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4 铁碳合金的相图的详细讲解

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铁碳合金相图分析

铁碳合金相图分析

1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温

铁碳合金相图

铁碳合金相图

F % ≈ 1 – 12 % = 88 %
珠光体
强度较高，塑性、韧性和硬度介于 Fe3C 和 F 之间。
室温组织: 层片状 P ( F + 共析 Fe3C ) 500×
(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
P % = ( 0.4 – 0.0218 ) / ( 0.77 – 0.0218 ) ≈ 51 % F % ≈ 1 – 51 % = 49 %

白口铸铁 —— 2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 % 亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 % 类型 钢号 碳质量分数／％ 亚共析钢 20 45 60 0.20 0.45 0.60 共析钢 T8 0.80 过共析钢 T10 T12 1.00 1.20
(4)各相的质量： QL= 50×2/3 = 33.3（kg) Qα = 50-33.3 = 16.7（kg)
2) 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（ No ）
3) 晶粒度级数数值越大，晶粒越细。（Yes ）
5. 1) 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度
2) 为细化晶粒，可采用： a. 快速浇注 b. 加变质剂
√ √
c. 以砂型代金属型
各相的相对量：
Fe3CII % ≈ 1.2 / 6.69 = 18 % F % ≈ 1 – 18 % = 82 %
室温组织
P + Fe3CII
400×
(5)共晶白口铁 ( C % = 4.3 % )结晶过程
室温组织 （低温）莱氏体 （P + Fe3CII + 共晶 Fe3C） 莱氏体 Le′的性能

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

第4章 铁碳合金相图

F
Ld A+ S Ld+ Fe3CⅠ A+F K Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld F P 727 P F+ Fe3C Ld P+ Q P+F Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+L′d L′d+ Fe3CⅠ Fe3C Fe F+ Fe C C%
3 Ⅲ
PSK线-共析线。奥氏体冷却到共析温度（727℃）时，将发生共 析转变生成珠光体。
1.工业纯铁： • wC ≤ 0.0218 %，室温组织为铁素体。 2.钢 • 0.0218 % ＜ wC ≤ 2.11 %，高温固态组织为塑性很好 的奥氏体，适于热压成形。
Fe3C——渗碳体 具有复杂晶格的间隙化合物，C%=6.69%
第四章 铁碳合金相图
一、上半部分图形
912˚C 以上的部分，由液态变
为固态的第一次结晶。 组元：γ-Fe与Fe3C 1、图中各点分析 A点：纯铁的熔点 D点：渗碳体的熔点 E点：在1148˚C 时碳在
γ-Fe中最大溶解度（2.11%）
A G F A+F P
H J
L+ B L+A
L D C
E A+ Fe3C
A+ S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Ld P Ld
L+ Fe3C
F
Ld+ Fe3CⅠ Ld L′d+ Fe3CⅠ
K
Q P+F
Fe
P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+L′d
F+ Fe3C
F+ Fe3CⅢ
C%
Fe3C
三、 Fe-Fe3C相图中各点、线含义的小结

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

4 铁碳合金相图

4 铁碳合金相图

一、共析钢
1 C 2
•珠光体中铁素体与渗碳体的
相对量可用杠杆定律求得。
w FP SK 6.69 0.77 100%
PK 6.69 0.0218 88.8%
PS 0.77 - 0.0218
3
w Fe 3 C
PK 6.69 0.0218 11 .2 % (1 - w FP ) 100%
σb
750~900MPa
δ
20%~25%
αk
24~32J/㎝2
第四章 铁碳合金相图
硬度
180~280HBS
共晶转变与共析转变比较
相同点： • 在恒温下，由一相转变成两相混合物
不同点：
• 共晶转变——从液相发生转变；共晶体-莱氏体Ld；
• 共析转变——从固相发生转变；共析体-珠光体P；
• 由于原子在固态下扩散困难，故共析体比共晶体 更细密。
第四章 铁碳合金相图
二、下半部分图形-固态的相变
2.图中各线的分析
• PQ-碳在铁素体中固溶线，碳在铁素体中的最大溶解度是P 点，随着温度降低溶解度减小。从727℃到室温，铁素体中
溶碳量从wC=0.0218%减小到wC=0.0008%。
第四章 铁碳合金相图
三次渗碳体（Fe3CⅢ）——由727℃冷却到室温的过程中，过 剩的碳将以渗碳体形式从铁素体中析出，称为三次渗碳体。 一次渗碳体（Fe3CⅠ）——自液态合金中直接析出的渗碳体。 二次渗碳体（Fe3CⅡ）——自奥氏体中析出的渗碳体。
第四章 铁碳合金相图
三、渗碳体
σb
30MPa
δ
0%
αk
0J/㎝2
硬度
800HBW
• 渗碳体是指晶体点阵为正交点阵，化学式近似于Fe3C的一种 具有复杂晶格的间隙化合物，用符号Fe3C表示。 • 其含碳量为wc=6.69%，熔点为1227℃，不发生同素异构转变， 有磁性转变，在230℃以下具有弱磁性，230℃以上失去铁磁 性。 • 渗碳体中碳原子可被氮等小尺寸原子置换，而铁原子则可被 其他金属原子置换。这种以渗碳体为溶剂的固溶体称为合金 渗碳体。 • Fe3C在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或块 状。在碳钢中起强化相，其形态与分布对钢的性能有很大影 响。在一定条件下会分解成石墨状的自由碳。

第四章 铁碳合金相图

第四节铁碳合金相图从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。

一、铁碳合金中的基本相铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基本组元也应该是纯铁和Fe3C。

铁存在着同素异晶转变，即在固态下有不同的结构。

不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。

由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的溶碳能力也不同。

1．铁素体2．奥氏体3．渗碳体二、铁碳合金相图分析1．Fe- Fe3C相图中的特性点图4-14是Fe- Fe3C相图。

图中各点的温度、含碳量及其意义示于表4-1中。

Fe- Fe3C相图中的特性点均采用固定的字母表示。

图4-14 Fe-Fe3C相图2．Fe-Fe3C相图中的特性线相图中的ABCD线为液相线，AHJECFD为固相线，ES线是碳在γ-Fe中的固溶度曲线，又叫作Acm 线。

PQ线是碳在α-Fe中的固溶度曲线。

GS线是冷却过程中，由奥氏体中析出铁素体的开始线，或者是加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线，GS线又叫作A3线。

根据生成条件的不同，渗碳体可分为一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体五种。

它们的不同形态与分布，除对铁碳合金性能有不同影响外，就其本身来讲，并无本质区别。

三、铁碳合金的结晶过程下面以几种典型的铁碳合金为例，分析其平衡结晶过程及组织。

由于工业纯铁的实际应用较少，所以这里不分析其结晶过程。

所选合金的成分如图4-15所示。

图4-15 6个典型的铁碳合金结晶过程分析1．共析钢的结晶过程分析图4-15中，合金①是共析钢，其结晶过程示于图4-16。

图4-16 共析钢结晶过程示意图2．亚共析钢的结晶过程分析图4-15中的合金②是亚共析钢，其结晶过程如图4-17所示。

图4-17 亚共析钢结晶过程示意图3．过共析钢的结晶过程分析图4-15中的合金③是过共析钢，其结晶过程如图4-18所示。

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。

第四章 铁碳合金相图


的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁
性。
铁碳合金中的基本相
• 铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好，
而强度、硬度低。
• δ=30%~50%，AK=128~160J
σb=180~280MPa，50~80HBS。
铁碳合金中的基本相
• 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，在亚共析钢中铁素体呈
铁碳合金中的基本相
• 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。
铁碳合金中的基本相
3、渗碳体（Cementite）
• 渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金
属化合物，用化学分子式“Fe3C”表示。它
的碳质量分数wc=6.69％，熔点为1227℃。
• 硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸蚀 后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸 溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。
第四章 铁碳合金相图
LOGO
概述
• 钢铁是现代工业中应用最广泛的材料，其 基本组成元素是铁和碳，故称为铁碳合金。 普通碳钢和铸铁就属于铁碳合金的范畴， 而合金钢则是有意加入一些合金元素的铁 碳合金。 • 为了研究铁碳合金的组织和性能以及它们 与成分、温度的关系，就必须学习铁碳合 金相图。
概述
• 铁碳合金相图最早是在1889年测定的，距
• 钢中wc↑，其可焊性↓，故焊接用钢主要是指 低碳 钢和低碳合金钢。
上一级
• （三） 切削加工性能
• 金属的切削加工性能是指金属进行切削 加工时的难易程度。 • 钢的硬度为160～230HBS时，切削加工 性最好。
上一级
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
LOGO
水平线ECF为共晶反应线。

第四章 铁碳合金讲解


Fe3C = 1 - Wα = 6.42%
第四节 碳的质量分数对铁碳 合金组织、性能的影响
碳的质量分数对平衡组织的影响。 碳的质量分数对力学性能的影响。 碳的质量分数对工艺性能的影响。
一.碳的质量分数对平衡组织的影响
随着含碳量的增加, Fe－C合金的组织发生下列变化： α+Fe3CⅢ→α+P→P→P+Fe3CⅡ→Fe3CⅡ+Ld’+P→Ld’→ Fe3CⅠ+Ld’，称为组织组成物 所有Fe-Fe3C合金的室温组织都是由铁素体α和渗碳体 Fe3C两相组成，因此，把铁素体和渗碳体称为Fe-Fe3C 合金的相组成物。
L+ Fe3CⅠ
F
γ+
Ld Ld+Fe3CⅠ
α
γ+α S Fe3CⅡ P (α+ Fe3C)
γ+Ld+Fe3CⅡ
727℃ K
P+α
Q
P P+Fe3CⅡ
Ld’
P+Ld’+Fe3CⅡ
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C 2.11%C Fe

4.3%C
6.69%C Fe3C
二、Fe-Fe3C 相图的分析
1.包晶转变反应式:
LB + H 1495℃ αJ
2.共晶转变反应式:
1148℃
LC
(γE + Fe3C )
Ld
3.共析转变反应式:
γS 727℃ (αP + Fe3C ) P
B. 两条磁性转变线
230℃为水平线为Fe3C的磁性转变线，230℃以 上Fe3C无磁性，230℃以下为铁磁性。常用A0表 示
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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
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布,
性能介于两相之间。
珠光体
PSK线又称A1线 。
24
⑶ 其它相线 • GS,GP— ⇄ 固溶体
转变线, GS又称A3线。
• HN,JN—δ⇄ 固溶体 转变线， • ES—碳在 -Fe中的固 溶线。又称Ac m线。 • PQ—碳在-Fe中的固 溶线。
Fe
Fe3C
Fe2C
FeC
C%(at%) →
C
铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、 组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其 变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工 等工艺规程打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际 上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图，如图所示。
1600 A δ H B δ+A J 1400 1394℃
L+δ
L
L+A 1148℃
D
L+Fe3CⅠ
温度/ ℃
1200 1000 800 F 600 Q 400 200
A
F
E G 912℃ F+A P S P
P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+L'd A+Fe3CⅡ+Ld A+Fe3CⅡ
727℃
C Ld
Le+ Fe3CⅠ
K
Ld Ld+ Fe3CⅠ Fe3C
Q P+F Fe F+ Fe3CⅢ
C%
43
（四）含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 ⒈ 含碳量对室温平衡组织的影响 含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：
钢 铁 分 类
含碳量%
钢 工 业 共析钢 纯 铁 亚共析钢 过共析钢
0 0.0218 100 0.77 2.11
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
过共析钢组织金相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% )
白口铸铁 (2.11～6.69%C) 铸造性能好, 硬而脆 a. 亚共晶白口铸铁 (2.11～4.3%C) P+Fe3CII+Ld′ b. 共晶白口铸铁 (4.3%C) Ld′ c. 过共晶白口铸铁 (4.3～6.69%C) Fe3CI+Ld′
26
工 业 纯 铁
亚 共 共 析 析 钢 钢 P F + P
奥氏体
奥氏体组织金相图
• ⑶ 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。
• Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零

Fe3C是一个亚稳相，在一定 条件下可发生分解：
Fe3C→3Fe+C(石墨), 该反应
对铸铁有重要意义。

钢中的渗碳体
由于碳在-Fe中的溶解度很小，
15
※二 铁碳合金相图
1.Fe-C相图与Fe-Fe3C相图
• • • • 铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，它们都可以作 为纯组元看待。 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
铣
车 刨 钻
(5) 热处理性能: 后续介绍
磨
切削加工的基本形式
46
焊 缝 组 织
铸 造
模锻
47
（五） 铁碳合金相图的应用 1）在铸造中的应用。根据相图可以知道各种成分的钢 和铸铁的结晶温度，可确定合金的浇注温度，知道合 金的凝固温度范围，判断流动性以及缩孔、缩松的倾 向。共晶成分的合金，结晶温度较低，偏析较小，流 动性好，因而铸造合金的成分常选用接近共晶成分。 2）在锻造中的应用。钢中有奥氏体组织时，塑性好， 变形是抗力低，便于塑性变形，故常选择单相奥氏体 区域的适当温度范围。 3）在热处理中的应用。相图反映了不同成分的合金在 缓慢加热或冷却时，所发生的组织转变温度，是制订 热处理工艺的依据。
因而常温下碳在铁碳合金中主
要以Fe3C或石墨的形式存在。
铸铁中的石墨
渗碳体组织金相图
• ⑷珠光体：铁素体与Fe3C的机械混合物，用P表示。

珠光体的组织特点是两相 呈片层相间分布,性能介
于两相之间。
珠光体
珠光体 ( P )
• ⑸莱氏体：机械混合物
• 高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Ld表示
A
L+δ
L
L+A 1148℃
D
L+Fe3CⅠ
F
E G 912℃ A+Fe3CⅡ F+A 800 F P S 600 Q 400 200
A+Fe3CⅡ+Ld
727℃
C Ld
Fe3CⅠ+Ld
K
F + P
P
P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+L'd
L'd
Fe3CⅠ+L'd
• ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
第四章 铁碳合金相图及碳素钢
※一 铁碳合金的基本组织 ※二 铁碳合金相图
※三 碳素钢（非合金钢）
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※一 铁碳合金的基本组织
一【 新课导入】
钢和生铁都是铁碳合金，其基本组织是铁和碳两 个元素，是现代工业中应用最广泛的金属材料。为 了熟悉钢铁材料的组织与性能，以便在生产中合理 使用，首先必须研究铁碳合金相图。一般说的铁碳 合金相图，实际上是铁-渗碳体（Fe- Fe3C ）相图。 根据含碳量的不同，碳可以溶解在铁中形成固溶体， 也可以反应形成金属化合物，或固溶体与金属化合 物组成机械混合物。因此，在铁碳合金中出现以下 几种基本组织：
Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe3C
Fe - Fe3C 相图
T° A
L
L+A
E A+ Fe3CⅡ
D
C L+ Fe3CⅠ F Ld+Fe3CⅠ 727℃ K Ld’+Fe3CⅠ 6.69%C Fe3C
1148℃
G
A
S A+F F P ( F+ Fe3C )
( A+Fe3C )
Ld
A+Ld+Fe3CⅡ P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ ( P+Fe3C ) 4.3%C
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（二）铁碳合金的分类
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。
钢(0.0218～2.11%C)高温组织为单相 a. 亚共析钢 (0.0218～0.77%C) 室温组织为F+P b. 共析钢 (0.77%C) P c. 过共析钢 (0.77～2.11%C) Fe3CⅡ +P
过 共 析 钢 Fe3CⅡ +P
亚 共 晶 白 口 铁 P+Fe3CII+Ld′
共 晶 白 口 铁
Ld′
过 共 晶 白 口 铁 Fe3CI+Ld′ 6.69 00
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（三）典型铁碳合金的结晶过程及其组织
• • • • • • • 工业纯铁 ( ingot iron ) 共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) 亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
• 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以Ld、表示 • 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。