铁碳合金地基本组织
“F”（或α）
“A”（或γ）
“Fe3C”
“P”
“Ld”
显微组织
多边形晶粒
多边形晶粒，晶粒内常可见到孪晶（昌粒的平行的直线条）
根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态
由铁素体片与渗碳体片交替排列的片状组织
莱氏体是碳的质量分数Wc=4.3%的铁碳合金冷却到1148℃时共晶转变的产物
力学性能
与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零
晶体结构
体心立方晶格
面心立方晶格
存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体，组织由奥氏体和珠光体组成
存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，组织由渗碳体和珠光体组成
显微组织
铁碳合金的基本组织
名称
铁素体（ferrite）
奥氏体（Austenite）
渗碳体（Cementite）
珠光体（Pearite）
莱氏体（Ledeburite）
定义
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体
碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体
铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物
由铁素体和渗碳体组成的机械混合物
由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，
塑性、韧性好，而强度、硬度低（δ=30%~50%，AKU=128~160J）σb=180~280MPa，50~80HBS）
具有一定的强度和硬度（σb=400MPa，170~220HBS），塑性和韧性也好（δ=40%~50%）。
硬度高，脆性大，塑性几乎为零Wc=6.69％，熔点为1227℃
力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好（σb=770MPa、180HBS、δ=20%~35%、AKU=24~32J）
铁碳合金的基本组织与状态图
h
24
“五”指五种温度：15380C，11480C，12270C， 9120C，7270C；
六指六条线： (1)ACD液相线：其以上组织都是液态。
(2)AECF固相线：其以下组织都是固态。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)GS、A3线：奥氏体析出铁素体的开始线： 奥氏体析出铁素体
h
40
共晶白口铁组织金相图
h
41
共晶合金组织形态
h
42
3）过共晶白口铸铁 C 4.3～6.69%范围，室 温组织为一次渗碳体和低温莱氏体组成。 显微组织中亮白色的条状（板状）为初生 渗碳体（Fe3CⅠ），基体为低温莱氏体， 其中黑点为珠光体、白色部分为渗碳体。
白口铸铁基本都含有莱氏体，这是与钢区 别的特点。
h
17
5.莱氏体 ( Ld )奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
h
18
1-5-2 Fe—Fe3C状态图 几个概念：
共晶转变：一定成分的液相在一定温度
（恒温）下同时结晶出两个固相的转变。 铁碳相图中C点。
11480C
L4.3% → Ld（A 2.11%C +Fe3C ）
h
19
共析转变：一定成分的固溶体在一定的恒
h
14
4.珠光体 ( P )铁素体和渗碳体组成的机械混合物
。
h
15
h
16
(五)莱氏体（Ld）（德国学者Ledebur)
奥氏体和Fe3C组成的机械混合物，此反应发生于 含碳量为2.0～6.67%的合金中。莱氏体 （ledeburite）
莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏 体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3 ％。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 为低温莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳 体，所以硬度高，塑性很差
《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。
31
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。
29
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。
30
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
铁碳合金的基本组织及合金相图分析
Lc
Ld（A+Fe3C）
精选ppt
7
模块二 金属学的基本知识
PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的 铁碳合金至此反生共析转变，产生珠光体P ， 又称A1线。
727ºC
As P(F+Fe3C) E二S：次C渗在碳γ体-F析e中出的。溶解度曲线，又称Acm线。
GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入
课题五 铁碳合金相图
引言： 关于铁碳合金状态图
1、概念：表示铁碳合金在不同成分和不同温度下 的 组织、性能以及它们之间相互关系的图形，又称铁 碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通过实验的方法 建立起来的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压 力加工和热处理等工艺的重要工具。 3F、eCF、e-CF相eC图-C包等括几：部F分e-。Fe仅3C研、究FFee3C-F-eF3eC2C。、 Fe2C-
A，又称A3线。
PQ ： C在α-Fe中的溶解度曲线，三次渗碳体 析出。
精选ppt
8
模块二 金属学的基本知识
5、相区及其组织 4个单相区、5个两相区、2个三相共存线
1）4个单相区：
①液相区ACD线以上区域：L
②AESGA区：A
③GPQG区：F
④DFK直线区：Fe3C
2）5个单相区：
①ACEA区域：L+A
精选ppt
6
模块二 金属学的基本知识
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。冷至AC线开始结晶出A； 冷至CD线，开始结晶出一次渗碳体。
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为液相。反应式：
《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
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。
第三章 铁碳合金(二、三)
§3-2铁碳合金的基本组织和性能钢和铁是工业上应用最广泛的金属材料，它们都是铁碳合金。
不同成分的钢和铸铁的组织都不相同，因此，它们的性能和应用也不一样。
铁碳合金中碳原子和铁原子可以有几种不同的结合方式：一种是碳溶于铁中形成固溶体；另一种是碳和铁化合形成化合物；此外，还可以形成由固溶体和化合物组成的混合物。
一、铁素体(F)它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。
通常用符号F表示。
晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃时最大溶解度为0.0218%。
铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ= 50%。
二、奥氏体(A)碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。
晶体结构呈面心立方晶格。
由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。
三、渗碳体(Fe3C)它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。
渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。
渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。
四、珠光体(P)珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。
所以其性能介于它们二者之间，强度较高,σb=750MPa ，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。
五、莱氏体(L d)奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。
它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。
铁碳合金习题(答案)
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）。
§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%
机械制造基础 5复习
《机械制造基础》\(一)1．铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
2．有些金属在固态下随着温度的变化其晶体结构还会发生转变，这种转变称为同素异构转变。
3．ＨＴ２００牌号中“ＨＴ”表示灰铁，数字“２００”表示其最低抗拉强度为200mp 。
4．在铜合金中，铜和锌的合金称为_黄铜，，而铜和锡的合金称为__锡青铜_______。
5．铸造合金的流动性与合金的化学成分、浇注温度和铸型条件和铸件结构有关。
6．锻造时，金属允许加热到的最高温度称始锻温度，停止锻造的温度称终锻温度。
7．机械加工中，轴类零件常用外圆柱面或两端顶尖孔作为定位基准。
8．焊接接头的基本形式有对接接头、搭接接头、角接接头和Ｔ形接头四种。
9．按误差的特点和性质，测量误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差。
10.下图为车削工件端面的示意图，图上标注的主运动是1，主偏角是 8 ，刀具前角是 6 ，加工表面是3 。
12. 机床精度中对加工精度影响较大的包括机床主轴误差和机床导轨误差。
其中机床主轴回转误差包括径向圆跳动、端面圆跳动和角向摆动三种基本形式。
13. 根据产品零件的大小和生产纲领，机械制造生产一般可以分为单件生产、成批生产和大量生产三种不同的生产类型。
14. 夹具的基本组成部分有定位元件、夹紧装置、对刀和导向元件、夹具体和其它元件。
15.Ｃ6132机床：Ｃ表示车床，６表示落地及卧式车床组，１表示普通车床系，32表示床身上最大工件回转直径为320ｍｍ。
１．硫是钢中的有害元素，会使钢产生冷脆，因此钢中含硫量应严格控制。
×２．合金的凝固收缩是铸件产生应力、变形和冷裂的基本原因。
×３．所谓冷加工就是指在常温下进行的加工，热加工就是将工件加热到相变温度以上进行加工。
×４．三爪卡盘的三个卡爪是联动的，具有自动定心作用，所以它的定位精度一般要高于四爪卡盘。
×５．车床的主轴是带动工件旋转的，而铣床的主轴是带动铣刀旋转的。
铁碳合金习题答案
铁碳合金习题答案文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-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。