铁碳合金相图 超清楚版
铁碳合金相图分析
1点以上
1～2点
2～3点
图3-3 共析钢结晶过程示意图
3点～室温
共析钢的室温组织全部为P，呈层片状，其室温下的显微组织如图3-4 所示。
图3-4 共析钢室温下的显微组织
（二）亚共析钢的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅱ为 wC 0.45% 的亚共析钢，其结晶过程如图 3-5 所示。
1点以上
1～2点
A3 线 合金冷却时从奥氏体中开始析出铁素体的析出线
三、铁碳合金的结晶过程
图3-2 简化后的Fe-Fe3C相图
根据碳的质量分数和室温显微组织不同，铁碳合金可以分为工业纯 铁、钢和白口铸铁三大类，具体如下。
（一）共析钢的结晶过程 在图 3-2 中，合金Ⅰ为 wC 0.77% 的共析钢，其结晶过程如图 3-3 所示。
图3-12 亚共晶白口铸铁室温下的显微组织
（六）过共晶白口铸铁的结晶过程 图 3-2 中的合金Ⅵ为 wC 5.0% 的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图 3-13
所示。
1点以上
1～2点
2～3点
图3-13 过共晶白口铸铁的结晶示意图
3点～室温
过共晶白口铸铁室温下的显微组织如图 3-14 所示，图中白色条状为 Fe3CⅠ ， 黑白 相间的 基 体 为 Ld′ 。所 有过共 晶 白口 铸铁 的 室温 组织 均 为 Ld Fe3CⅠ，只是随着碳含量的增加， Fe3CⅠ量增加。
0.09
碳在 δ-Fe 中的最大溶解度
J
1 495
K
727
0.17 6.69
包晶点 LB δH
A 1495℃ J
Fe3C 的成分
符号 N P S Q
温度 T/℃ 1 394 727
727 室温
铁碳相图和铁碳合金(白底+简化)
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铁素体的显微组织
铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝 酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明 亮的多边形等轴晶粒。
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奥氏体的组织
奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较为 平直，且常有孪晶存在。
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（3）Fe3C(渗碳体） cementite
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4
（1）纯铁pure iron（多型性）
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➢ 纯铁熔点1538℃，温度变化 时会发生同素异构转变。
➢ 在912℃以下为体心立方 ， 称α铁(α-Fe)；
➢ 低温的铁具有铁磁性，在 770℃ 以 上 铁 磁 性 趋 于 消 失 。
➢ 912℃—1394℃ 之 间 为 面 心 立方，称为γ铁(γ-Fe)；
称为铸铁 ➢含碳量小于0.0218％的铁碳合金则称为工
业纯铁
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根据组织特征可将铁碳合金分为以下七种
①工业纯铁(<0.0218％C)； ②共析钢，0.77％C； ③亚共析钢(0.0218％—0.77％C)； ④过共析钢(0.77％-2.11％C)； ⑤共晶铸铁(4.30%C)； ⑥亚共晶铸铁(2.11%-4.30％C)； ⑦过共晶铸铁(4.30％—6.69％C)。
G 912
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0
α与γ同素异构转变点(A3)
17
2、 Fe-Fe3C相图分析
特征点
符号 H J K N P S Q
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温度/℃ 1495 1495 727 1394 727 727 室温
含碳量/% 含义
0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度
第二章 铁碳合金相图
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四、珠光体（P）
定义：F与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：
0.77%）
性能：σ b≈750MPa
40J/cm
2
HBS=180
δ ≈20%～25%
ak=30～
综合性能
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五、莱氏体（P）
定义：A与 Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%）
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四、实际金属的晶体结构
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四、实际金属的晶体结构
位错密度： （1）单位体积中位错线的总长度， ρ＝ ΣL / V 式中：ρ 为位错密度, 单位为m-2，ΣL 为位错 线总长度, 单位为m, V为体积, 单位为m3。 （2）晶体强度与位错密度的关系。 （3）位错观察：浸蚀法、电境法。
晶粒大小及其控制
细晶强化的基本原理 ↑v形核， ↓v长大 细晶强化的方法 -- 增大过冷度∆T (中、小型零件) ↑形核率， ↓v长大 -- 变质处理 ↑形核率 -- 震动、搅拌结晶 ↓v长大， ↑形核率
金属晶粒愈细小，力学性能愈好！
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三、金属的同素异晶转变
金属在固态下随温度不同而发生晶格类型的转变
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四、实际金属的晶体结构 •点缺陷
产生原因：由于原子热振动造成的。 过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。 结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀， 置换原子可引起收缩或膨胀。） 性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。）力学性能（屈服强 度提高。）
铁碳合金相图
Foundation of mechanical manufacturing
铁碳合金相图
铁碳合金基本相
3
Fe-Fe3C相图
Fe-Fe3C相图是表示在缓慢冷却（加热）条件下（即平衡状态）不同成分的钢和铸铁在不 同温度下所具有的组织或状态的一种图形。
铁碳合金基本相
4
图2.20 Fe-Fe3C相图
E
碳在γ-Fe中的最大溶解度。温度为1148℃，Wc为2.11%。
F
Fe3C的成分。温度为1148℃，Wc为6.69%。
G
α—Feγ—Fe同素异晶转变点。温度为912℃，Wc为0。
铁碳合金基本相
9
1、Fe-Fe3C相图分析
①铁碳合金状态图中的各特性点的意义
K
Fe3C的成分。温度为727℃，Wc为6.69%。
铁碳合金基本相
5
01
Fe-Fe3C相图的分析
02
Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类
03
典型合金的结晶过程
04
铁碳合金的成分、组织与性能的关系
05
Fe-Fe3C相图的应用
铁碳合金基本同时结晶出两种成分一定的固 相的转变。
共析 转变
一定成分的液相在一定的温度下同时析出出两种成分一定的固 相的转变。
铁碳合金基本相
11
1、Fe-Fe3C相图分析
②铁碳合金状态图中各特性线的意义
PSK 线
ES线
共析线，常称A1线，奥氏体在此线上发生共析转变 碳在奥氏体中的溶解度曲线，常称Acm
GS线
奥氏体转变为铁素体的开始线，常称A3
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P
碳在α—Fe中的最大溶解度。温度为727℃，Wc为0.0218%。
7铁碳合金相图
概念 碳溶于α－Fe中 的间隙固溶体 碳溶于γ－Fe中 的间隙固溶体 具有复杂晶格的 间隙化合物
性能 具有良好的塑性和韧性， 但强度硬度不高 与溶碳量和晶粒大小有 关，硬度较低而塑性较 高，易于锻压成形 硬度很高而塑性和韧性 几乎为零，脆性极大
铁素体 固溶 体 相 固相
金属 化合 物
F A
奥氏体
渗碳体
• 回火：将淬火后的钢件在高于室温而低于 650℃的某一适当温度进行长时间的保温， 再进行冷却的过程，这种工艺称为回火。退 火、正火、淬火、回火是整体热处理中的 “四把火”，其中的淬火与回火关系密切， 常常配合使用，缺一不可。 “四把火”随着 加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同 的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性， 把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调 质。通过在铁碳合金相图中将退火、正火、 淬火、回火温度加以比较。
Fe3C L
液相
基本组织： 单相组织： F、A、 Fe3C 莱氏体Ld：（A＋ Fe3C ）在共晶点上得到，塑性韧性很差，是硬而脆的组织 珠光体P：（ F＋ Fe3C ）在共析点上得到，具有良好的力学性能
第二节 铁－渗碳体相图分析
四、铁－渗碳体相图中铁碳合金的分类
第三节 典型铁碳合金的结晶过程及其组织
• 2．1 铸造性能的概念提出。 •
铸造性能的概念提出，首先通过多媒体演示 铸件生产工艺过程，通过观看齿轮坯铸件生产过 程。 • 得出:铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将 熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、 尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。有了 铸造性能概念，结合铁碳合金相图，指出ACD区 是液相区，确定浇注温度一般在液相线以上 150C°左右，并且可选择流动性好的合金，即 接近共晶成分的合金,应用最为广泛。因此，其 熔点低，结晶温度间隔小，活动性好组织致密。 所以，大型零件、复杂零件均采用铸造加工。
铁碳合金相图3-4
Fe -Fe 3C 相图T °LL+δδδ+γγL+γɑ+γɑL+Fe 3C Ⅰ727℃1148℃CFDKESPQGBJNAHPLdLd'P+ɑP+Fe 3C Ⅱγ+Fe 3C Ⅱγ+Ld+Fe 3C ⅡP+Ld'+Fe 3C ⅡLd+Fe 3C ⅠLd'+Fe 3C Ⅰɑ+Fe 3C Ⅲ1495℃铁碳合金相图●铁碳合金（Iron-carbon Alloy ）以铁和碳为基本组元的合金。
●铁碳合金类别●碳在铁碳合金中的存在形式①C 溶入Fe 的晶格间隙中形成间隙固溶体（铁素体、奥氏体）。
②C 与Fe 作用形成化合物（Fe 3C ）。
③以游离态（石墨）存在。
当C 主要以Fe 3C 形式存在时，铁碳合金的组成相就是Fe 和Fe 3C 。
本节讨论的铁碳相图即为Fe-Fe 3C 相图。
碳钢（Carbon Steel ）（w C %＜2.11%）铸铁（Cast Iron ）（w C %＞2.11%）铁碳合金一、铁碳合金中的基本相1.铁素体（Ferrite）定义：碳溶解在体心立方晶格的α-Fe中形成的间隙固溶体。
铁素体的最大溶碳量（727︒C时）为0.0218%，室温溶碳量为0.0008%。
碳溶解在体心立方晶格的δ-Fe中形成的间隙固溶体也是铁素体，为了区别起见，称为δ铁素体或高温铁素体。
符号：α或F。
性能：强度和硬度低，塑性和韧性高。
HB＝50～80，δ＝30～50%。
铁素体组织金相图2.奥氏体（Austenite ）定义：碳溶解在面心立方晶格的γ-Fe 中形成的间隙固溶体。
奥氏体的最大溶碳量为2.11%(1148︒C)，727︒C 时溶碳量为0.77%。
符号：γ或A 。
性能：强度和硬度较低，塑性和韧性高。
HB ＝170～220，δ＝30～50%。
相比铁素体，奥氏体可溶入更多的碳，强度和硬度更高。
第4章铁碳合金相图－§4.3 铁碳合金的基本相与基本组织●组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。
1-2-3铁碳合金相图PPT课件
片状珠光体显微组织
2021/3/9
授课：XXX
球状珠光体显微组织
20
五、莱氏体（Ledeburite） [莱氏体]：是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。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，存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为 高温莱氏体，用符号“Ld”表示，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，用符号“Ldˊ”表示，组织由渗碳体和珠光体组成。
纯物质：均匀降温→液态凝固(T不变) →均匀降温 合金：均匀降温→有固体析出(降温变缓)→两种固体
同时析出(T不变) →均匀降温
2021/3/9
授课：XXX
3
T T 纯A ① ② ③ ④ ⑤ 纯B
2021/3/9
τ→
A
xB→
B
授课：XXX
4
1。纯铁
2021/3/9
授课：XXX
5
同素异构转变
金属在固态下由于温度的改变而发生晶格 类型转变的现象。
2021/3/9
授课：XXX
18
渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在 显微镜下呈黑色。
渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。 渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。
2021/3/9
授课：渗X碳XX体
奥氏体晶体结构奥氏体显微组织二奥氏体austenite17奥氏体具有一定的强度和硬度b400mpa170220hbs塑性和韧性也好4050奥氏体是一种高温组织稳定存在的温度范围为7271394显微组织为多边形晶粒晶粒内常可见到孪晶昌粒的平行的直线条生产中利用奥氏体塑性好的特点常将钢加热到高温奥氏体状态迚行塑性加工
铁碳合金相图
▪ 无磁钢：没有铁磁性从而不能被磁化的稳定奥氏体钢。Fe-MnAl-C系列奥氏体，其电磁性能(磁导率)，组织稳定，力学性能 优良，磁导率低而电阻率高，在磁场中的涡流损耗极小。
铁碳合金二元相图
LOGO
精品课件
1
纯铁
▪ 屈0~270MPa
纯
▪ 伸长率(δ)：30％~50％
铁
▪ 断面收缩率(ψ)；70％~80％
的 冷
▪ 冲击韧度(αK)；160~200J/cm2
却
▪ 硬度HBS：50~80
曲
▪ 纯铁的塑性韧性好，但强度硬
▪ 简化的铁碳相图
▪ 对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较 快，所以包晶偏析并不严重。但对于高合金钢来说，合金元 素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析。
▪ 包晶偏析造成钢凝固剩余有δ相，其与γ相致密度不同会造成
巨大的组织应力，使铸坯出现热裂纹，尤其对连铸坯，这种
包晶钢的热裂纹仍是精一品课个件 需要克服的难题。
▪ 主要用于海水淡化。
精品课件
8
渗碳体
▪ 渗碳体(中间相-尺寸因素化合物-间隙化合物)： 当铁碳合金中碳含量超过它在铁中的溶解度限度 时，多余的碳主要和铁形成的一种具有复杂晶格 的金属化合物Fe3C。是它的碳质量分数Wc=6.69％。
▪ 渗碳体性能：其力学性能特点是硬度高(约
800HBW)，脆性大，塑性几乎为零。
▪ 无磁钢的用途：
▪ （1）石油钻井无线随钻侧斜系统(MWD)：是在油田钻井过程 中的专业定向仪器。一般用于定向井，而定向井需要测斜度及 方位的，测斜时仪器在无磁钻具内部可以免受外界磁场的影响 从而保证结果的准确性。
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600700800900
F 温度/
℃Fe-Fe 3C 合金相图
Fe K
D
1、铁素体：碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F 或α表示。
碳在α-Fe 中的溶解度很低，因此，铁素体的机械性能与纯铁相近，其强度、硬度较低，但具有良好的塑性、韧性。
2、奥氏体： 碳在γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A 或γ表示。
3、渗碳体： 渗碳体是一种具有复杂晶体结构的间隙化合物，它的分子式为Fe 3C ，渗碳体既是组元，又是基本相。
4、珠光体：用符号P 表示，它是铁素体与渗碳体薄层片相间的机械机械混合物。
5、莱氏体：用符号Ld 表示，奥氏体和渗碳体所组成的共晶体。
特性点符号 温度/℃ ωc （%）含义
A 1538 0熔点：纯铁的熔点
C 1148 4.3共晶点：发生共晶转变L4.3→Ld(A2.11%+Fe3C 共晶)
D 1227 6.69熔点：渗碳体的熔点
E 1148 2.11碳在γ-Fe 中的最大溶解度点
G 912 0同素异构转变点
S 727 0.77共析点：发生共析转变A0.77%→p(F0.0218%+Fe3C 共析)P 727 0.0218碳在α-Fe 中的最大溶解度点
Q 室温 0.0008室温下碳在α-Fe 中的最大溶解度。