机械工程材料 第三章 铁碳合金
机械工程材料练习题参考答案
机械工程材料练习题参考答案第一章工程材料的力学性能2.有一钢试样，其直径为10mm，标距长度为50mm，当拉伸力达到18840N时试样产生屈服现象；拉伸力加至36110N时，试样产生颈缩现象，然后被拉断；拉断后标距长度为73mm，断裂处直径为6.7mm，求试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率。
解:由题中条件及计算公式得σs =Fs/So=18840/（3.14*102/4）=240(N/mm2)σb=Fb/So=36110/（3.14*102/4）=460(N/mm2)δ=(L1-L0)/L0×100%=(73-50)/50=46%ψ=(S0-S1)/S0×100%={(3.14*102/4)- (3.14*6.72/4)}/（3.14*102/4）=(100-44.89)/100=55.11% 答:试样的Re=240(N/mm2)、Rm=460(N/mm2)、δ=46%、ψ=55.11%。
4．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？（参见教材第6页）第二章工程材料的基本知识第一部分金属的晶体结构与纯金属的结晶1.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构，分别指出其配位数、致密度、晶胞原子数、晶胞原子半径。
（参见第二章第一节）2.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。
3.晶面指数和晶向指数有什么不同？答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[]uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() hkl。
4.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
机械基础：第03章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
3.合金工具钢 (2)刃具钢 ②高速钢 用途：主要适宜于制造切削速度较高的刃具（如车刀、钻头等）和形状复杂、负载较重的 成形刀具（如铣刀、拉刀等）。此外高速钢还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨 零件。常用的高速钢有钨系高速钢，如W18Cr4V；钼系高速钢，如W6Mo5Cr4V2等。 (3)模具钢 定义：主要用来制造各种模具的钢称为模具钢。 ①冷变形模具钢 用于制造冷态金属成形的钢称为冷变形模具钢。如冷冲模、冷压模等。冷变形模具钢的性 能特点是高的硬度和高耐磨性，具有足够的强度、韧性和疲劳强度。 常用的冷变形模具钢有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
2.碳素钢 （1）碳素结构钢 ②优质碳素结构钢 牌号：优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字代表钢的平均含碳质量分数的万 之一。例如45表示平均含碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。 按照钢中锰的含量不同，可分为普通含锰量钢（WMn≤0.80%）和较高含锰量钢（WMn =0.7%～1.2%）两种，如果是后一种钢，则在两位数字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳 量分数为0.45%的较高锰优质碳素结构钢。 用途：优质碳素结构钢既保证力学性能又保证化学成分，而且钢中的有害杂质硫、磷质量分 数较低，质量较高，故广泛用于制造较重要的零件。
根据钢中含有害元素磷、硫质量分数划分。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
高级优质钢 Ws≤0.020%，Wp≤0.025%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
第三章 铁碳合金
把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为 黑色金属，而把其他金属及其合金称为 有色金属。
§3-1 合金及其组织
一、合金的基本概念
1、合金
所谓合金，是以一种金属为基础，加入其他 金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属 特性的材料，即合金是两种或两种以上的元 素所组成的金属材料。
合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能， 是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜 和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。
3、在锻造工艺上的应用
对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈 单相奥氏体状态时，塑性好，强度的，便于塑性变 形，所以一般锻造都在奥氏体状态下进行，锻造时 必须根据铁碳合金相图确定合适的温度，始轧和始 锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和始锻温度 不能过低，以免产生裂纹。
§3-4 碳素钢
碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于
主要应用在钢材料的选用和加热工工艺的制度两方面。
1、作为选用钢材料的依据
制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，选 用含碳量较低的钢；
要求强度、塑性和韧性等综合性能较好的构件，选 用含碳量适中的钢； 各种工具要求硬度高及耐磨性好，选用含碳量较高 的钢。
2、在铸造生产中的应用
对于铸造性能来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸 造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低， 流动性好，更具有良好的铸造性能。
二、合金的组织
根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金组织可分为固溶体、金属化合物和混合 物三类。
1、固溶体
固溶体是一种组元的原子溶于另一组元 的晶格中所形成的均匀固相。溶入的元素称 为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体保持 溶剂的晶格类型。固溶体一般用α、β、 γ……来表示。
第3章B 铁碳合金相图 ppt
第3章 铁碳合金相图 高等教育出版社
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铁碳合金的基本组织性能特点 铁素体：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。 奥氏体：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。 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物。 性能-硬度高，脆性大。 珠光体：F与Fe3C组成的机械混合物 。 性能-力学性能介于两者之间。 莱氏体：A与Fe3C组成的机械混合物。 性能-硬度高，塑性差。
PSK PQ
第3章 铁碳合金相图
奥氏体转变为铁素体的终了线 碳在奥氏体中的溶解度线 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。 碳在铁素体中的溶解度线
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3.2.2
铁碳合金的分类
按Fe-Fe3C相图中碳的质量分数及室温组织的不 同,铁碳合金分为以下三类: 1.工业纯铁wc≤0. 021 8%,室温组织为铁素体。 2.钢0.0218%<wc≤2.11%。按室温组织不同,又 可分为以下三种: ①共析钢,wc=0.77%,室温组织为珠光体。 ②亚共析钢,0.021 8% < wc<0.77%,室温组织为 珠光体+铁素体。 ③过共析钢,0.77% <wc≤2.11%,室温组织为珠 光体+二次渗碳体。
特性点
温度/℃
wc/(％)
含
义
A C D E F G K P S Q
第3章 铁碳合金相图
1538 1148 1227 1148 1148 912 727 727 727 600
0
4.3 6.69 2.11 6.69 0 6.69 0.0218 0.77 0.0057
机械工程材料 第3章 铁碳合金相图及碳钢
第二节 铁碳合金相图
3) 过共晶白口铸铁的结晶过程
Ld’＋Fe3CⅠ
第二节 铁碳合金相图
铁碳合金相图
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
第二节 铁碳合金相图
第二节 铁碳合金相图
3.2.3、铁碳合金含碳量与组织、性能的变化规律
第二节 铁碳合金相图
d -Fe1394°Cg -Fe912°Ca -Fe
● 晶格类型 bcc
fcc
bcc
● 致密度 0.68
0.74 →（胀大） 0.68
● 符合形核、长大结晶规律
● 转变过程恒温、可逆
纯铁在凝固后的冷却过程中，经两次同素异构转变后晶粒 得到细化，对于钢的性能提高具有十分重要的意义，是制 定热处理工艺和合金化的理论基础。
第一节 铁碳合金的相与组织 第二节 铁碳合金相图 第三节 碳素钢
第3章 铁碳合金相图及碳钢
重点：
1）铁碳合金相图的绘制 2）铁碳合金基本相与基本组织 3）碳素钢的牌号及应用
难点：
1）铁碳合金平衡结晶过程 2）铁碳合金相图的分析及应用
课时：
4 学时
第一节 铁碳合金的相与组织
3.1.1、纯铁的同素异构转变
1）按含碳量分： ● 低碳钢：C%﹤0.25%； ● 中碳钢：C%=0.25～0.60%； ● 高碳钢：C%﹥0.60%。 2）按冶金质量（S、P的含量）分： ● 普通碳素钢：WS≤ 0.035%, WP≤ 0.035% ； ● 优质碳素钢: WS≤ 0.030%, WP≤ 0.030% ； ● 高级优质碳素钢: WS≤ 0.020%, WP≤ 0.030% 。
机械工程材料练习题2013
机械工程材料练习题第一章工程材料的力学性能1．区分下列各组常用机械性能指标的物理意义（1）σs 和σb ；（2ak；（3）HBW、HRC、HRB、HRA、HV2．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？3.什么是强度，什么塑性，什么是硬度，什么是冲击韧度，什么是疲劳强度。
第二章工程材料的基本知识第一部分金属的晶体结构与纯金属的结晶1.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、δ-Fe、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构，分别指出其配位数、致密度、晶胞原子数、晶胞原子半径。
2.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？3.画出下列晶面指数或晶向指数：（234），（120），（112），[210]4.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？5.金属结晶的基本规律是什么？在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？6．实际金属的晶体结构有哪些缺陷？金属缺陷对金属的性能有哪些影响。
第二部分合金的相结构与合金的结晶1．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；2．本课学习到的强化方法有：固溶强化、加工硬化、弥散强化、热处理强化、细晶强化，试述其基本原理及区别。
3．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？4. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.5. 已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于 B 的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300℃时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。
现要求：1）作出A-B 合金相图；2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
第三章 铁碳合金相图
2、有益元素 Mn、Si
锰Mn:随脱氧剂加入。大部分溶于铁素 体中，具有固溶强化效果，少部分形成 合金渗碳体；锰与硫化合成MnS，减轻了 硫的有害作用。碳钢中<0.8%，合金钢中
1.0%- 1.2%。
硅Si:随脱氧剂加入,有较强的固溶强 化作用；可增加钢液流动性。碳钢中 <0.4%
工程材料及热加工基础课件
3、非金属夹杂物的影响
① N：室温下N在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和N在常温放置过程中 以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆, 称时效脆化。加Ti、V、Al等元素可使N 固定，消除时效倾向。
② O：氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，
易成为疲劳裂纹源。 ③ H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时， 降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压， 形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。
工程材料及热加工基础课件
第五节
碳素钢
碳素钢是指ωc≤2.11%，并含有少量Mn、Si、S、P等杂质元素的铁碳合金。
一、常存杂质元素对碳钢性能的影响（ Mn、Si、S、P）
1、有害元素 S、P 硫S：炼钢时由生铁和燃料带入。在F中的溶解度极小，在钢的晶界处形成低 熔点（985）共晶体FeS→压力加工时熔化→导致钢沿晶界开裂—“热脆”。 钢中要限硫含量：≤0.05% 。 利用：Mn与S形成MnS(1620℃）, 粒状分布在晶内，以利于断屑，改 善切削加工性能。
A+F F P
( F+ Fe3C ) P
Q 0.0218%C Fe
P+F
4.3%C
6.69%C Fe3C
工程材料及热加工基础课件 1、 Fe-Fe3C 相图中的特性点
机械工程材料第三章复习题(合金的结晶和合金化原理)-选择和判断
第三章复习题（合金的结晶和合金化原理）1、由于物质中热能（Q）或成分(C)不均匀所引起的宏观和微观迁移现象统称为扩散现象。
2、在研究空间内温度或浓度不随时间而变化的扩散称为稳态扩散。
3、在研究空间内温度或浓度随时间而变化的扩散称为非稳态扩散。
4、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量与温度或浓度梯度成正比，这一规律称为扩散第一定律。
5、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
6、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
7、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
8、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
9、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
10、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
11、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
12、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
13、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
14、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
15、在只有固态下发生的相变称为固态相变。
16、固溶体随温度降低，溶解度减小，多余的溶质原子形成另一种固溶体或化合物的过程称为脱溶沉淀。
17、由一个固相同时转变成两种成分不同但晶体结构相同且与母相晶体结构也相同的转变称为调幅分解。
18、由一个固相同时转变成两种固相的转变称为共析转变。
19、由两个固相转变成一种固相的转变称为包析转变。
20、原子扩散的结果使成分更均匀或形成新的相。
我的答案：√21、温度越高，扩散系数越小，扩散速度越慢。
我的答案：×22、渗碳温度越高，渗碳速度越快。
我的答案：√23、气氛碳势小于工件表面含碳量时气氛中的碳原子向工件内扩散。
我的答案：×24、工件表面与介质之间的换热系数越大，则工件加热或冷却速度越快，工件内的温度梯度也越大。
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机械工程材料课程第三章铁碳合金发布日期：[13-02-10 16:06:04] 浏览人次：[2517]机械工程材料课程第三章铁碳合金发布日期：[13-02-10 16:06:04] 浏览人次：[2520]第四章铁碳合金钢铁材料具有一系列优良的机械性能和工艺性能，因此在工业上得到了广泛的应用。
钢铁材料的性能是由它的化学成分和内部组织结构所决定的。
而组成钢铁材料的两个最基本的组元是铁和碳，所以研究铁碳合金有非常重要的意义。
通过铁碳合金相图的学习，来认识铁和碳的相互作用，从而了解铁碳合金成分、组织与性能三者之间的关系，以便正确地应用铁碳合金相图的知识，合理的选用钢铁材料和制定各种热加工工艺。
第一节铁碳合金的相组成一、工业纯铁一般来讲铁从来不会是纯的，其中总会有杂质。
工业纯铁中常含有0.10～0.20%的杂质。
这些杂质由碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧等十几种元素所构成，其中碳约占0.006～0.02%左右。
工业纯铁的显微组织是由许多不规则的多边形小晶粒所组成。
纯铁具有“同素异构”转变，即在固态下加热或冷却时，其内部结构发生变化，从一种晶格转变为另一种晶格的变化。
如图4-1所示。
纯铁在室温下的晶体结构是体心立方晶格，称之为α-Fe，它的晶格常数a=2.86。
α-Fe具有良好的塑性，同时具有良好的导磁性能。
当温度升到770℃(居里点)稍上时，其晶体结构没有变化，仍是体心立方晶格，但铁已失去了磁性，这种铁称之为β-Fe；由于α-Fe→β-Fe时，晶格未发生变化，故β铁不属于同素异构转变,而称为磁性转变。
当温度升高到912℃时，纯铁内部的晶体结构发生了变化，由体心立方晶格转变为面心立方晶格，称之为γ-Fe，，其晶格常数a=3.64，它存在于912～1394℃之间。
由于γ-Fe和α-Fe的晶体结构不同，性能也不同。
γ-Fe的塑性比α-Fe还要好，γ-Fe无磁性；γ-Fe的溶碳能力也大。
当温度继续升到1394℃稍上时，铁的晶格又由面心立方转变为体心立方，其晶格常数a=2.93，无磁性，它存在于1394～1538℃之间，这种铁称之为δ-Fe。
当温度超过1538℃时，纯铁熔化成铁水。
由上可知，纯铁随温度的变化；发生了两次同素异构转变。
纯铁的同素异构转变也遵循结晶的一般规律，即在旧相的晶界上形核，然后逐渐长大，直至转变完成。
图4-1 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的机械性能与其组织中晶粒大小有密切关系，晶粒愈细，强度愈高。
室温下纯铁的机械性能大致为σb=180～230MN／m2；σ0.2=100～170MN／m2；δ=30～50%；ψ=70～80%；Ak=128～160J；50～80HBS。
由此可知，纯铁的塑性较好，强度较低，具有铁磁性，所以除在电机工业中利用作铁芯材料外，在—般的机器制造中很少应用，常用的是铁碳合金。
工业上得到广泛应用的是铁和碳所组成的合金，铁碳合金中最基本的相有铁素体、奥氏体和渗碳体。
二、铁素体它是碳溶在α-Fe中的一种间隙固溶体，用符号F表示。
由于Fe是体心立方晶格，原子间间隙较小，因而溶碳能力小，在室温下仅溶碳0.006～0.008%，在727时，溶碳量可达0.0218%。
碳溶于α-Fe 时碳原子可能存在的位置如图5-3所示。
由于铁素体的溶碳量小，它的组织和性能几乎和纯铁的组织和性能相同。
三、奥氏体它是碳溶在γ-Fe中的一种间隙固溶体，用符号A表示。
γ-Fe为面心立方晶格，它的原子间隙比α-Fe稍大，因而其溶碳能力比α-Fe也大，在727℃时，溶碳量为0.77%，到l148℃时可到最大溶碳量2.11%。
碳溶于γ-Fe时，碳原子可能存在的位置是γ-Fe的间隙位置。
在此需强调指出的是，并非在所有的间隙处都填满碳原子，当在晶格上某个间隙溶入碳原子后，则邻近若干个间隙就不可能再溶进去碳了。
奥氏体为无磁性，通常存在于高温(727℃以上)，它塑性好，变形抗力小，易于锻造成型。
也是不规则的多边形晶粒。
四、渗碳体即碳化三铁Fe3C；它具有复杂的晶体结构，如图2-14所示，属于复杂结构的间隙化合物。
渗碳体的含碳量为6.69%，没有同素异构转变，它的硬度很高，约为800HBW，塑性和冲击韧性很差(δ≈0，ak≈0)，渗碳体硬而脆，强度很低，但耐磨性好。
如果它以细小片状或粒状分布在软的铁素体基体上时，起弥散强化作用，对钢的性能有很大影响。
Fe3C是一个亚稳定的化合物，在一定温度下可分解为铁和石墨，即：Fe3C→3Fe+C(石墨)这是铸铁石墨化的依据。
第二节铁碳合金相图铁碳合金相图是表示在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同成分的铁碳合金在不同的温度下所具有的组织或状态的一种图形。
从中可以了解到碳钢和铸铁的成分(含碳量)、组织和性能之间的关系，它不仅是我们选择材料和判定有关热加工工艺的依据，而且是钢和铸铁热处理的理论基础。
当碳含量超过溶解度以后，剩余的碳在铁碳合金中可能有两种存在方式：渗碳体Fe3C或石墨。
因之铁碳合金相图也就分成两个系列：Fe-Fe3C系列、Fe-石墨系。
因为石墨是一个稳定相，而Fe3C是一个介稳定相，故Fe-Fe3C系相图又叫做介稳定系铁碳相图，而Fe-石墨系相图叫做稳定系铁碳相图。
在通常情况下，铁碳合金常按Fe-Fe3C系进行转变，当碳含量高于6.69%的铁碳合金脆性极大，没有使用价值。
故在此我们只讨论含碳量低于6.69%的铁碳合金即介稳定系Fe-Fe3C相图。
一、Fe-Fe3C相图分析Fe-Fe3C相图如图4-2所示。
图4-2 Fe-Fe3C相图我们先看一下相图上横坐标的两端，即含碳为0%和6.69%的情况。
含碳量为0%时，即为纯铁。
它在固态时具有同素异构转变，从高温到低温分别存在δ-Fe、γ-Fe和α-Fe，图上的N点(1394℃)和G点(912℃)为纯铁的临界点。
N点和G点又经常记为A4点和A3点。
含碳量为6.69%时，铁和碳形成渗碳体Fe3C，渗碳体没有同素异构转变。
含碳量在0%到6.69%之间时，由许多点、线将相图分为不同的区域。
（一）恒温转变线Fe-Fe3C相图初看起来似乎很复杂，但运用我们前面所学的二元合金相图知识来逐步进行分析时，发现并非如此。
就整个图形来说，Fe-Fe3C相图可看成是δ-Fe—Fe3C二元包晶相图(左边上部分)、γ-Fe—Fe3C 二元共晶相图(右边)和具有共析反应的α-Fe—Fe3C二元合金相图(左边下部分)的复合。
因此在相图上有三条水平线(HJB、BCF、PSK相应的发生三个恒温反应：1、在1495℃(HJB水平线)发生包晶反应，HJB线叫包晶线，其反应为LB+δH →AJ包晶反应的结果形成了奥氏体。
此反应对于热处理工艺关系不大，故无多大实用意义。
包晶反应只可能在含碳量为0.09～0.53%的铁碳合金中发生。
2、在1148℃(ECF水平线)发生共晶反应，故ECF线叫共晶线，其反应为Lc→AE+Fe3C，C点称为共晶点，其含碳量为4.3%。
共晶反应的结果形成了奥氏体和渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体(Ld)。
此反应可在含碳量为2.11～6.69%的铁碳合金中发生。
由此可知，ABCD为液相线，而AHJECF为固相线。
3、在727℃(PSK水平线)发生共析反应，其反应为AS→FD+Fe3C，S点称为共析点，其含碳量为0.77%。
共析反应的结果形成了铁素体和渗碳体的共析混合物，此共析混合物称为珠光体(P)。
共析反应的温度常用A1表示，所有含碳量超过0.0218%的铁碳合金中，即实际在工程上常用的铁碳合金中均能发生共析转变。
（二）主要转变线此外，在Fe-Fe3C相图中还有三条主要的固态转变线：1、GS线—表示不同含碳量的合金，由奥氏体中开始析出铁素体(冷却时）或铁素体全部溶入奥氏体(加热时的转变线，常用A3表示，故GS线又称A3线。
2、ES线—碳在奥氏体中的固溶线。
常用Acm表示。
由该线可看出，碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%，所处的温度是1148℃。
而在727℃时只能溶解0.77%的碳。
凡含碳量大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷至727℃时。
均会从奥氏体中析出渗碳体，常常呈连续网状分布，称此渗碳体为二次渗碳体（Fe3CⅡ）以区别从液态金属中直接结晶出的一次渗碳体(Fe3CⅠ)。
3、PQ线—碳在铁素体中的固溶线。
由该线可看出，碳在铁素体中的最大溶解度为0.0218%，所处的温度为727℃。
温度降至600℃时，可溶解0.0057%的碳，而在室温时，只可溶解0.0008%的碳，故一般铁碳合金从727℃缓冷至室温时，均可从铁素体中析出渗碳体，称此渗碳体为三次渗碳体Fc3CⅢ，只有在含碳量极低的碳钢中才能看到三次渗碳体组织；含碳较高的铁碳合金，析出的三次渗碳体都附着在先前产生的Fe3C相上，看不出单独的组织。
因Fe3CⅢ数量极少，故—般在讨论中经常予以忽略。
由此可知；一次、二次、三次渗碳体仅在于渗碳体来源和分布有所不同，没有本质区别，其含碳量，晶体结构和性质均相同。
如果用“相”来描述Fe-Fe3C相图的话，通过以上分析可知，相图中存在五个单相区(即基本相区)；ABCD 以上为液相区；AHNA包围的为δ固溶体区；NJESGN包围的为奥氏体(A)区；GPQG包围的为铁素体(F)区；DFKL、为Fe3C区。
而相图中其他任一区域的组成相皆为其相邻两个单相区的相的组合。
如GSPG区域为F+A；HJNH区域为δ+A……等等。
依次类推，在相图中共有七个两相区。
（三）、铁碳合金分类如果用“组织”来描述Fe-Fe3C相图的话，铁碳合金按其含碳量和组织的不同，分成下列三类：1、工业纯铁(<0.0218%C)；2、钢(0.0218～2.11%C)；包括亚共析钢(<0.77%C)、共析钢(0.77%C)和过共析钢(>0.77%C)；3、白口铸铁(2.11～6.69%C)；包括亚共晶白口铸铁(<4.3%C)、共晶白口铸铁(4.3%C)和过共晶白口铸铁(>4.3%C)。
下面通过六种典型的铁碳合金来讨论它的结晶过程及其组织。
所选择的各种合金的成分如图4-3所示。
图4-3 典型的铁碳合金在相图上的位置二、典型合金的结晶过程及其组织我们通过研究六种典型合金结晶过程的组织变化来认识Fe-Fe3C合金相图的组织及其变化规律。
（一）共析钢(0.77%C)的结晶过程分析图4-3中合金①为共析钢，合金①在1点以上的温度为液相(L)，冷却至稍低于1点温度开始从L中结晶出奥氏体(A)；冷至2点温度，L全部凝固为A。
1～2点间为L与A两相区。
冷至3点温度(727℃)时，A 发生共析反应转变为珠光体,即A0.77→F0.0218+Fe3C。
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，用符号P表示。
在金相显微镜下观察，能清楚地看到珠光体是铁素体和渗碳体呈片层相间的组织，即层片状组织特征，如图4-4所示。