铁碳合金的基本组织

第4讲铁碳合⾦基本组织及铁碳合⾦相图分析第三章铁碳合⾦第⼀节基本组织⼀、铁碳合⾦的基本组织1、铁素体（F）铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。

由于α-Fe晶粒的间隙⼩，溶解碳量极微，其最⼤溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是⼏乎不含碳的纯铁。

=180～230Mpa性能：σbHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%ak=156～196J·cm-2显微镜下观察，铁素体呈灰⾊并有明显⼤⼩不⼀的颗粒形状。

Array C）2、渗碳体（Fe3渗碳体是铁与碳形成的稳定化合物。

含碳量为6.69%性能：HB=800，硬度很⾼，脆性极⼤，是钢中的强化相。

显微镜下观察，渗碳体呈银⽩⾊光泽。

渗碳体在⼀定条件下可以分解出⽯墨，3、奥⽒体（A）奥⽒体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体。

γ-Fe的溶碳能⼒较⾼，最⼤为2.11%（1148℃）。

由于γ-Fe⼀般存在于727～1394℃之间，所以奥⽒体也只出现在⾼温区域内。

显微镜观察，奥⽒体呈现外形不规则的颗粒状结构，并有明显的界限。

性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗⼒。

是绝⼤多数钢种在⾼温进⾏压⼒加⼯所需的组织。

4、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的共析体。

珠光体的平均含碳量为0.77%，在727℃以下温度范围内存在。

显微镜观察，珠光体呈层⽚状特征，表⾯具有珍珠光泽，因此得名。

=750Mpa性能：σbHB=160～180较⾼δ=20～25%φ=30～40%适中5、莱⽒体（Ld）莱⽒体是由奥⽒体和渗碳体组成的共晶体。

铁碳合⾦中含碳量为4.3%的液体冷却到1148℃时发⽣共晶转变，⽣成⾼温莱⽒体。

合⾦继续冷却到727℃时，其中的奥⽒体转变为珠光体，故室温时由珠光体和渗碳体组成，叫低温莱⽒体。

统称莱⽒体。

第⼆节铁碳合⾦相图分析各主要线的意义：相图中的线是把具有相同转变性质的各个成分合⾦的开始点和终了点，分别⽤光滑曲线连接起来得到的，代表了铁碳合⾦内部组织发⽣转变的界限。

第五章铁碳相图定义：分析研究铁碳合金在平衡条件下合金的成分、温度、合金相之间关系的图解。

一、铁碳合金的基本组织与性能根据铁与碳组元的作用不同，铁碳合金的基本组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。

1、铁素体铁素体F：碳溶入α－Fe中形成的间隙固溶体铁素体性能：σb＝180－280MPa，δ＝30％－50％，硬度≈80HBS。

2、奥氏体奥氏体（A）：碳溶入γ－Fe中形成的间隙固溶体。

奥氏体性能：σb＝400MPa，δ＝40％－50％，硬度＝160－200HBS。

3、渗碳体渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物。

渗碳体性能：熔点高约1227℃，硬度≈800HBW，δ≈0，脆性大。

Fe3C是钢中的强化相，它的形态、大小、数量与分布对铁碳合金性能产生非常大的影响。

4、珠光体珠光体（P）：铁素体和渗碳体组成的两相复合物。

其性能介于F和Fe3C之间即：σb＝770MPa，δ＝20％－30％，硬度≈180HBS，A KV＝24－32J。

5、莱氏体（Ld或Ld′）莱氏体：奥氏体和Fe3C组成的两相复合物。

在1148℃时称为高温莱氏体（Ld′），溶碳量为ωC＝4.3％；在727℃时，由P和Fe3C组成的两相复合物，称为低温莱氏体（Ld）。

其性能与Fe3C相似，又硬又脆。

二、铁碳合金相图在铁碳合金中，铁与碳可形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物。

而稳定的化合物可作为一个独立的组元。

因此，整个Fe－C相图可视为由Fe－Fe3C、Fe3C－Fe2C等一系列二元相图构成。

但因铁碳合金中当ωC＞5％时，性能很脆，无实用价值，故铁碳合金相图中仅研究Fe－Fe3C相图。

简化后的Fe－Fe3C相图如图5－1所示。

1、相图分析Fe －Fe 3C 相图分为上、下两部分。

二元共晶相图（前面以讲）和二元共析相图。

⑴Fe －Fe 3C 相图中的特征点 P 点：碳在F 中的最大溶解度。

G 点：Fe Fe -⇔γα－的同素异晶转变点。

铁碳合金的基本组织名称类型特点一、铁碳合金的基本组织铁碳合金是指含有一定量碳元素的铁合金，其基本组织包括珠光体、贝氏体、马氏体和残余奥氏体四种。

1. 珠光体珠光体是铁碳合金中最常见的基本组织，其形态呈球状或半球状。

珠光体通常由铁素体经过缓冷或退火处理形成。

珠光体中的碳元素以Fe3C（水滑石）的形式存在，因此在显微镜下呈黑色。

2. 贝氏体贝氏体是由珠光体和渗碳贝氏体共同构成的一种基本组织。

贝氏体呈板条状，其形态与尺寸受到冷却速度和温度等因素的影响。

贝氏体中的碳元素以Fe3C和奥氏体固溶态（即固溶于γ-Fe中的C）的形式存在。

3. 马氏体马氏体是由奥氏体在快速冷却过程中分解而成。

马氏体呈针状或板条状，具有高强度、高硬度和良好的韧性。

马氏体中的碳元素以固溶态和Fe3C的形式存在，其中固溶态碳元素的含量较高。

4. 残余奥氏体残余奥氏体是指在快速冷却过程中未能完全转变为马氏体而残留下来的奥氏体。

残余奥氏体具有良好的韧性和可塑性，但强度和硬度较低。

残余奥氏体中的碳元素以固溶态和Fe3C的形式存在。

二、铁碳合金组织类型根据不同的冷却速度和温度条件，铁碳合金可以形成不同类型的组织。

常见的组织类型包括珠光体钢、淬火钢、退火钢、球墨铸铁等。

1. 珠光体钢珠光体钢是指经过缓冷或退火处理后所得到的组织为珠光体的钢。

珠光体钢具有良好的可加工性和韧性，但硬度和强度较低。

2. 淬火钢淬火钢是指经过快速冷却（淬火）处理后所得到的组织为马氏体的钢。

淬火钢具有高强度、高硬度和良好的耐磨性，但韧性较差。

3. 退火钢退火钢是指经过加热处理后缓慢冷却所得到的组织为贝氏体或珠光体的钢。

退火钢具有良好的可加工性和韧性，但强度和硬度较低。

4. 球墨铸铁球墨铸铁是指在铸造过程中加入一定量镁元素，使其形成球形石墨颗粒的铸铁。

球墨铸铁具有高强度、高韧性和良好的耐蚀性，适用于制造机械零件等要求高强度和耐磨性的零部件。

三、铁碳合金特点1. 铁碳合金具有良好的可加工性和可塑性，适用于制造各种机械零件、建筑材料等。

第二章铁碳合金§2-1 铁碳合金的基本组织一、【纯铁的同素异构转变】：固态金属随温度变化而发生晶格改变的现象，称为同素异构转变。

纯铁即具有同素异构转变的特征，如图所示：同素异构转变是纯铁的一个重要特性，以铁为基的铁碳合金之所以能通过热处理显著改变其性能，就是由于铁具有同素异构转变的特性。

金属的同素异构转变过程与液态金属的结晶过程相似，实质上它是一个重要结晶过程。

因此，它同样遵循着结晶的一般规律：有一定的转变温度；转变时需要过冷；有潜热产生；转变过程也括晶核的形成和晶核的长大两阶段。

二、铁碳合金的基本组织【铁碳合金的（基本组织）相】：铁素体、奥氏体、渗碳体均是铁碳合金的基本相。

1、【铁素体Ferrite（F）】：碳溶于α铁中的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。

它仍保持α铁的体心立方晶格；在727℃时的最大溶碳量为Ｗｃ＝0.0218％，在600℃是溶碳量约为Ｗｃ＝0.0057％，室温下几乎为零Ｗｃ＝0.0008％。

其室温性能几乎和纯铁相同，铁素体的强度、硬度不高（σb=180-280MPa,50-80HBS），但具有良好的塑性和韧性(δ=30%-50%,Akv=128-160J)。

所以以铁素体为基体的铁碳合金适于塑性成形加工。

2、【奥氏体Austenite（Ａ）】：碳溶于γ铁中的间隙固溶体称为奥氏体，用符号Ａ或γ表示。

它仍保持γ铁的面心立方晶格。

在727℃时的溶碳量为Ｗｃ＝0.77％，到1148℃是时达到最大Ｗｃ＝2.11％。

奥氏体的力学性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般奥氏体的强度、硬度为（σb 约为400MPa,160-200HBS），但具有良好的塑性和韧性(δ=40%-50%)，无磁性。

因为奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。

3、【渗碳体Cementite】渗碳体具有复杂晶格的间隙化合物，分子式为Fe3C，其Ｗｃ＝6.69％，是钢和铸铁中常用的固相。

熔点约为1227℃，渗碳全硬度很高（950－1050ＨＶ），而塑性与韧性几乎为零，脆性很大。

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。

185.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。

8.铁和碳形成的金属化合物（Fe3C）称为渗碳体、含碳量为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%。

1911.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。

2015.下图所示Fe—Fe3C状态图各区的组织，分别是：○1奥氏体，○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）。

铁碳合金的五种基本组织
铁碳合金是一种常见的金属材料，广泛应用于机械、汽车、航空等领域。

铁碳合金中的碳含量不同，其组织也会有所不同。

本文将介绍铁
碳合金的五种基本组织。

一、珠光体组织
珠光体是铁碳合金中最常见的组织之一，通常含有0.8%以上的碳。

珠光体由许多球形或半球形的晶粒组成，这些晶粒由铁和碳元素交替排
列而成。

珠光体具有良好的韧性和可加工性，在机械制造中广泛应用。

二、渗碳体组织
渗碳体是一种含有较高碳量（1.2%-2.0%）的铁碳合金组织，通常通
过在低温下将钢件浸入含有高浓度碳化物化学物质中来制备。

渗碳体
具有高硬度、高强度和耐磨性能优良等特点，在摩擦磨损领域得到广
泛应用。

三、马氏体组织
马氏体是一种在快速冷却过程中形成的铁碳合金组织，通常含有
0.2%-0.8%的碳。

马氏体具有高硬度、高强度和良好的韧性，是制造
高强度钢材的重要组织之一。

四、贝氏体组织
贝氏体是一种由铁和碳元素交替排列而成的组织，通常含有0.2%-0.8%的碳。

贝氏体具有较高的韧性和可塑性，同时也具有一定的硬度和强度，在汽车制造等领域得到广泛应用。

五、班氏体组织
班氏体是由温度升高时形成的铁碳合金组织，通常含有0.2%-0.8%的碳。

班氏体具有良好的韧性和可塑性，在机械制造中得到广泛应用。

结语：
以上就是铁碳合金的五种基本组织。

不同组织在机械制造等领域都有
不同的应用，因此在选择材料时需要根据具体使用场景来选择适合的
铁碳合金组织。