8 铁碳合金与铁碳合金相图
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铁碳 合金相图
三、典型合金的平衡结晶过程
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁(<0.0218% C) 组织为单相铁素体。 ⑵ 钢(0.0218~2.11%C) 高温组
织为单相，易于变形， ① 亚共析钢(0.0218~0.77%C) ② 共析钢(0.77%C) ③ 过共析钢(0.77~2.11%C)
二、铁碳合金相图的分析
1、特征点
⇄
⇄ ⇄
⇄ ⇄
J
N
L+
G
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
2、特征线 ⑴ 液相线—ABCD，
固相线—AHJECFD
⑵ 三条水平线：
HJB：包晶线LB+δH⇄ J
ECF：共晶线LC⇄ E+ Fe3C
莱氏体
共晶产物是 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。
L--->L+A--->A--->A+F--->A+P+F--->P+F
相组成物：F，Fe3C
F%=
Fe3C%=
体温监测
学习目标
• 1、能阐述体温变化的临床意义 • 2、能掌握常用体温监测的方法 • 3、能选择正确的监测体温的方法 • 4、及时了解体温情况，为病情变化提供治疗
依据
体温是人体四大生命体征之一。
含1.4%C钢的组织
5．共晶白口铁（C%=4.3%）
L--->L+Le--->Le (A+Fe3C共晶)--->Le (A+Fe3C共晶+Fe3CII)-->Le’(P+Fe3CII+Fe3C)
铁碳合金的基本相与铁碳合金相图(模快四)
模块四
课题1
铁碳合金
铁碳合金的基本相与铁碳合金相图
一、铁碳合金的基本相
•铁碳合金以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于95%。
•铁碳合金的基本相有铁素体、奥氏体和渗碳体三种单相组织， 珠光体、莱氏体两种复相组织以及液相组织。 • • • • 液相是铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀的液体。 铁素体是碳溶于α －Fe中所形成的间隙固溶体。用符号F表示。 奥氏体是碳溶解于γ -Fe中形成的间隙固溶体， 用符号A表示。 渗碳体是铁碳合金中铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙 化合物，用分子式Fe3C表示。亚共晶合金Fra bibliotek过共晶合金
与亚共晶合金相似，不同的是过共晶合金一次相为 , 二 次相为Ⅱ，成分位于E,N两点之间。
合金Ⅰ的平衡结晶的显微组织
500×
共晶合金（ Ⅱ ）的平衡结晶的显微组织
亚共晶合金的平衡结晶的显微组织
组织组成物：显微镜下能清晰分辩的独立组成部分。
过共晶合金的显微组织
二、基本的二元合金相图及典型合金的结晶
欢迎多提宝贵意见！
谢谢大家！
铁素体
• 溶解能力：由于体心立方格的α -Fe的晶体格间隙半径只有 0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶 解度很小。在727℃时，碳在α -Fe中的最大溶碳量为 0.0218%，随温度的降低逐渐减小。 • 性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁 相似。即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。
• 二元相图的分析方法和步骤： ①在相图中找稳定化合物。 ②认定各区域中的单相区及其中的相。 ③对相图的每个区域分别进行分析，找出三相共存的等温线。
合金的使用性能与相图的关系
（1）成分与强度、硬度的关系：
课题1
铁碳合金
铁碳合金的基本相与铁碳合金相图
一、铁碳合金的基本相
•铁碳合金以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于95%。
•铁碳合金的基本相有铁素体、奥氏体和渗碳体三种单相组织， 珠光体、莱氏体两种复相组织以及液相组织。 • • • • 液相是铁碳合金在熔化温度以上形成的均匀的液体。 铁素体是碳溶于α －Fe中所形成的间隙固溶体。用符号F表示。 奥氏体是碳溶解于γ -Fe中形成的间隙固溶体， 用符号A表示。 渗碳体是铁碳合金中铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙 化合物，用分子式Fe3C表示。亚共晶合金Fra bibliotek过共晶合金
与亚共晶合金相似，不同的是过共晶合金一次相为 , 二 次相为Ⅱ，成分位于E,N两点之间。
合金Ⅰ的平衡结晶的显微组织
500×
共晶合金（ Ⅱ ）的平衡结晶的显微组织
亚共晶合金的平衡结晶的显微组织
组织组成物：显微镜下能清晰分辩的独立组成部分。
过共晶合金的显微组织
二、基本的二元合金相图及典型合金的结晶
欢迎多提宝贵意见！
谢谢大家！
铁素体
• 溶解能力：由于体心立方格的α -Fe的晶体格间隙半径只有 0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶 解度很小。在727℃时，碳在α -Fe中的最大溶碳量为 0.0218%，随温度的降低逐渐减小。 • 性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁 相似。即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。
• 二元相图的分析方法和步骤： ①在相图中找稳定化合物。 ②认定各区域中的单相区及其中的相。 ③对相图的每个区域分别进行分析，找出三相共存的等温线。
合金的使用性能与相图的关系
（1）成分与强度、硬度的关系：
铁碳合金相图分析
成P点成分的铁素体和渗碳体，即γS＝αP＋Fe3C。
▪
所得到的共析体αP＋Fe3C称为珠光体，用P表示。
3. 铁碳合金的平衡结晶和组织转变
1）铁碳合金的分类 工业纯铁：碳含量小于0.022％的铁碳合金称为工业纯铁， 其特点是在冷却过程中不发生共析反应。
钢：碳含量在0.022～2.14％之间的铁碳合金称为钢，其特 点是结晶过程不发生共晶反应。根据室温组织的不同，钢又 分为：
是2.25g/cm3。
▪
碳的原子半径为0.34nm。碳有两种存在
形式：石墨和金刚石，石墨较为广泛。
▪
石墨是由碳原子层组成，层内原子呈正六
边形。层内原子由共价键结合，原子间距为
0.142nm。层间原子由弱金属键结合，间距为
0.34nm。
▪
石墨的晶体结构属于六方晶系，其中a＝
0.46nm，c＝0.670nm，每个晶胞含有四个原子。
PK
6.690.022
亚共析钢的室温平衡组织是先共析铁素体和珠光体。
亚共析钢中的先共析铁素体可能呈现不同的形态：先共 析铁素体在奥氏体晶界上形核后，可形成沿原奥氏体晶界的 网状先共析铁素体；也可沿奥氏体晶内某特定晶面生长成相 互平行的片状，即魏氏组织。
❖ 过共析钢
d1 d2
d3 P S d4
当合金从液相开始冷却：
%＝c5S100% 0.76－ 0.3 100%62.2%
PS
0.760.022
P％Pc5100%0.30.022100%37.8%
PS
0.760.022
此时，合金中α与Fe3C两相的相对量为：
%＝c5K100% 6.69－ 0.3100%95.8%
PK
6.690.022
铁碳合金相图
钢锭及其冶炼
冶炼工艺的主要任务 冶炼工艺的主要方法
钢锭的结构
钢锭是由冒口、锭 身、 底部组成
钢锭的内部缺陷
激冷结晶区（细小等轴结晶区） 没问题 柱状结晶区 没多大问题 树枝状结晶区 多产生负V型偏析,因此这部分多产生偏析线、夹渣、气泡等缺陷 自由结晶区（粗大等轴结晶区） 多产生V型偏析,常产生偏析线、夹渣、金属夹杂物、渣孔、气泡等缺陷,呈 所谓疏松组织 淀淀结晶区 常产生夹渣类缺陷
实例
Elliptical head Upper shell (Ⅰ、 Ⅱ) Conical shell Intermediate shell (lower) (Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) Tube sheet Primary head (channel head)
实例
Upper head Core shell Lower head
锻造生产的特点及其在国民经济中的作用
特点 地位
大型锻件主要应用于以下方面
1、轧钢设备 2、锻压设备 3、矿山设备 4、火力发电设备 5、水力发电设备 6、核能发电设备 7、石油、化工设备 8、船舶制造工业 9、军工产品制造：
实例（核反应堆中主要锻件M140）
Closure head(monobloc) Vessel flange Inlet(outlet) nozzle Nozzle shell Core shell Transition ring Lower dome
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
图铁碳相图第四节铁碳相图与铁碳合金
图 共晶白口铸铁平衡组织
恒温转变线PSK
S 7270 C P Fe3C
珠光体是铁素体和渗碳 体两相的混合物，是共析 反应的产物，用符号“P” 表示。 珠光体是一种双相组织。 一般情况下，两相呈层片 状分布，强度较高、硬度 适中、有一定塑性。
图 铁碳相图
S 7270 C P Fe3C
图 铁碳相图
恒温转变线ECF
LC 11480 C E Fe3C
莱氏体（又称高温莱 氏体）共晶反应的产物， 用符号“Ld”表示。 变态莱氏体（又称低温 莱氏体）是由珠光体、二 次渗碳体和共晶渗碳体组 成，用符号“Ld΄”表示。
图 铁碳相图
LC 11480 C E Fe3C
ABC D
AHJ ECF
含
义
铁碳合金的液相线
铁碳合金的固相线
HJB
LB+ δ →AJ
ECF
LC→AE+Fe3C共晶转变线
GS 奥氏体转变为铁素体的开始线
ES
碳在奥氏体中的溶解度线
PSK As→ Fp+Fe3C 共析转变线
PQ
碳在铁素体中的溶解度线
图 铁碳相图
恒温转变线HJB
LB H 14950 C J
-Fe(<912 C ) 铁的同素异形体：
-Fe(BCC) -Fe(FCC) -Fe(BCC)
（2）铁的固溶体
铁素体 碳原子溶解在-Fe(低温相)和-Fe(高温相)中形成的固
溶体，为bcc结构。Fe原子位于点阵的结点上，而碳原子固 溶到晶格的八面体间隙中。相的强度、硬度较低，但塑性 和韧性较好。一般用F或表示。 奥氏体
1.碳的影响
在C%<1%时，随含碳量的 增加钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性降低； 当C%>1%后，随含碳量的 增加，钢的硬度增加，但强度、 塑性、韧性降低，这是因为 Fe3CⅡ成连续网状分布，进一步 破坏了铁素体基体之间的连接 作用所造成。
恒温转变线PSK
S 7270 C P Fe3C
珠光体是铁素体和渗碳 体两相的混合物，是共析 反应的产物，用符号“P” 表示。 珠光体是一种双相组织。 一般情况下，两相呈层片 状分布，强度较高、硬度 适中、有一定塑性。
图 铁碳相图
S 7270 C P Fe3C
图 铁碳相图
恒温转变线ECF
LC 11480 C E Fe3C
莱氏体（又称高温莱 氏体）共晶反应的产物， 用符号“Ld”表示。 变态莱氏体（又称低温 莱氏体）是由珠光体、二 次渗碳体和共晶渗碳体组 成，用符号“Ld΄”表示。
图 铁碳相图
LC 11480 C E Fe3C
ABC D
AHJ ECF
含
义
铁碳合金的液相线
铁碳合金的固相线
HJB
LB+ δ →AJ
ECF
LC→AE+Fe3C共晶转变线
GS 奥氏体转变为铁素体的开始线
ES
碳在奥氏体中的溶解度线
PSK As→ Fp+Fe3C 共析转变线
PQ
碳在铁素体中的溶解度线
图 铁碳相图
恒温转变线HJB
LB H 14950 C J
-Fe(<912 C ) 铁的同素异形体：
-Fe(BCC) -Fe(FCC) -Fe(BCC)
（2）铁的固溶体
铁素体 碳原子溶解在-Fe(低温相)和-Fe(高温相)中形成的固
溶体，为bcc结构。Fe原子位于点阵的结点上，而碳原子固 溶到晶格的八面体间隙中。相的强度、硬度较低，但塑性 和韧性较好。一般用F或表示。 奥氏体
1.碳的影响
在C%<1%时，随含碳量的 增加钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性降低； 当C%>1%后，随含碳量的 增加，钢的硬度增加，但强度、 塑性、韧性降低，这是因为 Fe3CⅡ成连续网状分布，进一步 破坏了铁素体基体之间的连接 作用所造成。
材料科学基础下学期选择与判断(带答案)
第七章三元相图一、判断题1.在热力学平衡条件下，三元系统最多４相平衡共存。
√2.三元相图的垂直截面的两相区内杠杆定律不适用。
√3.三元相图的垂直截面可确定合金相成分和量的变化。
×4.在三元相图的三相共存区，系统的自由度数为0。
×5.在三元相图的四相共存区，系统的自由度数为0。
√6.三元相图的垂直截面可应用杠杆定律确定平衡相的成分和相对量。
×7.三元相图的水平截面虽然可以确定合金的相组成，但不能确定平衡相的成分和相对量。
×8.三元相图的投影图可分析合金的结晶过程，并确定合金相与组织的相对量。
√二、选择题1．在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_A__。
A 单相区B两相区C三相区D四相区2．根据三元相图的垂直截面图。
可以_B_ __。
A分析相成分的变化规律B分析合金的凝固过程C用杠杆法则计算各相的相对量D用重心法则计算各相的相对量。
3．在三元相图的两相共存区，系统的自由度数为__B_。
A 1B 2C 0D 34．在三元相图的三相共存区，系统的自由度数为_A_。
A 1B 2C 0D 35.三元系最多存在___C___相平衡。
A. 2B. 3C. 4D. 5第八章铁碳合金与铁碳合金相图一、判断题1.在Fe-Fe3C系合金中，只有过共析钢的平衡结晶组织中才有二次渗碳体存在。
×2.凡是碳钢的平衡结晶过程都具有共析转变，而没有共晶转变；相反，对于铸铁则只有共晶转变而没有共析转变。
×3.无论何种成分的碳钢，随着碳含量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠光体相对量增加。
×4.在退火状态下，随含碳量增加，钢的强度总是提高的。
×5.在退火状态下，随含碳量增加，钢的硬度总是提高的。
√6.在优质钢中，S、P元素总是有害元素。
（√）7.亚共析钢和过共析钢室温相组成物都是α和Fe3C。
√8.P元素将造成材料冷脆，S元素将导致热脆。
第二章 工程材料结构(03 铁碳合金相图)
共晶点 共晶线
Acm 碳在奥氏体中的最大溶解度
912
AECF线—固相线
A3线 共析点 A1线 共析线
作业布置
• 绘制铁碳合金相图
δ =20～25% φ =30～40%
显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽， 因得名。这是T8钢的退火组织（白色为铁素体、黑色为渗碳 体）。
5. 莱氏体Ld
Ledeburite
• 由奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物。
• 奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在室 温下由珠光体和渗碳体组成的机械混合物， 称为低温莱氏体，用符号Ld/表示。高温莱氏 体仅存于727℃以上。 • 莱氏体硬度很高，脆性大，塑性很差。
3.渗碳体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶 格的间隙化合物。渗碳体在钢和铸铁中与其他相共 存时呈片状、球状、网状或板状。 渗碳体的机械性能特点是硬而脆, 大致性能如下：
抗拉强度极限 σb 30 MPa 延伸率 δ 0 断面收缩率
ψ
冲击韧性 ak 0
硬度 800 HB
0
机械混合物
• 它是两种或两种以上的相按一定质量百分数组成 的物质。
铁碳合金中组织与成分的关系
(2)含碳量对力学性能的影响
由图可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中 含碳量的增加，钢的强 度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时， 因渗碳体网的存在，不 仅使钢的塑性、韧性进 一步降低，而且强度也 明显下降。
含碳量对碳钢的力学性能的影响
ES 自高碳奥氏体冷却 过程中析出 Fe3C的起始 线。温度常以 Acm表示。
25
铁碳合金分类(据C%不同分) • 以E点（C2.11% ）为 界，分为钢 和铸铁两类。 铸铁结晶时有莱氏体转 变，组织中有莱氏体。
Acm 碳在奥氏体中的最大溶解度
912
AECF线—固相线
A3线 共析点 A1线 共析线
作业布置
• 绘制铁碳合金相图
δ =20～25% φ =30～40%
显微镜观察，珠光体呈层片状特征，表面具有珍珠光泽， 因得名。这是T8钢的退火组织（白色为铁素体、黑色为渗碳 体）。
5. 莱氏体Ld
Ledeburite
• 由奥氏体和渗碳体组成的两相机械混合物。
• 奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在室 温下由珠光体和渗碳体组成的机械混合物， 称为低温莱氏体，用符号Ld/表示。高温莱氏 体仅存于727℃以上。 • 莱氏体硬度很高，脆性大，塑性很差。
3.渗碳体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶 格的间隙化合物。渗碳体在钢和铸铁中与其他相共 存时呈片状、球状、网状或板状。 渗碳体的机械性能特点是硬而脆, 大致性能如下：
抗拉强度极限 σb 30 MPa 延伸率 δ 0 断面收缩率
ψ
冲击韧性 ak 0
硬度 800 HB
0
机械混合物
• 它是两种或两种以上的相按一定质量百分数组成 的物质。
铁碳合金中组织与成分的关系
(2)含碳量对力学性能的影响
由图可知，当钢中 ω C<0.9%时，随着钢中 含碳量的增加，钢的强 度、硬度呈直线上升， 而塑性、韧性不断降低； 当钢中ω C>0.9%时， 因渗碳体网的存在，不 仅使钢的塑性、韧性进 一步降低，而且强度也 明显下降。
含碳量对碳钢的力学性能的影响
ES 自高碳奥氏体冷却 过程中析出 Fe3C的起始 线。温度常以 Acm表示。
25
铁碳合金分类(据C%不同分) • 以E点（C2.11% ）为 界，分为钢 和铸铁两类。 铸铁结晶时有莱氏体转 变，组织中有莱氏体。
第五章：铁碳合金相图
第一节 Fe - C相图的基础知识
1.铁与碳可以形成 Fe3C、Fe2C、FeC 等一系列化合物。
2.稳定的化合物可以作为一个独的组 元。 3.Fe – C 二元相图。
Fe – C 二元相图
温 度
Fe
Fe3C Fe2C (6.69%C)
FeC
C
Mg – Si 合金相图
第二节 形成Fe - Fe3C 相图组元 和基本组织的结构与性能
2.优质碳素结构钢
* 45 --- Wc = 45%00 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0%
3.碳素工具钢
T 12 A
高级优质
Wc = 12%0
碳素工具钢
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400
σb ≥ 400MPa σs≥ 200MPa
1495℃
AJ
2.共晶转变反应式:
LC
1148℃
( AE + Fe3C )
Le
3.共析转变反应式:
AS
727℃
( FP + Fe3C )
P
三.典型铁碳合金的结晶过程分析
工业纯铁
( ingot iron ) 共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) 亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
Si — 有很强的固溶强化作用,能脱
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BC线以 上温度 BC—JE 之间温度
ES —A1 温度
JE—ES之 间温度
A1温度 以下
A1 ( Fe) （ Fe） Fe3C
过共析钢的室温组织
过共析钢的室温组织
碳钢结晶特点
高温下都可以进入奥氏体单相区 室温组织中含有珠光体
（3）铸铁
1）共晶白口铁
共晶白口铁室温平衡组织 Ld'：P+Fe3C 共晶+Fe3CII
2、Fe-Fe3C相图中的特性线
液相线ABCD 固相线AHJECF 包晶反应线HJB 共晶反应线ECF 共析反应线PSK 析出线 ：自单相中析出第二相 CD线： L Fe3CI ES线： Fe3CII PQ线： Fe3CIII 其他相界线 如HN，GP ，MO等
A4
ωC/ %
0 0.53 4.3 6.69 2.11 6.69 0 0.09
说 明 纯铁的熔点 包晶转变时液相成分 共晶点 Fe3C的熔点 碳在γ-Fe中的最大溶解度 Fe3C的成分 A3：α与γ转变点 碳在δ-Fe中的最大溶解度
铁碳相图中各点的温度、碳含量及含义2
符 号 温度 /℃ ωC/ % 说 明
铸 铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
共晶白口铁 工业纯铁 过共晶白口铁 亚共晶白口铁 铸 铁
碳 钢
2、铁碳合金的平衡结晶
（1）工业纯铁（ωC≤0.0218% ）
AB线以 上温度 AB—AH 之间温度 AH—HN 之间温度 JN—GS 之间温度 HN—JN 之间温度 Q点温 度以下
GS—GP 之间温度
GP—PQ 之间温度
P＝M＋N－Q
3、共轭位置
某一顶角的外侧，且在形成此 顶角的两条边的延长线范围内 P ＋Q ＋N ＝ M
P＝M－N－Q
4、 P点在△MNQ的边或其延长线上 —— 二元系统
在MN内，M＋N＝P； 在MN外，M＋P＝N
五、杠杆规则
—— 两相平衡
1）由二个相合成一个新相时，新相的组成点必定在原来二 相组成点的连线上；
2）新相组成点与原来二相组成点的距离和二相的量成反比；
3）推论：由一相分解为二相时，这二相的组成点必分布于
原来相组成点的二侧，且成一条直线。
杠杆规则：
m PN n MP
六、相图分析
1、三元共晶相图
2、三元匀晶相图
投影图
立体图
J
K M N O P
1495
727 770 1394 770 727
0.17
6.69 0 0 约0.5 0.0218 0.0057 （0.0008） 0.77
包晶点
渗碳体的成分 A2：纯铁磁性转变点 A4：γ与δ转变温度 ω(C)≈0.5%合金磁性转变点 碳在α-Fe中的最大溶解度
Q
S
600(室温)
（四）含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
铁碳合金的含碳量与组织的关系
含碳量对钢机械性能的影响
含碳量对工艺性能的影响
切削加工性：中碳钢的塑性适中，切削加工性能好
可锻性：低碳钢比高碳钢好。 铸造性：靠近共晶成分的铸铁，结晶温度低，流动 性好，具有良好的铸造性能。
一般而言，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所
—— 重心原理（规则） 1、共晶型 —— 重心位置
L
2、包共晶型 —— 交叉位置
L
3、包晶型 —— 共轭位置
L
1、重心位置规则
—— M、N、P、Q 四相平衡
P点在△MNQ内部
M＋N＋Q＝P
2、交叉位置规则
P点在△MNQ某条边的外侧 P ＋Q＝ M＋N
A3
A1
230℃
A0
3、Fe-Fe3C相图中的特性点
包晶反应点J：
LB H J
1495℃
共晶反应点C：
LC E Fe3C
1148℃
共析反应点S ：
S P Fe3C
727℃
铁碳相图中各点的温度、碳含量及含义 1
符 号 A B C D E F G H 温度 /℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495
以低碳钢比高碳钢更容易焊接。
三元系统相图简介
一、三元凝聚系统相律
F＝C－P＋1＝4－PΒιβλιοθήκη 二、三元系统相图的组成表示方法
浓度（组成）三角形
三、三元系统相图的表示
（1）立体相图:
（2）平面投影图
投影图上温度表示法：
1）箭头表示温度下降方向；
2）特殊点温度直接标注或列表表示；
3）等温线法
四、三元系统相图的四相平衡
（3）高温铁素体（δ）
C (max) 0.09%
碳溶于δ-Fe （体心立方结构）形成的间隙固溶体。
（4）奥氏体（γ或A）
C (max) 2.11%
碳溶于γ-Fe （面心立方结构）形成的间隙固溶体。
（5）渗碳体（Fe3C或Cm） C 6.69%
间隙化合物，高温长时间受热分解为奥氏体和石墨
工业纯铁的室温组织
（2）碳钢
1）共析钢（ωC=0.77%）
BC线以 上温度 BC—JE 之间温度
S点温 度以下
JE线—S点 之间温度
( Fe) （ Fe） Fe3C
S点
共析钢的室温组织——珠光体P
2）亚共析钢（0.0218%<ωC<0.77%）
AB线以 上温度 AB—BJ 之间温度 BJ—JE之 间温度
（6）珠光体
铁素体和渗碳体的机械化混合物，P
（7）莱氏体
奥氏体和渗碳体的机械化混合物，Ld
二、Fe－Fe3C相图分析
1、Fe-Fe3C相图中的相区
液相区（L）：ABCD以上 δ固溶体区（ δ）： AHNA 奥氏体区（γ或A）：NJESGN 铁素体区（α或F）：GPQG 渗碳体区（Fe3C或Cm）：DFK
JE—GS之 间温度 GS —A1 温度 A1温度 以下
HJB L ( Fe) （ Fe）
A1 ( Fe) （ Fe） Fe3C
亚共析钢（20#）的室温组织
亚共析钢（45#）的室温组织
亚共析钢（60#）的室温组织
3）过共析钢（0.77%<ωC<2.11%）
共晶白口铁的室温组织
2）亚共晶白口铁
室温下亚共晶白口铁的平衡组织：P+Fe3CII+Ld'
亚共晶白口铁的室温组织
3）过共晶白口铁
CD线以上温度 CD线～ECF线温度
PSK线温度以下
ECF 线～PSK线温度
室温下过共晶白口铁的平衡组织：Fe3CI+Ld’
过共晶白口铁的室温组织
铸铁组织特点
发生共晶反应 室温组织中含有低温莱氏体
第 8 章 铁碳合金与铁 碳合金相图
一、铁碳合金基本组元和基本相 1、铁碳合金基本组元及特性 （1）纯铁(Fe) 过渡族元素，熔点1538℃ 同素异构转变：
A4转变： Fe Fe
1394℃
912℃ A3转变： Fe Fe
磁性转变：
770℃ A2转变：高温顺磁性 低温铁磁性
1、铁碳合金
① 工业纯铁 ωc<0.0218% 碳 钢
② 共析钢 ωc＝0.77%
③ 亚共析钢 ωc＝0.0218%～0.77%
④ 过共析钢 ωc ＝0.77% ～2.11%
⑤ 共晶白口铸铁 ωc= 4.3% ⑥ 亚共晶白口铸铁 ωc= 2.11% ～ 4.3% ⑦ 过共晶白口铸铁 ωc = 4.3%～6.69%
（2）Fe3C（渗碳体） 间隙化合物，Cm 熔点：1227℃ 磁性转变：
230℃ A0转变：高温顺磁性 低温铁磁性
（3） 石墨
2、铁碳合金中的基本相 （1）液相（L）
铁和碳液态溶体（溶液）
（2）铁素体（α或F）
C (max) 0.0218%
碳溶于α-Fe （体心立方结构）形成的间隙固溶体。
727
碳在α-Fe中的溶解度
共析点
4、铁碳相图中的重要反应
1495℃包晶反应
L ( Fe) Fe
L4.30% ( Fe)2.11% Fe3C
1148℃共晶反应
727℃共析反应
( Fe)0.77% （ Fe） Fe3C
（三）典型铁碳合金的平衡结晶过程
ES —A1 温度
JE—ES之 间温度
A1温度 以下
A1 ( Fe) （ Fe） Fe3C
过共析钢的室温组织
过共析钢的室温组织
碳钢结晶特点
高温下都可以进入奥氏体单相区 室温组织中含有珠光体
（3）铸铁
1）共晶白口铁
共晶白口铁室温平衡组织 Ld'：P+Fe3C 共晶+Fe3CII
2、Fe-Fe3C相图中的特性线
液相线ABCD 固相线AHJECF 包晶反应线HJB 共晶反应线ECF 共析反应线PSK 析出线 ：自单相中析出第二相 CD线： L Fe3CI ES线： Fe3CII PQ线： Fe3CIII 其他相界线 如HN，GP ，MO等
A4
ωC/ %
0 0.53 4.3 6.69 2.11 6.69 0 0.09
说 明 纯铁的熔点 包晶转变时液相成分 共晶点 Fe3C的熔点 碳在γ-Fe中的最大溶解度 Fe3C的成分 A3：α与γ转变点 碳在δ-Fe中的最大溶解度
铁碳相图中各点的温度、碳含量及含义2
符 号 温度 /℃ ωC/ % 说 明
铸 铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
共晶白口铁 工业纯铁 过共晶白口铁 亚共晶白口铁 铸 铁
碳 钢
2、铁碳合金的平衡结晶
（1）工业纯铁（ωC≤0.0218% ）
AB线以 上温度 AB—AH 之间温度 AH—HN 之间温度 JN—GS 之间温度 HN—JN 之间温度 Q点温 度以下
GS—GP 之间温度
GP—PQ 之间温度
P＝M＋N－Q
3、共轭位置
某一顶角的外侧，且在形成此 顶角的两条边的延长线范围内 P ＋Q ＋N ＝ M
P＝M－N－Q
4、 P点在△MNQ的边或其延长线上 —— 二元系统
在MN内，M＋N＝P； 在MN外，M＋P＝N
五、杠杆规则
—— 两相平衡
1）由二个相合成一个新相时，新相的组成点必定在原来二 相组成点的连线上；
2）新相组成点与原来二相组成点的距离和二相的量成反比；
3）推论：由一相分解为二相时，这二相的组成点必分布于
原来相组成点的二侧，且成一条直线。
杠杆规则：
m PN n MP
六、相图分析
1、三元共晶相图
2、三元匀晶相图
投影图
立体图
J
K M N O P
1495
727 770 1394 770 727
0.17
6.69 0 0 约0.5 0.0218 0.0057 （0.0008） 0.77
包晶点
渗碳体的成分 A2：纯铁磁性转变点 A4：γ与δ转变温度 ω(C)≈0.5%合金磁性转变点 碳在α-Fe中的最大溶解度
Q
S
600(室温)
（四）含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
铁碳合金的含碳量与组织的关系
含碳量对钢机械性能的影响
含碳量对工艺性能的影响
切削加工性：中碳钢的塑性适中，切削加工性能好
可锻性：低碳钢比高碳钢好。 铸造性：靠近共晶成分的铸铁，结晶温度低，流动 性好，具有良好的铸造性能。
一般而言，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所
—— 重心原理（规则） 1、共晶型 —— 重心位置
L
2、包共晶型 —— 交叉位置
L
3、包晶型 —— 共轭位置
L
1、重心位置规则
—— M、N、P、Q 四相平衡
P点在△MNQ内部
M＋N＋Q＝P
2、交叉位置规则
P点在△MNQ某条边的外侧 P ＋Q＝ M＋N
A3
A1
230℃
A0
3、Fe-Fe3C相图中的特性点
包晶反应点J：
LB H J
1495℃
共晶反应点C：
LC E Fe3C
1148℃
共析反应点S ：
S P Fe3C
727℃
铁碳相图中各点的温度、碳含量及含义 1
符 号 A B C D E F G H 温度 /℃ 1538 1495 1148 1227 1148 1148 912 1495
以低碳钢比高碳钢更容易焊接。
三元系统相图简介
一、三元凝聚系统相律
F＝C－P＋1＝4－PΒιβλιοθήκη 二、三元系统相图的组成表示方法
浓度（组成）三角形
三、三元系统相图的表示
（1）立体相图:
（2）平面投影图
投影图上温度表示法：
1）箭头表示温度下降方向；
2）特殊点温度直接标注或列表表示；
3）等温线法
四、三元系统相图的四相平衡
（3）高温铁素体（δ）
C (max) 0.09%
碳溶于δ-Fe （体心立方结构）形成的间隙固溶体。
（4）奥氏体（γ或A）
C (max) 2.11%
碳溶于γ-Fe （面心立方结构）形成的间隙固溶体。
（5）渗碳体（Fe3C或Cm） C 6.69%
间隙化合物，高温长时间受热分解为奥氏体和石墨
工业纯铁的室温组织
（2）碳钢
1）共析钢（ωC=0.77%）
BC线以 上温度 BC—JE 之间温度
S点温 度以下
JE线—S点 之间温度
( Fe) （ Fe） Fe3C
S点
共析钢的室温组织——珠光体P
2）亚共析钢（0.0218%<ωC<0.77%）
AB线以 上温度 AB—BJ 之间温度 BJ—JE之 间温度
（6）珠光体
铁素体和渗碳体的机械化混合物，P
（7）莱氏体
奥氏体和渗碳体的机械化混合物，Ld
二、Fe－Fe3C相图分析
1、Fe-Fe3C相图中的相区
液相区（L）：ABCD以上 δ固溶体区（ δ）： AHNA 奥氏体区（γ或A）：NJESGN 铁素体区（α或F）：GPQG 渗碳体区（Fe3C或Cm）：DFK
JE—GS之 间温度 GS —A1 温度 A1温度 以下
HJB L ( Fe) （ Fe）
A1 ( Fe) （ Fe） Fe3C
亚共析钢（20#）的室温组织
亚共析钢（45#）的室温组织
亚共析钢（60#）的室温组织
3）过共析钢（0.77%<ωC<2.11%）
共晶白口铁的室温组织
2）亚共晶白口铁
室温下亚共晶白口铁的平衡组织：P+Fe3CII+Ld'
亚共晶白口铁的室温组织
3）过共晶白口铁
CD线以上温度 CD线～ECF线温度
PSK线温度以下
ECF 线～PSK线温度
室温下过共晶白口铁的平衡组织：Fe3CI+Ld’
过共晶白口铁的室温组织
铸铁组织特点
发生共晶反应 室温组织中含有低温莱氏体
第 8 章 铁碳合金与铁 碳合金相图
一、铁碳合金基本组元和基本相 1、铁碳合金基本组元及特性 （1）纯铁(Fe) 过渡族元素，熔点1538℃ 同素异构转变：
A4转变： Fe Fe
1394℃
912℃ A3转变： Fe Fe
磁性转变：
770℃ A2转变：高温顺磁性 低温铁磁性
1、铁碳合金
① 工业纯铁 ωc<0.0218% 碳 钢
② 共析钢 ωc＝0.77%
③ 亚共析钢 ωc＝0.0218%～0.77%
④ 过共析钢 ωc ＝0.77% ～2.11%
⑤ 共晶白口铸铁 ωc= 4.3% ⑥ 亚共晶白口铸铁 ωc= 2.11% ～ 4.3% ⑦ 过共晶白口铸铁 ωc = 4.3%～6.69%
（2）Fe3C（渗碳体） 间隙化合物，Cm 熔点：1227℃ 磁性转变：
230℃ A0转变：高温顺磁性 低温铁磁性
（3） 石墨
2、铁碳合金中的基本相 （1）液相（L）
铁和碳液态溶体（溶液）
（2）铁素体（α或F）
C (max) 0.0218%
碳溶于α-Fe （体心立方结构）形成的间隙固溶体。
727
碳在α-Fe中的溶解度
共析点
4、铁碳相图中的重要反应
1495℃包晶反应
L ( Fe) Fe
L4.30% ( Fe)2.11% Fe3C
1148℃共晶反应
727℃共析反应
( Fe)0.77% （ Fe） Fe3C
（三）典型铁碳合金的平衡结晶过程