3.2 铁碳合金的基本组织与性能
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析1.1典型铁碳合金的平衡组织观察与分析一、实验目的1．通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2．掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。
二、实验原理简介利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析（或金相分析）。
合金在极其缓慢的冷却条件（如退火状态）下所得到的组织称为平衡组织。
铁碳合金平衡组织的观察与分析，要依据Fe-Fe3C相图来进行。
1．室温下铁碳合金基本组织特征（1）铁素体（F）铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现白亮色多边形晶粒。
在亚共析钢中，铁素体呈块状分布，当合金的含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体晶界上。
（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的一种化合物。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下为白亮色；若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈暗黑色，而铁素体仍为白亮色，由此可以区别铁素体和渗碳体。
由于铁碳合金的成分和形成条件不同，渗碳体可以呈现不同的形状,一次渗碳体是由液相中直接结晶出来，呈板条状游离分布；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，呈网状分布在珠光体晶界上；三次渗碳体是从铁素体中析出，呈窄条状分布在铁素体晶界上。
（3）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的两相复合物。
在平衡状态下，它是由铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，铁素体和渗碳体皆为白亮色，而两相交界呈暗黑色线条。
在不同的放大倍数下观察时，组织特征有所区别。
如在高倍（600倍以上）下观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而两相交界为暗黑色；在中倍（400倍左右）下观察时，白亮色的渗碳体被暗黑色交界所“吞食”，而呈现为细黑条，这时看到的珠光体是宽白条铁素体和暗黑细条渗碳体的相间复合物；在低倍（200倍以下）下观察时，无论是宽白条的铁素体还是暗黑细条的渗碳体都很难分辨，这时珠光体呈现暗黑色块状组织。
3-2铁碳合金的基本组织
明朝国家栋梁
谢 谢
谢谢观看！ 请多指导！
渗碳体 Fe C 3
珠光体 莱氏体
P
Ld
L
4.3
硬度很高，塑性、韧性 极差
§3－2 铁碳合金的基本组织与性能
1、铁碳合金的基本组织的符号。
2、铁碳合金的基本组织的含碳量。 3、铁碳合金的基本组织的性能。
一、填空题：
1、铁碳合金的基本组织有五种， 它们是 铁素体、 奥氏体、
渗碳体、 珠光体、 莱氏体。
国
家
重
点
全国中等职业技术学校机械类通用教材
中国劳动社会保障出版社
金属材料与热处理
张春英
第五版
第三章
§3 －2
铁碳合金
铁碳合金的基本组织与性能
1、什么是合金？ 2、什么是合金中的组元和相？ 3、什么是合金的组织？
4、合金的组织有哪几种类型？
1、什么是合金？
合金是由两种或两种 以上的元素所组成的金属 材料。
奥 氏 体
1、符号： 用“A ”表示
2、溶碳能力： 较强。在1148℃时可溶碳 为2.11%，在727℃时，可 溶碳为0.77%。
3、性能特点：
强度、硬度不高，具有良好 的塑性，是绝大多数钢在高温 进行锻造和轧制时所要求的组 织。
三、渗碳体 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
由于奥氏体在727℃时转变为珠 光体，所以在室温下的莱氏体由 珠光体和渗碳体组成的混合物。
2、溶碳能力：C=4.3% 3、性能特点：硬度很高，塑 性、韧性极差。
.
组织名称
符号
含碳量 %
性能特点
铁素体
F A
奥氏体
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。
铁碳合金的基本组织
第一节铁碳合金的基本组织一、固溶体：定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。
铁素体：碳溶于α-Fe的间隙固溶体；F；体心立方晶格，溶碳量很少，显微组织与纯铁相似，呈明亮的多边形晶粒；性能与纯铁相似，即强度、硬度低，塑性、韧性好。
奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体；A；面心立方晶格，晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直；强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好，钢材多数加热到臭氏体状态进行锻造。
二、金属化合物（中间相）（强化相）渗碳体：铁与碳形成的金属化合物；Fe3C；具有复杂的晶体结构，w C=6.69%；它是钢中的主要强化相，它的形态、大小、数量和分布对钢及铸铁的性能有很大影响，渗碳体硬度很高，塑性、韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。
三、机械混合物：珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物；P；由铁素体与渗碳体片层状交替排列的共转变组织，碳合量平均为w C=0.77%；性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。
莱氏体：由臭氏体和渗碳体组成的机械混合物；Ld（高温莱氏体），Ld’（变态莱氏体）；变态莱氏体由渗碳体与珠光体相近，硬度很高，塑性很差。
总结：硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。
第二节铁碳合金状态图一、铁碳合金状态图的建立（1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。
（2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分－温度坐标中。
（3）将意义相同的临界点连接起来。
二、Fe－Fe3C合金状态图的分析：1.点（特性点）：A1538℃100％Fe的熔点；D1227℃100％Fe3C的熔点；G912℃100％Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；C1148℃ 4.3％C 共晶点L→Ld（A＋C）共晶反应；F1148℃ 6.69％C 虚点；P727℃100％Fe虚点；K727℃ 6.69％C虚点、E1148℃ 2.11％C碳在γ－Fe中的最大固溶量；S727℃0.77％C 碳在γ－Fe中的最小固溶量，共析点A→P 共析反应。
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。
§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%
第五章_铁碳相图
第五章铁碳相图定义：分析研究铁碳合金在平衡条件下合金的成分、温度、合金相之间关系的图解。
一、铁碳合金的基本组织与性能根据铁与碳组元的作用不同，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。
1、铁素体铁素体F：碳溶入α－Fe中形成的间隙固溶体铁素体性能：σb＝180－280MPa，δ＝30％－50％，硬度≈80HBS。
2、奥氏体奥氏体（A）：碳溶入γ－Fe中形成的间隙固溶体。
奥氏体性能：σb＝400MPa，δ＝40％－50％，硬度＝160－200HBS。
3、渗碳体渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物。
渗碳体性能：熔点高约1227℃，硬度≈800HBW，δ≈0，脆性大。
Fe3C是钢中的强化相，它的形态、大小、数量与分布对铁碳合金性能产生非常大的影响。
4、珠光体珠光体（P）：铁素体和渗碳体组成的两相复合物。
其性能介于F和Fe3C之间即：σb＝770MPa，δ＝20％－30％，硬度≈180HBS，A KV＝24－32J。
5、莱氏体（Ld或Ld′）莱氏体：奥氏体和Fe3C组成的两相复合物。
在1148℃时称为高温莱氏体（Ld′），溶碳量为ωC＝4.3％；在727℃时，由P和Fe3C组成的两相复合物，称为低温莱氏体（Ld）。
其性能与Fe3C相似，又硬又脆。
二、铁碳合金相图在铁碳合金中，铁与碳可形成Fe3C、Fe2C、FeC等一系列化合物。
而稳定的化合物可作为一个独立的组元。
因此，整个Fe－C相图可视为由Fe－Fe3C、Fe3C－Fe2C等一系列二元相图构成。
但因铁碳合金中当ωC＞5％时，性能很脆，无实用价值，故铁碳合金相图中仅研究Fe－Fe3C相图。
简化后的Fe－Fe3C相图如图5－1所示。
1、相图分析Fe －Fe 3C 相图分为上、下两部分。
二元共晶相图（前面以讲）和二元共析相图。
⑴Fe －Fe 3C 相图中的特征点 P 点：碳在F 中的最大溶解度。
G 点：Fe Fe -⇔γα－的同素异晶转变点。
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。
- 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)。
《金属材料与热处理》导学案主备人：栾义审核人：栾义编号：008 §3-2 铁碳合金的基本组织与性能
【使用说明】
1、依据学习目标，全体同学积极主动的根据教材内容认真预习并完
成导学案，小组长做好监督与检查，确保每位同学都能认真及时的预习相关知识。
2、结合导学案中的问题提示，认真研读教材，回答相关问题。
3、要求每位同学认真预习、研读课本，找出不明白的问题，用红笔
做好标记。
【学习目标】
1、知识与技能：掌握铁碳合金的基本组织、性能及符号。
2、学习与方法：积极讨论、踊跃展示、大胆质疑，抓住“成分决定
组织，组织决定性能”这一主线，能分析出这五种基本组织的性能特点。
3、情感态度价值观：激情投入，大胆质疑，快乐学习。
【重点难点】
铁碳合金的基本组织
铁碳合金基本组织的性能特点
【自主学习】
班级：姓名：使用时间：年月日铁素体重要级别：★★★★★
奥氏体重要级别：★★★★★
渗碳体重要级别：★★★★★
珠光体重要级别：★★★★★
莱氏体重要级别：★★★★★
【合作探究】
1、解释下列名词，并注明符号。
（1）铁素体
（2）奥氏体
（3）渗碳体
（4）珠光体
（5）莱氏体
2、简述铁碳合金五种基本组织的成分（含碳量）、组织特点（单相组织看晶格特点）、性能特点。
《金属材料与热处理》导学案主备人：栾义审核人：栾义编号：008
3、指出下列显微组织是那种铁碳合金基本组织（如果是多相组织，在图中分别指出各相）。
（a）（b）（c）
（d）（e）
【课后作业】(自己默写，组长监督)
1、理解掌握本导学案内容，并完成习题册第三章第二节相关题目。
【学后反思】。