铁碳合金

塑性差（延伸率约为0），具有铁磁性，居里点 230 C。
弥散的渗碳体是良好的强化相，通过合金化可形成 合金渗碳体。
4.2 Fe-Fe3C 相图分析——三个不变反应
HJB包晶转变线
ECF共晶转变线
PSK共析转变线
包晶转变
包晶转变：
LB+( Fe)H (Fe)J 转变温度：
1495 C
各相相对量
%
XK 6.69 0.3 100 % 100 % 95.8% PK 6.69 0.0218 XP 0.3 0.0218 Fe3C % 100 % 100 % 4.2% PK 6.69 0.0218
P

200 mm
10钢 (Wc=0.1%)， P%=10.5%
格，常用符号A或表示。 奥氏体的溶C能力相对较高，根据Fe-C相图，最大溶
C量发生在 1147C，为2.11 wt.%。
bcc和fcc结构的八面体间隙
渗碳体(cementite)
渗碳体是 Fe-C二元系中的金属间化合物，含碳量 6.69 wt.%，常用符号 Cm表示。 渗碳体具有复杂的斜方晶格，硬度高（800HB），
亚共析钢的平衡结晶和组织变化过程
b1 B H b 2 J b3
b1:L→L+ b2:L+ →L+ b3:L+ →
b4 X b5
b4: → +
b5: + →P+
亚共析钢的平衡结晶和组织变化过程
亚共析钢冷却过程中组织变化 L L+ LB+ H LB+ H + J LB + J L + +S+PS+ P( P+Fe3C) + P P( P+Fe3C) + P P + Fe3CIII数量少、且附着在共析渗碳体上，显微组织难以识别， 所以亚共析钢室温组织为铁素体和珠光体P。 在共析反应前从奥氏体中析出的铁素体称为先共析铁素体。
工业纯铁室温下平衡组织为铁素体和分布于晶界上
的 Fe3CIII
共析钢的平衡结晶和组织变化过程
c1 c2
c1:L→L+
c2:L+→
c3
c3:→P
珠光体转变
共析钢冷却过程中组织变化： L L+ S P( P+Fe3C) P( +Fe3C)
10.0 mm
珠光体
珠光体
亚共析钢冷却过程中的相变化 L L+ L+ + L + +++Fe3C +Fe3C
亚共析钢的平衡结晶和组织变化过程
设亚共析合金X含碳量为0.3%，则共析反应结束后， 组织相对量 XS 0.77 0.3 % 100 % 100 % 62.8% PS 0.77 0.0218 XP 0.3 0.0218 P% 100 % 100 % 37.2% PS 0.77 0.0218
共晶转变
共晶转变： LC (Fe)E + Fe3C 转变温度：1148C
莱氏体：共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体的混合物， 以 Ld表示。 莱氏体中渗碳体是连续分布的基体相，奥氏体呈颗粒状 分布在渗碳体上。渗碳体很脆，莱氏体的塑性很差。
共析转变
共析转变： (Fe)S (Fe)P + Fe3C 转变温度：727C
由于 Fe3C密度低，因此共晶体中Fe3C体积超过，作为基体。
20.0 mm
共晶白口铁
亚共晶白口铁的平衡结晶和组织变化过程
e1:L→L+
e1 Z e2 e3
e2:L+ →Ld+
Fe3CⅡ
e3:Ld+ →Ld +P+Fe3CII
亚共晶白口铁的平衡结晶和组织变化过程
组织变化： L L+ LC+E Ld+ + Fe3CII Ld'+P +Fe3CII 相的变化：
过共晶白口铁的平衡结晶和组织变化过程
g1:L→L+Fe3CI
g1
g2
g3
g2:L+Fe3CI→Ld+Fe3CI
g3:Ld+Fe3CI→Ld+Fe3CI
过共晶白口铁的平衡结晶和组织变化过程
组织变化： L L+ Fe3CI Ld+Fe3CI Ld +Fe3CI 相的变化：
L L+ Fe3C L++ Fe3C + Fe3C ++Fe3C + Fe3C
共晶反应生成莱氏体(Ld)。Ld是由奥氏体和渗碳体组成的
两相混和物。经过共析转变后的莱氏体称低温莱氏体Ld'。
f 1:L→Ld
f1
f2
f 2:Ld→Ld
共晶白口铁的平衡结晶和组织变化过程
共晶反应结束后莱氏体中两相的相对量为：
EC 4.3 2.11 Fe3C % 100 % 100 % 47.8% EF 6.69 2.11 CF 6.69 4.3 % 100 % 100 % 52.2% EF 6.69 2.11
d2:L+ →
d3
d4
d3: → +Fe3CⅡ
d4: +Fe3CⅡ →P+Fe3CⅡ
过析钢的平衡结晶和组织变化过程
过共析钢冷却过程中组织变化： L L+ + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
过共析钢冷却过程中相的变化：
L L+ + Fe3C ++ Fe3C + Fe3C 设过共析合金含碳量为 1.0%，则组织相对量:
过共析钢 共晶白口铁 亚共晶白口铁 过共晶白口铁 4.3 2.11-4.3 4.3-6.69
0.77 0.0218-0.77 0.77-2.11
铁碳合金分类
工业纯铁：WC小于0.0218%（ P点）的铁碳合金，特点是 冷却过程中不发生共析反应。 钢： WC在 0.0218（ P点） -2.11%（ E点）之间的铁碳合金， 特点是结晶过程中不发生共晶反应。根据室温组织的不同， 又分为共析钢、亚共析钢和过共析钢。 铸铁： WC在 2.11（ E点） -6.69%（ Fe3C）之间的铁碳合金， 又称白口铁。结晶过程中发生共晶转变。分为共晶白口铁、 亚共晶白口铁和过共晶白口铁。
d4S 1.0 0.77 100 % 100 % 4.0% SK 6.69 0.77 d K 6.69 1.0 P% 4 100 % 100 % 96% SK 6.69 0.77 Fe3C %
P
50.0 m m
过共析钢
共晶白口铁的平衡结晶和组织变化过程
50.0 mm
20钢(Wc=0.2%) ，P%=23.8%
50.0 mm
30钢 (Wc=0.3%)， P%=37.2%
50.0 mm
45钢(Wc=0.45%)，P%=57.2%
20.0 mm
70钢 (Wc=0.7%)， P%=90.6%
过析钢的平衡结晶和组织变化过程
d1:L→L+
d1 d2
ES（ ACm线）： C在 中的溶解度曲线， 二次渗碳体（Fe3CII）开始析出线 GS（ A3线）：由析出F的开始线， 或者 F溶入的终了线 PQ： C在 F中的溶解度曲线， 三次渗碳体（ Fe3CII ）的析出线
Q
4.3 铁碳合金的平衡结晶过程及组织
工业纯铁 共析钢 亚共析钢 WC% <0.0218
纯铁的相变特征
——A3点相变是反向的由疏排到密排的“异常相变”
Fe-C phase diagram
铁素体与奥氏体
铁素体是 C溶于Fe中的间隙固溶体，为体心立方晶 格，常用符号F或表示。 铁素体的溶C能力很低，根据Fe-C相图，最大溶 C量
发生在 727C，为0.0218 wt.%。 奥氏体是 C溶于Fe中的间隙固溶体，为面心立方晶
第4章 铁碳合金
ห้องสมุดไป่ตู้
蒋 敏
4.1 铁碳合金的组元及基本相
碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材 料。 铁碳合金中有Fe和 C两个组元，其中C主要以渗碳体
Fe3C形式存在。Fe3C是亚稳相，但Fe3C具有较高的 稳定性。
钢铁材料中含碳量较低，钢中不超过 2.11%，铸铁中 不超过 5%，因此通常只研究Fe-Fe3C（ 6.69%）部分 相图。 Fe-Fe3C相图为亚稳态相图。
工业纯铁的平衡结晶及组织转变过程
a2 a3 a1 a4
a1:L→L+ a2:L+ → a3: → +
a5 a6
a4: +→
a5:→+
a7
a6:+→
a7: →+Fe3CIII
工业纯铁的典型室温组织形貌 Fe3CIII

50mm
工业纯铁的平衡结晶和组织变化过程
工业纯铁冷却过程中组织变化 L L++++Fe3CIII
珠光体：共析转变得到的铁素体和渗碳体组织，记作P。 珠光体呈片层状，其中渗碳体以细片状分布于F基体上。 S点成分合金的珠光体中F和 Fe3C可通过杠杆定律计算：
SK 6.69 0.77 WF 100 % 88.7% PK 6.69 0.0218 WFe3C 11.3%
Fe-Fe3C 相图分析——特性曲线
100 m m
过共晶白口铁
4.4 含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响
铁碳合金室温下相组成物均为铁素体和渗碳体，并且随 含碳量的增加，渗碳体量不断增多。 室温组织组成物却有、P、Ld 、Fe3CI、Fe3CII和