Fe-Fe3C相图

•铁碳合金在不同温度和含碳量下的平衡组织结构；•钢在热处理时，确定加热温度的一个重要依据。

1.组元2.相区3.重要线段4.重要的点5.组织结构转变1.纯铁2.Fe3C（渗碳体）渗碳体1.复杂正交晶格的金属化合物2.硬而脆液相L奥氏体 或AFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3C高温铁素体液相L高温铁素体δ液相L奥氏体γ或A高温铁素体δ铁素体α或F液相L奥氏体γ或AFe 3C高温铁素体δ铁素体α或FLAFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3Cα+γL+δδ+ γLAFe 3CA+Fe 3CF +Fe 3CA+LL+ Fe 3Ca bo合金状态处于o 点位置时，包含A+L 两相；A 相成分为a 点对应的成分，液相成分对应于b 点对应的成分；A 相所占比例为ob/ab ，液相比例为oa/ab 。

δF液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJHδF液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B C D FEGSP QKNJH HJB,1495 ℃,包晶反应C含量范围:0.09-0.53%δ0.09% + L 0.53% → A 0.17%δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QK NJH ECF,1148 ℃,共晶反应C含量范围:2.11-6.69%L 4.3% → A 2.11% + Fe 3CδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe3C A B CD FEGSP QKNJH PSK,727 ℃,共析反应C含量范围:0.02-6.69%A 0.77% → F 0.02% + Fe 3C (A 1线)δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJH 液相线ABCDδα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH 固相线 AHJECFδα液相L 奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B CD FEG SP QKNJH ES线,奥氏体的溶解度曲线E点2.11%C (A cm )δα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3C α+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3C A B C D FEG SP QKNJH PQ线,铁素体的溶解度曲线P点0.02%CQ点0.01%Cδα液相L奥氏体γ或AFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH GS线,奥氏体析出铁素体线A 3线δα液相LAFe 3Cγ+Fe 3Cα+Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEG SP QKNJH A 1A 3A cmδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFEGSP QKNJHδF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3C γ+LL+ Fe 3CA B DFEGQKNJH E 点:2.11%C,碳钢和铸铁的分界点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B DFGPQKNJH P点:0.02%C,碳钢和工业纯铁的分界点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B CDFGQK NJH C点:4.3%C,共晶点δF液相LAFe 3Cγ+Fe 3CF +Fe 3Cγ+LL+ Fe 3CA B DFGSQKNJH S点:0.77%C,共析点δα液相L奥氏体γ或A Fe 3Cγ+Fe 3C α+Fe 3Cγ+L L+ Fe 3C A BC DF EGSP QKNJ H工业纯铁:C<0.02%）亚共析钢:0.02%<C<0.77% 共析钢:C=0.77% 过共析钢:0.77%<C<2.11%亚共晶白口生铁:2.11%<C<4.3% 共晶白口生铁:C=4.3% 过共晶白口生铁:C>4.3%。

727
0.77
共析点
Q
0
<0.008
碳在α-Fe中的溶解度(也有C%=2.3X10-7的数据)
Fe--Fe3C合金相图的特性线
特性线
说明
AB
δ相的液相线
BC
γ相的液相线
CD
Fe3C的液相线
AH
δ相的固相线
AN
碳在δ相中的溶解度线
JE
γ相的固相线
JN
(δ+γ)相区与γ相区的分界线
GP
碳在α相中的溶解度线(T>A1)
LS←→αP+Fe-Fe3C共晶转变线，L+γ+Fe-Fe3C三相平衡区
铁碳合金热处理常用临界温度代号
符号
说明
A1
发生平衡相变γ←→α+Fe3的温度
A3
在平衡条件下亚共析钢γ+α两相平衡的上限温度
Acm
在平衡条件下过共析钢γ+Fe3两相平衡的上限温度
Ac1
钢加热时开始形成奥氏体的温度
Ar1
钢由高温冷却时奥氏体开始分解为Fe3的温度
特性点
温度(℃)
碳含量(%)
说明
A
1538
0
纯铁熔点
B
1495
0.53
在包晶转变温度下的液相含碳量
C
1148
4.30
共晶点
D
1227
6.69
渗碳体熔点
E
1148
2.11
碳在γ-Fe中的最大溶解度
F
1148
6.69
共晶转变线与渗碳体成分线的交点
G
912

α-Fe←→γ-Fe同素异构转变点(A3)

Fe-Fe3C相图分析单相区——5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)——ABCD以上区域δ固溶体区——AHNA奥氏体区(γ)——NJESGN铁素体区(α)——GPQ以左渗碳体区(Fe3C)——DFK直线图5.6-6 Fe-Fe3C相图两相区——7个7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：L+δ——AHJBAL+γ——BJECBL+ Fe3C——DCFDδ+γ——HNJHγ+α——GPSGγ+Fe3C——ESKFCEα+ Fe3C——PQLKSP三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ+γ)共晶线——水平线ECF(L+γ+Fe3C)共析线——水平线PSK(γ+α+Fe3C)相图中一些主要特性点的温度、成分及其意义列于表5.6-1。

表5.6-1 Fe-Fe3C相图中的特性点符号T /℃ C %说明A15380纯铁的熔点B14950.53包晶转变时液相成分C1148 4.30共晶点D1227 6.67渗碳体的熔点E1148 2.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F1148 6.67渗碳体的成分G9120纯铁α↔γ转变温度H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶点K727 6.67渗碳体的成分N13940纯铁γ↔δ转变温度P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q6000.0057600˚C碳在α-F e中的溶解度2007×10-7200˚C碳在α-F e中的溶解度Fe-Fe3C相图包含三个恒温转变：包晶、共晶、共析。

1包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反应式为：式中L0.53——含碳量为0.53%的液相；δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体；γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即奥氏体，是包晶转变的产物。

含碳量在0.09%~0.53%之间的合金冷却到1495℃时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。

共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应式为：共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号L d表示。

Fe-Fe3C相图分析单相区——5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)——ABCD以上区域δ固溶体区——AHNA奥氏体区(γ)——NJESGN铁素体区(α)——GPQ以左渗碳体区(Fe3C)——DFK直线图5.6-6 Fe-Fe3C相图两相区——7个7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：L+δ——AHJBAL+γ——BJECBL+ Fe3C——DCFDδ+γ——HNJHγ+α——GPSGγ+Fe3C——ESKFCEα+ Fe3C——PQLKSP三相区——3个包晶线——水平线HJB(L+δ+γ)共晶线——水平线ECF(L+γ+Fe3C)共析线——水平线PSK(γ+α+Fe3C)相图中一些主要特性点的温度、成分及其意义列于表5.6-1。

Fe-Fe3C相图包含三个恒温转变：包晶、共晶、共析。

包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反应式为：式中L0.53——含碳量为0.53%的液相；δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体；γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即奥氏体，是包晶转变的产物。

含碳量在0.09%~0.53%之间的合金冷却到1495℃时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。

共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应式为：共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用符号L d表示。

凡是含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却到1148℃时，都会发生共晶反应，形成莱氏体。

共析转变发生727℃（水平线PSK），反应式为：共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用字母P表示。

含碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至727℃时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形成珠光体。

Fe-Fe3C相图中的ES、PQ、GS三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。

奥氏体的最大溶碳量是在1148℃时，可以溶解2.11%的碳。

而在727℃时，溶碳量仅为0.77%，因此含碳量大于0.77%的合金，从1148℃冷到727℃的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体称为二次渗碳体(Fe3C II)。