3.4 Fe-C合金
合集下载
[全]铁碳相图解读
![[全]铁碳相图解读](https://img.taocdn.com/s3/m/118eb2112cc58bd63086bdb9.png)
铁碳相图解读Fe-C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。
1、Fe-C相图中重要的点2、Fe-C相图中重要的线3、Fe-C合金平衡结晶过程Fe-Fe3C相图中的相：Ⅳ、过共析钢（0.77%<C%<2.11%）Ⅴ、共晶白口铁（C%=4.3%）Ⅵ、亚共晶白口铸铁（2.11%<C%<4.3%）Ⅶ、过共晶白口铸铁（C%>4.3%）是不是已经凌乱了，不要急，咱们再从下面这个角度继续推演这个过程：铁碳相图可视篇Fe—C二元真乾坤铁碳相图中的相有：铁素体：碳溶解于α-Fe中形成的固溶体，用α或 F表示；高温铁素体（δ-铁素体）：由于δ-Fe是高温相，因此碳溶解于δ-Fe中形成的固溶体也称为高温铁素体，用δ表示奥氏体：碳溶解于g－Fe中形成的固溶体，用g或A 表示渗碳体：铁和碳形成的化合物，含碳量为6.69%，用Fe3C或Cm表示铁碳相图中的组织：珠光体：共析转变的产物，是a 与Fe3C的机械混合物，用P表示。
莱氏体：共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，用符号Ld 表示。
低温莱氏体：这种由P与Fe3C组成的共晶体称，用Le’表示此外还有Fe3CⅠ、Fe3C Ⅱ、Fe3CⅢ以及Fe3C（共析渗碳体）组织及相组成计算接下来让我们们看一下含碳量不同的液相的析晶过程：C%很低亚共析共析过共析亚共晶共晶过共晶铁碳相图升华篇奥氏体：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性铁素体：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。
《金属工艺学》铁碳合金
主要线
二条平行线（ECF、PSK）表示恒温反应： ECF：1148 ℃发生共晶反应 Lc --- AE + Fe3C PSK: 727 ℃发生共析反应 As ----- FP + Fe3C
ES线（Acm线）:C在A中的固溶线。 1148 ℃：C在A中最大溶解度2.11% 727 ℃: C在A中最大溶解度0.77%
在钢中与其他组织共存时，可呈片状、网状或粒 状。 Fe3C的形状、大小、分布和数量对钢的性 能有极大的影响。
Fe3C在一定条件下可分解成铁和石墨。
（4）珠光体 P
含碳量为0.77%的A同时析出F和Fe3C的机械 混合物。（共析反应）
P是软的F片和硬的Fe3C片相间的机械混合物。 性能介于两者之间：δ=20～25%，σb =600～800MPa，HBS=170～230
（2）固溶体是单相，它具有与溶剂金属相同的晶 格。其基本性能也同溶剂。
（3）根据溶解的方式不同，固溶体可分为：
① 置换固溶体（下页图）
一部分溶剂晶格结点上的原子被溶质原子所代替。 在溶剂和溶质原子直径差别不大时易形成。晶格会 发生畸变，塑性变形阻力增加，强度和硬度升高， 这种溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象， 叫固溶强化。——提高合金机械性能的一个途径。
目的： ① 细化晶粒（可提高σ、δ、ak） ② 降低硬度（便于切削加工） ③ 消除内应力（以及加工硬化）、（可防变形和
开裂）
1、完全退火
将亚共折钢加热到AC3以上30-50℃，保温 后缓冷。
加热得细晶粒的A，冷却后得细晶粒F＋P。 目的：
①细化晶粒；②降低硬度；③消除内应力。
2、球化退火
重要特性点 P19 B1-4
特性点 A C D E F G
3.铁碳合金和铁碳相图资料
发生共晶反应的成分范围： Wc ：2.11 %—6.69%
(合金成分线与ECF线相交) 产物： γE和Fe3C两相混合物，称为莱氏体。用Le表示。（Fe3C为
基体；γE呈粒状或卵状分布在基体上）
莱氏体是塑性很差也很硬的组织。 共晶点C ：(4.3,1148)
3）共析转变 （水平线PSK,亦称A1线） 727º C gs aP Fe3C +
HV=950~1050
δ=0
二、 Fe-Fe3C相图的相
1.液相 L
2.δ 相（高温铁素体）：碳溶于δ -Fe的间隙固溶体。
在1495℃时的最大溶碳量为0.09%。（bcc） 3.α 相（F，铁素体）：碳溶于α -Fe的间隙固溶体。 在727℃时的最大溶碳量为0.0218%。（bcc） 性能：软而韧
室温组织: 先共析F + P
亚共析钢显微组织示意图
室温组织为珠光体及铁素体,珠光体呈黑色块状, 铁素体呈连续白色网状在珠光体周围
亚共析钢结晶过程:L
L+A
A
F+A
F+P
求室温中相 组织的含量
室温各相的相对量：（在α + Fe3C两相区室温用杠杆定律） Fe3C%≈0.45/6.69=6.7%
温度低于此线时，
碳以Fe3C形式从A中析出，
析出的次生Fe3C 又称二次渗碳体， 记为Fe3CII 。
固溶度线
PQ 碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线
（温度 ，最大溶解度 ） (0.0008%—0.0218%)
温度低于727℃时，
碳以Fe3C形式从F中析出，
析出的Fe3C 又称三次渗碳体， 记为Fe3CIII 。
4.Fe-Fe3C相图中的转变
Fe-C相图解析
物，含碳量为6.69％。
铁碳合金中的根本组织
含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％ 的合金为白口铸铁。全部碳钢和白口铸铁在室温下的 组织均有铁素体〔F〕和渗碳体〔Fe3C〕这两个根本 相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相 对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
✓ 在铁碳合金中，当wc=0.77％，温度在727℃时，会 产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时，
合金⑤是碳的质量分数为共晶成分〔wc=4.3%〕的共晶铁碳合金。从相图上可 看到当温度在1点〔1148 C〕之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发 生恒温共晶转变。即 L4.3→(A2.11+Fe3C)≡Ld。液相全部以共晶转变的方式结 晶成高温莱氏体〔Ld〕。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥 氏体和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但 当温度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶 奥氏体也同样会析出Fe3CⅡ，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在 1～2点之间合金⑤的显微组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3CⅡ，时其 本身的碳的质量分数也不断下降，当温度降到2点〔727℃〕时共晶奥氏体的wc ＝0.77%，随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合 金⑤的显微组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微组织称 为低温莱氏体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3CⅡ+Ld` 。
室温组织 过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体〔即二次渗碳体〕组 成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2 ％的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二 次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色 网络状。
铁碳合金中的根本组织
含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％ 的合金为白口铸铁。全部碳钢和白口铸铁在室温下的 组织均有铁素体〔F〕和渗碳体〔Fe3C〕这两个根本 相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相 对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
✓ 在铁碳合金中，当wc=0.77％，温度在727℃时，会 产生共析转变。所共析转变是指在某一恒定温度时，
合金⑤是碳的质量分数为共晶成分〔wc=4.3%〕的共晶铁碳合金。从相图上可 看到当温度在1点〔1148 C〕之上是均匀的液相状态，当温度降到1点之后发 生恒温共晶转变。即 L4.3→(A2.11+Fe3C)≡Ld。液相全部以共晶转变的方式结 晶成高温莱氏体〔Ld〕。组成高温莱氏体的奥氏体和渗碳体分别被称为共晶奥 氏体和共晶渗碳体。共晶奥氏体通常以树枝状分布在共晶渗碳体的基体上。但 当温度降到1点以下，随温度的下降，碳在奥氏体中溶解度的下降，Ld中的共晶 奥氏体也同样会析出Fe3CⅡ，并与Ld中作为基体的共晶渗碳体混成一体。在 1～2点之间合金⑤的显微组织是Ld。当Ld中的共晶奥氏体析出Fe3CⅡ，时其 本身的碳的质量分数也不断下降，当温度降到2点〔727℃〕时共晶奥氏体的wc ＝0.77%，随即发生共析转变，共晶奥氏体转变成珠光体，从2点直到室温，合 金⑤的显微组织是在渗碳体的基体上分布着树枝状的珠光体。这种显微组织称 为低温莱氏体，也称为变态莱氏体，符号是Fe3CⅡ+Ld` 。
室温组织 过共析钢其组织由珠光体和先共析渗碳体〔即二次渗碳体〕组 成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图为含碳量1.2 ％的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二 次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色 网络状。
铁碳合金
在液相线ABCD以上区域铁和碳所形成的均匀液体， (用L表示) 。
（一）图中的点 三、Fe－Fe3C 相图分析
符 温度 ℃ 含碳量(%) 号
※ A 1538
0
H 1495
0.09
J 1495
0.17
B 1495
0.53
※ E 1148
2.11
※ C 1148
4.30
F 1148
6.69
※ D 1227
时间 4
P+ Fe3CII+ L’d(P+ Fe3CII +Fe3C)
P+Fe3CII L’d
相 组 成 物： F、Fe3C 组织组成物： P、Fe3CII、L’d
亚共晶白口铁室温下组织组成物的计算：
L'd
Ld
x 2.11 100% 4.3 2.11
P Fe3CII
E
4.3 x 100% 4.3 2.11
由铁碳相图，可按含碳量和组织不同分成三类
(1) 工业纯铁 （ <0.0218%C）
(2)钢
(0.0218-2.11%C)
亚共析钢 <0.77%C 共析钢 0.77%C 过共析钢 >0.77%C
(3) 白口铸铁
（2.11-6.69%C )
亚共晶白口铁 < 4.3%C 共晶白口铁 = 4.3% C 过共晶白口铁 > 4.3%C
Fe3C
时间
5
Fe3CII P
相 组 成 物： F、Fe3C 组织组成物： P、Fe3CII 根据杠杆定律可以计算室温下各种过共析钢中相组成 物及组织组成物的相对量。
相组成物的计算同共析钢，只要代入相应的含碳量
组织组成物的计算：
（一）图中的点 三、Fe－Fe3C 相图分析
符 温度 ℃ 含碳量(%) 号
※ A 1538
0
H 1495
0.09
J 1495
0.17
B 1495
0.53
※ E 1148
2.11
※ C 1148
4.30
F 1148
6.69
※ D 1227
时间 4
P+ Fe3CII+ L’d(P+ Fe3CII +Fe3C)
P+Fe3CII L’d
相 组 成 物： F、Fe3C 组织组成物： P、Fe3CII、L’d
亚共晶白口铁室温下组织组成物的计算：
L'd
Ld
x 2.11 100% 4.3 2.11
P Fe3CII
E
4.3 x 100% 4.3 2.11
由铁碳相图，可按含碳量和组织不同分成三类
(1) 工业纯铁 （ <0.0218%C）
(2)钢
(0.0218-2.11%C)
亚共析钢 <0.77%C 共析钢 0.77%C 过共析钢 >0.77%C
(3) 白口铸铁
（2.11-6.69%C )
亚共晶白口铁 < 4.3%C 共晶白口铁 = 4.3% C 过共晶白口铁 > 4.3%C
Fe3C
时间
5
Fe3CII P
相 组 成 物： F、Fe3C 组织组成物： P、Fe3CII 根据杠杆定律可以计算室温下各种过共析钢中相组成 物及组织组成物的相对量。
相组成物的计算同共析钢，只要代入相应的含碳量
组织组成物的计算：
复合材料细观力学答案
一、知识部分1、计算面心立方、体心立方结构的（100）、（110）、（111）等晶面的面密度，计算密排六方结构的（0001）、（1010）晶面的面密度（面密度定义为原子数/单位面积）。
解：设立方结构的晶胞棱长为a 、密排六方结构晶胞轴长为a 和c 。
（1）体心立方：在一个晶胞中的（001）面的面积是2a ，在这个面积上有1个原子，所以其面密度为21a；在一个晶胞中的（110）面的面积是22a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22a ；在一个晶胞中的（111）面的面积是223a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为223a。
（2）面心立方：在一个晶胞中的（001）面的面积是2a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22a；在一个晶胞中的（110）面的面积是22a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22a ；在一个晶胞中的（111）面的面积是223a ，在这个面积上有1.5个原子，所以其面密度为23a。
（3）密排六方：在一个晶胞中的（0001）面的面积是223a ，在这个面积上有1个原子，所以其面密度为2332a；在一个晶胞中的（1010）面的面积是c a 2，在这个面积上有次个原子，所以其面密度为c a 21；2、纯铁在912℃由bcc 结构转变为fcc 结构，体积减少1.06%，根据fcc 结构的原子半径计算bcc 结构的原子半径。
它们的相对变化为多少？如果假定转变前后原子半径不变，计算转变后的体积变化。
这些结果说明了什么？解：设bcc 结构的点阵常数为a b ，fcc 结构的点阵常数为a f ，由bcc 结构转变为fcc 结构时体积减少1.06％，因bcc 单胞含2个原子，fcc 单胞含4个原子，所以2个bcc 单胞转变为1个fcc 单胞。
则10006.122333=-b bf a a a 即 b b f a a a 264.110006.10121=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯= bcc 结构的原子半径b b a r 43=，fcc 结构的原子半径f f a r 42=，把上面计算的a f 和a b 的关系代入，并以r f 表示r b ，则f f f b b r r a a r 9689.02264.1443264.14343=⨯⨯⨯=⨯==它们的相对变化为0311.019689.0-=-=-bfb r r r 如果假定转变前后原子半径不变，转变后的体积变化为()()()1.83423422422333333-=-=-b b f b bf r r r a a a ％从上面的计算结果可以看出，如果转变前后的原子半径不变，则转变后的体积变化很大，和实际测得的结果不符，也和金属键的性质不符。
Fe—C合金的组织和性能
碳在γ－Fe晶格中的位置
奥氏体的显微组织
Fe—C合金中的基本相 －C
（5）铁素体（ferrite） 铁素体（α或 F ）是 C 溶于α－ Fe 形成的间隙固溶体称为 铁素体（ ferrite ）。 C 原子溶于八面体间隙。单相α相在 CPQ 以左部分。铁素体的含碳量非常低，在 727℃时 C 在α－ Fe 中最大溶解量为 0.0218% ，室温下含碳仅为 0.005% ，所以 其性能与纯铁相似：硬度 (HB50-80) 低，塑性 ( 延伸率δ为 30%~50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同。晶粒常呈 多边形。是铁磁性，具有bcc结构。 （6） 石墨（C） 在一些条件下，碳可以以游离态石墨（graphite） (hcp) 稳定相存在。所以石墨对于Fe—C合金中铸铁也是一个基本 相。
5.碳素结构钢的分类和编号
关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标准。 下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。 一.分类 1.根据钢的含碳量分类 （1）低碳钢 Wc≤0.25% （2）中碳钢 Wc=0.25～0.60% （3）高碳钢 Wc≥0.60% 2.根据钢的质量（钢中含杂质S、P的量）分类 （1） 普通碳素钢 Ws≤0.055% Wp≤0.045% （2） 优质碳素钢 Ws≤0.040% Wp≤0.040% （3） 高级优质碳素钢 Ws≤0.030% Wp≤0.030% 3.根据钢的用途分类 （1）碳素结构钢 （2）碳素工具钢
3. Fe—Fe3C相图分析
如图为Fe—Fe3C相图全貌。根据分析围 绕三条水平线可把Fe—Fe3C相图分解为三个 部分考虑：左上角的包晶部分，右边的共晶 部分，左下角的共析部分。 分析点、 线、区特别是重要的点、三条水平恒温转变 线 、重要的相界线
Fe-Fe3C相图
Fe—C合金的组织和性能
（3）Fe—Fe3C相图中的区
Fe—Fe3C相图中的区： ·4个单相区：L、δ、γ、α · 7个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、 γ+ Fe3C、γ+α、α+ Fe3C ·3个三相共存区：L+γ+ Fe3C（ECF线）、 L+δ+γ（HJB线）、γ+α+ Fe3C（PSK线）
4. Fe—C合金分类
A.三条水平恒温转变线
①包晶线： HJB 线（ 1459℃）， J 为包晶点， wc=0.09 ～ 0.53%的Fe、C合金缓冷到HJB线均发生包晶反应，即： L0.53+δ0.09→α0.17 （LB+δH→αJ） ② 共 晶 线 ： ECF 水 平 线 （ 1148℃ ） ， C 点 为 共 晶 点 ， wc=2.11 ～ 6.69% 的 Fe 、 C 合金缓冷到 EFC 线均发生共晶反应， 即： L4.30→γ2.11+ Fe3C （LC→γE+ Fe3C） 转 变 产 物 为 γ 和 Fe3C 组 成 的 共 晶 混 合 物 称 为 莱 氏 体 （ledeburite），用Ld表示。 ③ 共 析 线 ： PSK 水 平 线 （ 727℃ ） ， S 点 为 共 析 点 。 凡 wc>0.0218% 的 Fe 、 C 合金冷却到 PSK 线均发生共析反应，即： γ0.77→α0.0218 + Fe3C （γS→αP+ Fe3C） 转变产物为α和Fe3C组成的机械混合物称为珠光体 （pearlite），用P表示。共析转变温度常用A1表示。
5.碳素结构钢的分类和编号
关于钢和铸铁的命名法则，国内和国际上都有强制性标准。 下面给大家介绍一下碳素结构钢的分类和牌号。 一.分类 1.根据钢的含碳量分类 （1）低碳钢 Wc≤0.25% （2）中碳钢 Wc=0.25～0.60% （3）高碳钢 Wc≥0.60% 2.根据钢的质量（钢中含杂质S、P的量）分类 （1） 普通碳素钢 Ws≤0.055% Wp≤0.045% （2） 优质碳素钢 Ws≤0.040% Wp≤0.040% （3） 高级优质碳素钢 Ws≤0.030% Wp≤0.030% 3.根据钢的用途分类 （1）碳素结构钢 （2）碳素工具钢
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（3）白口铸铁 白口铸铁（white cast iron）是含碳量在Wc=2.11～ 6.69%之间的Fe、C合金。其特点液态合金结晶时 都发生共晶反应，液态时有良好的流动性，因而铸 铁都具有良好的铸造性能。但因共晶产物是以Fe3C 为基的莱氏体组织，所以性能很脆，不能锻造。它 们的断口呈银白色，故称为白口铸铁。根据白口铸 铁室温组织不同，可分为三种： ① 共晶白口铸铁（eutectoid cast iron）：Wc=4.30% ② 亚共晶白口铸铁（hypoeutectoid cast iron）： Wc=2.11～4.30% ③ 过共晶白口铸铁（hypereutectoid cast iron）： Wc=4.30～6.69% 上述Wc=2.11%具有重要的意义，它是钢和铸铁(生铁)的 理论分界线。
奥氏体的硬度(HB170~220)较低，塑性(延伸率δ 为40%~50%)高。奥氏体的显微组织见下图。γ 是顺磁性（paramagnetism）晶粒呈平直多边形。
碳在γ－Fe晶格中的位置
奥氏体的显微组织
（5）铁素体（ferrite） 铁素体（α或F）是C溶于α－Fe形成的间隙固溶 体称为铁素体（ferrite）。C原子溶于八面体间 隙。单相α相在CPQ以左部分。铁素体的含碳 量非常低，在727℃时C在α－Fe中最大溶解量 为0.0218%，室温下含碳仅为0.005%， 所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50-80)低， 塑性(延伸率δ为30%~50%)高。铁素体的显微 组织与工业纯铁相同。晶粒常呈多边形。是铁 磁性，具有bcc结构。 （6） 石墨（C） 在一些条件下，碳可以以 游离态石墨（graphite） (hcp)稳定相存在。所 以石墨对于Fe—C合金中铸铁也是一个基本相。
（2）Fe—Fe3C相图的线
Fe—Fe3C相图有一些特性线，它们是由 不同成分合金具有相同意义的点连接起 来的。
有三条水平恒温转变线，二条磁性转变 线(水平)和三条重要的相界线。
A.三条水平恒温转变线
①包晶线：HJB线（1459℃），J为包晶点，
wc=0.09～0.53%的Fe、C合金缓冷到HJB线 均发生包晶反应，即： L0.53+δ0.09→γ0.17 （LB+δH→γJ）
冷却曲线如图：
过程如下： L→L+γ→γ→P+γ→P（α+ Fe3C） 匀晶转变＋共析转变＋脱溶沉淀 室温组织为P（α+ Fe3C），P呈层片状，是α和 Fe3C的层片交替重叠的机械混合物。如4－5图 中的白色片状为α，黑色片状为Fe3C。
（3）亚共析钢
亚共析钢 (Wc=0.0218～0.77%） 冷却曲线如图：
分解型 共晶转变 L 共析转变
α
L β
α
γ β
L1 L2
偏晶转变 L1 L2
熔晶转变
L
γ
δ
δ
L
恒温转变类型
合成型 包晶转变 L 包析转变
α α
β β δ
L γ L2
合晶转变 L1 L2 L1
Fe、C合金通常按其含碳量(Wc)及其室温平 衡组织分为三大类： ① 工业纯铁（pure iron）、 ② 碳钢（carbon steel）、 ③ 铸铁（cast iron）。 根据碳钢和铸铁的相变、组织特征可把二者 细分。 （1）工业纯铁：(Wc<0.0218%)显微组织为 固溶体。
① ②
③
（2）钢 钢（steel）是含碳量在(Wc=0.0218～2.11%)之间 的Fe、C合金。其特点是： 高温组织为单相的γ，具有很好的塑性。因而可以 进行锻造、轧制等压力加工。根据其室温组织的 不同，碳钢（carbon steel）又可分为： 共析钢（eutectoid steel）：Wc=0.77% 亚共析钢（hypoeutectoid steel）：Wc=0.0218～ 0.77% 过共析钢（hypereutectoid steel）：Wc=0.77～ 2.11%
B. 两条磁性转变线
① 230℃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 ② 770℃为α的铁磁性转变线。770℃以上无铁磁性， 770℃以下为铁磁体。常用A2表示，又称居里点。
C. 几条重要的相界线(固态转变线)
① GS线：A中开 始析出α或α全部 溶入(升温时) γ的 转变线。常用A3 表示。因这条线在 共析转变线以上， 故又称为先共析α 相开始析出线。常 称为A3线或A3温 度。
过程如下： L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→α+γ →α+P+γ→α+ P （析出Fe3CⅢ） 匀晶转变＋包晶转变＋共析转变＋脱溶沉淀 室温组织为：α+ P 如图中的白色为α，黑色片状 为P。
特别需注意：①室温组织为α+ P，由于α是发生 在共析转变之前，称为先共析铁素体。②共析转变 之前α+γ和转变之后α+ P的相对量(即共析转变 后α和P的相对量)可通过杠杆法则来计算
3.4 铁碳合金
钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金 属材料，虽然它们的种类很多，成分不一， 但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种 元素，故统称为铁碳合金（alloys of the iron －carbon system）。 铁碳相图是一个较复杂的二元合金相图，它 概括了钢铁材料的成分、温度与组织之间的 关系。
纯铁具有磁性转变（768℃磁性转变、magnetic transformation）。纯铁的强度低，塑性好(软)， 很少用于结构材料。主要利用铁磁性 （ferromagnetism）。
纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
二. 渗碳体(Fe3C)
渗碳体（cementite）是Fe—C合金中碳以化合物(Fe3C)形式 出现的。它属正交晶系，晶格结构复杂。Fe3C是由C原子 构成的一个斜方晶格，原子周围有六个Fe原子，构成一个 八面体，而每个Fe原子属于两个八面体共有，Fe:C=3:1。
3. Fe—Fe3C相图分析
根据分析围绕三条水平线可把Fe—Fe3C 相图分解为三个部分考虑：左上角的包 晶部分，右边的共晶部分，左下角的共 析部分。
分析点、线、区特别是重要的点、三条 水平恒温转变线 、重要的相界线
（1）Fe—Fe3C相图的点
Fe—Fe3C相图 相图中的各特 性点所对应的 温度、成分和 意义如下表：A、 B、C、D、E、 F、G、H、J、 K、N、P、S、 Q各点
Fe3C的晶体结构可 以看作由6个铁原子 构成的三角棱柱和在 柱内的一个碳原子连 接而成，角上的铁原 子为2个三角棱柱共 享。
Fe3C的晶体结构的 结构单元是4个取向 不同的这样的三角棱 柱构成。三角棱柱在 c轴方向分两层，每 层三角棱柱体都有2 种取向
二. 渗碳体(Fe3C)
Fe3C在230℃以下具有铁磁性，常用A0表示这个临界点。
在铁碳合金中，Fe与C可以形成一系列化合物：Fe3C、
Fe2C、FeC。通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
.1 铁碳合金的组元及基本相
铁碳合金中组元：
纯铁(Fe) 渗碳体（Fe3C）
一、 纯铁
纯铁（pure iron） 熔点1538℃，汽化点2738℃， 密度7.87g/㎝³ 。 纯铁固态下具有同素异构转变：912°C以下为 体心立方(bcc)晶体结构，912°C到1394°C之 间为面心立方(fcc)结构, 1394°C到熔点之间为 体心立方(bcc)结构。
② ES线：C在γ中 溶解度曲线。常用 Acm表示，称为Acm 温度。低于此温度， 溶解度降低，将析 出Fe3C。为了区别 自液(CD线)态合金 中直接析出的一次 Fe3C，将γ中析出 的Fe3C称为二次 Fe3C。
③ PQ线：C在α中溶解 度曲线。在727℃时， C在α中的最大溶解度 0.0218%，但温度下降， C在中溶解度下降，会 析出少量的渗碳体，， 称为三次Fe3C。以区 别于沿CD线和ES线析 出的Fe3C。
Fe-C相图
6. Fe－C合金的平衡结晶过程及组织
（1）工业纯铁 以Wc=0.01%的合 金为例
室温组织为：α+ Fe3CⅢ Fe3CⅢ最多为0.33%
转变过程：L→L+δ→δ→δ+γ→γ→α+γ→α→α+ Fe3CⅢ 匀晶转变＋多晶型转变＋脱溶沉淀
工业纯铁室温组织图（200×）
（2）共析钢（Wc=0.77%）
Fe3C在钢和铸铁中呈现片状，粒状，网状和板条状。渗 碳体硬而脆(HB800)，塑性极低，延伸率接近于0。它是 钢铁材料中的主要强化相。 Fe3C中碳和Fe可以被其它元素替代形成以Fe3C为基的固 溶体。Fe被Cr、Mn等原子金属置换，形成以Fe3C为基的 固溶体，称为合金渗碳体。
2. Fe—C合金中的基本相
（3）Fe—Fe3C相图中的区
5个单相区：L、δ、γ、α, Fe3C 7个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+ Fe3C、γ+α、α+ Fe3C · 3个三相共存区： ① L+γ+ Fe3C（ECF线）、 ② L+δ+γ（HJB线）、 ③ γ+α+ Fe3C（PSK线）
4. Fe—C合金分类
（4） 奥氏体（austenite） 奥氏体(γ或A)是C溶解于γ—Fe形成的间隙固溶 体称为奥氏体（austenite）。具有面心立方晶 体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148°C 时最多可以溶解2.11%的碳，到727°C时含碳 量降到0.8%。碳原子存在于面心立方晶格中正 八面体的中心，单相γ区存在于NJESG区域内 （727---1459℃）。
工程材料与应用
机械工程学院 孙桂芳