下载文档原格式
Fe-C 相图又称铁碳相图或铁碳状态图。
它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标,表示在接近平衡条件（铁-石墨）和亚稳条件（铁－碳化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。
简史早在1868 年，俄国学者切尔诺夫（Д．к．Чернов）就注意到只有把钢加热到某一温度”a”以上再快冷,才能使钢淬硬,从而有了临界点的概念。
至1887～1892年奥斯蒙（F.Osmond）等利用热分析法和金相法发现铁的加热和冷却曲线上出现两个驻点，即临界点A3和A2，它们的温度视加热或冷却(分别以A c和A r表示)过程而异。
奥斯蒙认为这表明铁有同素异构体，他称在室温至A2温度之间保持稳定的相为α铁；A2～A3间为β铁；A3以上为γ铁。
1895年，他又进一步证明，如铁中含有少量碳,则在690或710℃左右出现临界点,即A r1点,标志在此温度以上碳溶解在铁中,而在低于这一温度时,碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来,随铁中碳量提高，A r3下降而与A r2相合,然后断续下降，至含碳为0.8～0.9％时与A r1合为一点。
1904年又发现A4至熔点间为δ铁。
以上述临界点工作的成果为基础，1899年罗伯茨－奥斯汀（W.C.Roberts-Austen）制定了第一张铁碳相图；而洛兹本(H.W.Bakhius Roozeboom)更首先在合金系统中应用吉布斯(Gibbs)相律,于1990年制定出较完整的铁碳平衡图。
随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。
目前采用的铁碳平衡图示于图1，图中各重要点的温度、浓度及含义如下表所列。
当铁中含碳量不同时，得到的典型组织如图2所示。
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。
Fe-C相图详解图1 Fe-Fe3C合金相图1、相图中的基本相及其符号表示（1）液相（L）：铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀液体。
（2）高温铁素体（δ）：碳固溶在δ-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，在1394℃以上存在；在1495℃时溶碳量最大，碳的质量分数为0.09%。
（3）铁素体（α/F）：碳固溶在α-Fe中形成的间隙固溶体，呈体心立方晶格结构；由于晶格间隙很小，其溶碳能力很低，常温下仅能溶解为0.0008%的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02%，因此其性能几乎和纯铁相同，强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。
（4）奥氏体（γ/A）：碳固溶在γ-Fe中形成的间隙固溶体, 呈面心立方晶格结构，是钢铁的一种层片状的显微组织；由于八面体间隙较大，因此可以容纳更多的碳；奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。
（5）渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物；渗碳体的含碳量为ωc=6.67%，熔点为1227℃；其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大；在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对合金的性能有直接影响：一次渗碳体（Fe3C I）：液相合金冷却到液相线以下时析出的渗碳体，为块状。
共晶渗碳体（Fe3C共晶）：莱氏体中的渗碳体，呈骨骼/树枝状。
二次渗碳体（Fe3C II）：由奥氏体中析出的渗碳体，为网状。
共析渗碳体（Fe3C共析）：珠光体中的渗碳体，呈片状。
三次渗碳体（Fe3C III）：从铁素体晶界上析出，沿铁素体晶界呈断续片状/短棒状分布。
（6）珠光体（P）：铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物；力学性能介于两者之间。
（7）莱氏体（Ld/Ld’）：常温下是珠光体、渗碳体和共晶渗碳体的混合物；当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示；在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏。
4.铁碳合金相图主要研究铁与碳的相互作用，以便认识铁碳合金的本质，了解铁碳合金的成分、组织与性能的关系。
（1）Fe-Fe3C相图Fe与C可形成一系列化合物，实际应用含C不超过5%，所以只研究Fe-Fe3C 部分。
Fe-Fe3C相图由包晶、共晶、共析三个基本的相图组成。
符号国际通用，不能任意写。
各点成分、温度要记住。
见图2-30图2-30 Fe-Fe3C相图（2）组元1）、纯铁：熔点1538℃，具有同素异构转变，使其能合金化和热处理。
α-Fe 912℃γ-Fe 1394℃δ-Fe性能：强度低、塑性好。
HB50～80, δ=30～50%2）、渗碳体是铁与碳形成的间隙化合物，含碳量为6.69%，熔点1227℃。
性能：硬而脆，塑性≈0 HB800 δ≈0。
（3）基本相1）、液相（L）：Fe、C的液溶体。
2）、δ相：C溶于δ-Fe中的间隙固溶体，存在于高温，又称δ铁C max%=0.09%。
3）、γ相：C溶于γ-Fe中的间隙固溶体，称奥氏体。
用γ或A表示。
C max%=2.11%。
4）、α相：C溶于α-Fe中的间隙固溶体，称铁素体。
用α或F表示。
C max%=0.0218%。
5）、Fe3C相：它是Fe与C形成的间隙化合物，也叫渗碳体，含碳量为6.69%。
按其来源可分为：Fe3CⅠ：从L 中直接结晶出的Fe3C。
Fe3CⅡ：从A 中沿晶界析出的Fe3C。
Fe3CⅢ：从F 中沿晶界析出的Fe3C。
Fe3C共晶：共晶反应得到的Fe3C。
Fe3C共析：共析反应得到的Fe3C。
他们的本质是一样的，只是形状不同。
（4）Fe-Fe3C相图分析1）点：A Fe的熔点：1538℃ B Fe3C熔点：1227℃J 包晶点； C 共晶点；S 共析点。
E 钢与铁的分界点，含碳量为2.11%。
≤2.11%的铁碳合金为钢，>2.11%的铁碳合金为铁。
2）区：五个单相区：L δ α γ Fe3C七个双相区：L+δ L+γ L+ Fe3C δ+γ α+γ γ+ Fe3C α+ Fe3C3）线：⑤ABCD 液相线⑤AHJECF 固相线⑤三条水平线HJB包晶转变线，在1495℃的恒温下，发生包晶转变：L B+δH1495℃γJ凡含碳量在0.09～0.53%之间的合金，均发生包晶转变。
