doczj.com/doc/1211251138.html, 马棚网 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe 和C 能够形成Fe 3C, Fe 2C 和FeC 等多种稳定化合物。所以，Fe-C 相图可以划分成Fe-Fe 3C, Fe 3C-Fe 2C, Fe 2C-FeC 和FeC-C 四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe 3C 部分。，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过 化合物Fe 3C 称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe 和C ，C 原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe 3C 和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe 3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe 3C 相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe 3C 。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe 是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
铁碳相图和铁碳合金(一) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组 织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
铁碳相图和铁碳合金
铁碳相图和铁碳合金(一) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组 织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
铁碳合金相图在实际生产中应用之我见 摘要：铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，实际应用中对于钢铁材料的应用以及热加工和 热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe 3C、Fe 2 C、 FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe 3C部分，通常称其为 Fe-Fe 3 C相图,相图中的 组元只有Fe和Fe 3 C。 关键词：相图分析结晶应用 一、铁碳合金基本相 1、铁素体δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度： C%=0.0218%）。 2、奥氏体γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形 3、渗碳体 Fe 3 C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物,渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 二、Fe-Fe 3 C相图分析 1、相图中的点、线、面 三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L →A （2.11%C）+Fe 3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe 3 C三 相共存。共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。
（3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分 的A发生共析反应：A →F（0.0218%C）+Fe 3 C（6.69%C、共析渗碳体）—P（珠光体）。共析 反应在恒温下进行, 反应过程中, A、F、Fe 3 C三相共存。共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物, 称珠光体, 以符号P表示。珠光体的强度较高, 塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间, 其机械性能如下：抗拉强度极限σb≈770MPa 冲击韧性ak≈3×105J/m2～4×105J/m2 延伸率δ≈20%～35% 硬度：180HB 液固相线：液相线ABCD 固相线AECF 2、Fe-C合金平衡结晶过程 工业纯铁（C%≤0.0218%）：铁熔点或凝固点为1538℃, 相对密度是7.87g/cm3。纯铁从液态结晶为固态后, 继续冷却到1394℃及912℃时, 先后发生两次同素异构转变。 L →L+A →A →A+F →F →F+Fe 3C III 相组成物：F+Fe 3 C (C%>0.0008%)或 F（C%<0.0008%） 相相对量：F%= Fe 3 C%= 组织组成物：F和Fe 3C III 工业纯铁的机械性能特点是强度低、硬度低、塑性好。共析钢（C%=0.77%）： 相组成物：F和Fe 3 C 相相对量：F%= Fe 3 C%= 组织组成物：P L →L+A →A →A+P →P 亚共析钢（0.0218%＜C%＜0.77%）： L →L+A →A →A+F →A+P+F →P+F