铁碳相图

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铁素体的显微组织
铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝 酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明 亮的多边形等轴晶粒。
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奥氏体的组织
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在。
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（3）Fe3C(渗碳体） cementite
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（1）纯铁pure iron（多型性）
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➢ 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变。
➢ 在912℃以下为体心立方 ， 称α铁(α-Fe)；
➢ 低温的铁具有铁磁性，在 770℃ 以 上 铁 磁 性 趋 于 消 失 。
➢ 912℃—1394℃ 之 间 为 面 心 立方，称为γ铁(γ-Fe)；
称为铸铁 ➢含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工
业纯铁
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根据组织特征可将铁碳合金分为以下七种
①工业纯铁(<0.0218％C)； ②共析钢，0.77％C； ③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； ④过共析钢(0.77％-2.11％C)； ⑤共晶铸铁(4.30%C)； ⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； ⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C)。
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α与γ同素异构转变点(A3)
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2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点
符号 H J K N P S Q
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温度/℃ 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量/% 含义
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度

下贝氏体：过冷奥氏体在350℃~Ms的转变产物。由过饱和针状铁素体和渗碳体形成的混合物，但渗碳体在铁 素体针内；
特征：呈黑色针状或竹叶状；
粒状贝氏体：过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁 素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相 混合物，称为M-A组织。
铁素体：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体，具有体心立方晶格，溶碳能力极差； 特征：具有良好的韧性和塑性；呈明亮的多边形晶粒组织；
马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，体心正方结构； 常见的马氏体形态：板条、片状；
板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多成群的、相互平行排列的板条所组成的板条束。空间形状是 扁条状的，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）；
粒状珠光体：由铁素体和粒状碳化物组成。它是经球化退火或马氏体在650℃~A1温度范围内回火形成。 特征：碳化物成颗粒状分布在铁素体上。
上贝氏体：过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，由过饱和针状铁素体和渗碳体形成的混合物， 渗碳体在铁素体针间；
特征：典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，脆性，硬度较高
渗碳体：碳与铁形成的一种化合物Fe3C 特征：含碳量为6.67%，具有复杂的斜方晶体结构；硬度很高，脆性极大，韧性、塑性几乎为零；
珠光体：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体组成的片层相间的机械混合物； 特征：呈现珍珠般的光泽；力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好；

二元相图分析实例铁碳系是一个很重要的合金系，它是碳钢、低合金钢及铸铁的基础。

在研究和使用钢铁材料时，铁碳相图是一个重要的工具。

1、相图中的相铁碳相图主要部分是Fe-Fe 3C 相图，如图1。

相图中有以下几个固相（高温下均为液相L ）。

（1）铁素体，即碳在α-Fe 中形成的间隙固熔体，通常用符号α或F 表示。

碳原子熔于α-Fe 的八面体间隙，最大固熔体（质量分数）只有0.0218%。

在δ-Fe 中的间隙固熔体也称为铁素体，或称为高温铁素体，通常用符号δ表示。

δ的最大固熔度（质量分数）为0.09%。

（2）奥氏体，即碳熔入γ-Fe 中形成的间隙固熔体，通常用符号γ或A 表示。

碳原子熔于γ-Fe 的八面体间隙，最大固熔体（质量分数）为2.11%。

铁素体与奥氏体的力学性能相近，都是软而韧。

另外，奥氏体是顺磁相而铁素体是铁磁相，但在居里点770℃以上仍是顺磁相，如图中MO 所示，科研上经常应用这一物理特性来研究钢中的各种相变。

（3）渗碳体，即Fe 3C ，是一种间隙化合物，其熔点1227*，在230*以下具有铁磁性，通常用Ao 表示这个临界点。

渗碳体的性能为硬而脆，HB800，塑性很差，延伸率接近于零。

1.1相图中的重要的点和线Fe-Fe 3C 相图比较复杂，但围绕三条水平线可将相图分解成3个基本相图，在了解一些重要的点和线的意义后分析起来就容易多了。

图2 Fe-Fe3C 相图3CFe +FeFe C33Cα+Fe γ+Fe C3°°αδα+γ¦Δδ+γγγL°°°°Fe（1）3个主要转变1）包晶转变 如果所示，Fe-Fe 3C 相图上HJB 线为三相平衡包晶转变线，其反应式为1495B C H j L δγ︒+凡是wc 在0.09%~0.53%范围内的合金遇到HJB 线时都要进行这个转变，转变后获得奥氏体组织。

2）共晶转变 如图所示，Fe-Fe 3C 相图上的ECF 线为三相平衡共晶转变线，其反应式为Fe Fe γδ--凡是wc 在2.11%~6.9%范围的合金晕倒ECF 线时都要进行共晶转变，共晶转变的产物（γ+Fe 3C ）称为莱氏体，用符号Ld 表示。

以Fe3C为基, 性能硬而脆。 塑性很差
共析转变线PSK: （A1线）
AS 727℃ FP+ Fe3C P
A
F
珠光体是铁素体 和渗碳体片层相 间的组织, 呈指 纹状。 较高强度和硬度, 塑性较差
HJB: 包晶反应 LB+δH⇄ AJ
δ
L
A
三条重要的相界线 Acm
A3
三、典型合金的平衡结晶过程
㈥ 亚共晶白口铁的结晶过程 L → L + A→ A(初生) + Ld → A+ Fe3CⅡ+ Ld → P+Fe3CⅡ+Ld’ • 亚共晶白口铁室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld’。
㈦ 过共晶白口铁的结晶过程 L → L+Fe3CⅠ →Ld+ Fe3CⅠ →Ld’+ Fe3CⅠ,
• 过共晶白口铸铁室温组织为Fe3CⅠ+Ld’。
1 2
L+A
A
3
3’
F +Fe3C
4
• 珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织, 呈指 纹状。
㈢ 亚共析钢的结晶过程 L→L+δ →L+ A → A → F+A → F+ P (F+Fe3C)
F中析出Fe3CⅢ， 量少,忽略不计. 室温组织: F＋P
亚共析钢室温组织: F＋P， 随C％增加，P含量增加。
＞0.9%C, Fe3CⅡ为晶界 连续网状, 强度下降, 但硬度仍上升。
＞2.11%C, 组织中有以 Fe3C为基的Le’,硬度高 脆性大, 难以切削加工。
⒊ 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