铁碳合金的基本组织
铁碳合金知识题(答案解析)
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。
5.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%。
11.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。
15.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）。
《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
第4讲铁碳合金基本组织及铁碳合金相图分析
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。
铁碳合金的相图的详细讲解 (精品)
727℃ K
Ld’+Fe3CⅠ
0.0218%C 0.77%C Fe
2.11%C
4.3%C
6.69%C Fe3C
⒈ 特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J N
A
G
F +A
L+A
L
L+Fe3C
A +Fe3C
P +Fe3C
⒉ 特征线 ⑴ 液相线—ACD，
固相线—AECF
⑵ 水平线：
ECF：共晶线LC⇄ E+Fe3C
§2-5 铁碳合金的组织与状态图
铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，都可作为 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。
Fe
Fe3C Fe2C
FeC
C
C%(at%) →
Fe - Fe3C 相图
T°
Fe
Fe3C
(一)铁碳合金状态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、FK。 三个重要转变: 包晶转变、共晶转变、共
铁素体组织金相图
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
铁碳相图详细介绍
本章小结
三种典型的金属晶体结构 晶体缺陷：点、线、面 过冷度、结晶过程 晶粒大小对金属性能的影响、细化晶粒的方法 同素异构 合金的相结构、固溶强化 铁碳合金的基本组织、铁碳合金相图
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： 与Fe3C的机械混合物
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
铁素体组织金相图
⑵ 奥氏体:
碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大， 1148℃时最大为2.11%。727 ℃时为0.77%
组织为不规则多面体晶粒， 晶界较直。强度低、塑性
好，钢材热加工都在 区
进行. 碳钢室温组织中无奥氏体。
析转变。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
Fe - Fe3C 相图
A
T°
L
D
L+A
E
A
G
A+ຫໍສະໝຸດ A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F
P+Fe3CⅡ
1148℃
C
L+ Fe3CⅠ
F ( A+Fe3C )
Ld
Ld+Fe3CⅠ
A+Ld+Fe3CⅡ
§3-2 铁碳合金的基本组织与性能
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
一、铁素体（F）
二、奥氏体（A）
三、渗碳体（Fe3C或Cm） 四、珠光体（P） 五、莱氏体（Ld）
一、铁素体（F）
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
铁素体（F）
（1）概念：碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称
有奥氏体和渗碳体； L΄d(低温莱氏体，温度＜7270C) 有珠光体和渗碳体组成。 （3）溶碳能力：C=4.3% （4）性能特点：硬度很高，塑性很差。
小结
1.铁碳合金有五种组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、 莱氏体 2.铁碳合金三种基本组织：铁素体、渗碳体、奥氏体
3.室温下铁碳合金由铁素体和渗碳体组成
珠光体（P）
（1）概念：是铁素体与碳光体的混合物
（2）符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间,交
替排列。 （3）溶碳能力：在7270C时，C=0.77% （4）性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能， 强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
五、莱氏体（分为高温莱氏体和低温莱氏体）
（一)、高温莱氏体 1.定义： 液态铁碳合金发生共晶转变所形成奥氏体 和渗碳体组成的混合物 2.表示符号： Ld 3.存在温度区间： 727℃ ——1148℃ 4.含碳量： 4.3% 5.特点：硬度高，塑性很差。
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
渗碳体是含碳量为 6.69％的铁与碳的金属
化合物，其化学式为
Fe3C。
渗碳体的晶胞示意图
渗碳体（Fe3C或Cm）
（ 1 ）概念：含碳量为 6.69% 的铁与碳的金属化合
物。
（2）符号：Fe3C （3）溶碳能力： 复杂的斜方晶体 C=6.69%
铁碳合金的相的详细重点讲解
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： 与Fe3C的机械混合物
高温莱氏体：727 ℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示 低温莱氏体：727 ℃以下，珠光体与渗碳体，以L’e表示 为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。
莱氏体
莱氏体 ( Ld )
相图的建立
相图的建立
名称 熔点 合金1 合金2 合金3 …….. 合金9 合金10 合金11
A金属 高
100% 90% 80% …….. 20% 10% 0%
B金属 低 0% 10% 20%
……. 80% 90% 100%
热分析法
温 度
温
温
度
度
时间 A 90 70 50 30 B
共晶产物是A与Fe3C的机械混合 物，称作莱氏体, 用Le表示。为 蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而 脆。
莱氏体
（二）铁碳合金的组织转变
工业纯铁 ( ingot iron )
共析钢
( eutectoid steel )
亚共析钢 ( hypoeutectoid steel )
过共析钢 ( hypereutectoid steel )
温
度
L
a
L + S : 固相线 L : 液相区 S : 固相区 L+S:液固共存区
b
B
二、铁碳合金状态图
铁碳合金相图是研究 铁碳合金最基本的工 具，是研究碳钢和铸 铁的成分、温度、组 织及性能之间关系的 理论基础,是制定热 加工、热处理、冶炼 和铸造等工艺依据.
铁碳合金
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。
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第3章 铁碳合金
第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标
纵坐标：代表温度。
横坐标：代表含碳量。
2、几个概念
纯铁
钢
铸铁
共析钢
亚共析钢
过共析钢
共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
第3章 铁碳合金
3、特性点
A点：纯铁的熔点
1538℃
C点：共晶点
1148℃
D点：渗碳体的熔点
1227℃
S点：共析点
727℃
G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃
E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃
ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共
晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反
生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。
第3章 铁碳合金
第三节 铁碳相图的应用
P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃
Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
第3章 铁碳合金
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全 部转化为液相。
AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热 至此开始转化。
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。
3、渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。 性能---硬度高，脆性பைடு நூலகம்。
4、珠光体（ P ）：F与Fe3C组成的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间。
5、莱氏体（ Ld ）：A与Fe3C组成的机械混合物。 性能---硬度高，塑性差。
第3章 铁碳合金
第二节 铁碳相图分析
引言： 关于铁碳合金状态图
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，
从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能：
低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺：
在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产：
由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
第3章 铁碳合金
第一节 铁碳合金的基本组织
1、铁素体（F）：碳与α-Fe形成的间隙固溶体。 性能---强度和硬度低，塑性和韧性好。
2、奥氏体（A）：碳与γ-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727℃ 时存在。 性能---塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、 轧制时常要加热到A， 可提高塑性，易于加工。