铁碳合金相图考点分心

五、铁碳合金考点分析重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算。

基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。

铁素体：溶于α-Fe 中的间隙固溶体，为体心立方结构，常用符号F或α表示。

奥氏体塑性很好，具有顺磁性。

奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，为面心立方结构，常用符号A或γ表示。

δ铁素体：碳溶于体心立方晶格δ-Fe 中的间隙固溶体，以δ表示。

渗碳体：Fe3C，含碳量为ωC=6.69%，可用C m表示，具有很高的硬度，但塑性差，低温下具有一定的铁磁性。

Fe-Fe3C相图分析单相区——5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)——ABCD 以上区域δ固溶体区——AHNA 奥氏体区(γ或A)——NJESGN铁素体区(α或F)——GPQG渗碳体区(Fe3C)——DFKL直线以左两相区——7个7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：L+δ——AHJBAL+γ——BJECBL+Fe3C——DCFD 符T C % 说明A1538 0 纯铁的熔点B1495 0.53 包晶转变时液相成分C1148 4.30 共晶点D1227 6.67 渗碳体的熔点E1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度F1148 6.67 渗碳体的成分G912 0 纯铁α↔γ转变温度H1495 0.09 碳在δ-Fe中的最大溶解度J1495 0.17 包晶点K727 6.67 渗碳体的成分N1394 0 纯铁γ↔δ转变温度P727 0.0218 碳在α-Fe中的最大溶解度S727 0.77 共析点Q600 0.0057 600˚C碳在α-Fe中的溶解度δ+γ——HNJHγ+α——GPSGγ+ Fe3C——ESKFCEα+ Fe3C——PQLKSP+ Fe3C+三相区——3个包晶线——水平线HJB(Lδ+γ)共晶线——水平线ECF(Lγ+Fe3C)共析线——水平线PSK(γ+α+ Fe3C)包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反应式为：L B+δH→γJ式中L0.53——含碳量为0.53%的液相；δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体；γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即奥氏体，是包晶转变的产物。

含碳量在0.09~0.53%之间的合金冷却到1495℃时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。

共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应式为：L C→γE+Fe3C共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，用L d表示。

凡是含碳量大于 2.11%的铁碳合金冷却到1148℃时，都会发生共晶反应，形成莱氏体。

共析转变发生727℃（水平线PSK，也称为A1线），反应式为：γS→αP+Fe3C共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用字母P表示。

含碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至727℃时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形成珠光体。

Fe-Fe3C相图中的ES、PQ、GS三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：ES线（A cm线）是碳在奥氏体中的溶解度曲线。

奥氏体的最大溶碳量是在1148℃时，可以溶解2.11%的碳。

而在727℃时，溶碳量仅为0.77%，因此含碳量大于0.77%的合金，从1148℃冷到727℃的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体称为二次渗碳体(Fe3C II)。

PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。

727℃时铁素体中溶解的碳最多(0.0218%)，而在200℃仅可以溶解7×10-7%C。

所以铁碳合金由727℃冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3C III)。

由于三次渗碳体沿铁素体晶界析出，因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高的铁碳合金，三次渗碳体（含量太少）可以忽略不计。

GS线（A3线）是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中，铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素异晶转变的纯金属，其固溶体也具有同素异晶转变，但其转变温度有变化）。

五. 填图 1: A、B、C、D各是什么相区？写出共析反应式并指出在Fe－FeC相图中指出45、T8、T12钢的室温组织。

31．解：A：γ、B：L＋γ、C：α＋γ、D：γ+二次渗体2．共析反应式：γS→α+Fe3CP45钢的室温组织: α＋PT8钢的室温组织：PT12钢的室温组织：P＋二次Fe3C2.T12钢加热到Ac1以上，用下图的各种方法冷却，分析其所得到的组织。

2解：a ——M + A′+ Fe3CⅡb ——B下+ M +A′+ Fe3CⅡc —— B下 + Fe3CⅡ3.共析钢加热到相变点以上，用下图的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？a ——M + A′；b ——M + A′；c ——T + M + A′d —— B下；e —— S ；f —— P ；g —— P ；5.画出 Fe-Fe 3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P 、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK 各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。

C ：共晶点1148℃ 4.30%C ，在这一点上发生共晶转变，反应式：C Fe A Lc E 3+⇔，当冷到1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体()()C Fe A Le E 3+→E ：碳在Fe -γ中的最大溶解度点1148℃ 2.11%C G ：Fe Fe -⇔-γα同素异构转变点（A 3）912℃ 0%C H ：碳在Fe -δ中的最大溶解度为1495℃ 0.09%C J ：包晶转变点1495℃ 0.17%C 在这一点上发生包晶转变，反应式：J H B A L ⇔+δ当冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H 点成分的固相δ反应生成具有J 点成分的固相A 。

N ：Fe Fe -⇔-δγ同素异构转变点（A 4）1394℃ 0%C P ：碳在Fe -α中的最大溶解度点 0.0218%C 727℃ S ：共析点727℃ 0.77%C 在这一点上发生共析转变，反应式：c Fe F A p s 3+⇔，当冷却到727℃时从具有S 点成分的奥氏体中同时析出具有P 点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物——珠光体P （c Fe F p 3+）ES 线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm 温度线，随温度的降低，碳在奥化体中的溶解度减少，多余的碳以C Fe 3形式析出，所以具有0.77%～2.11%C 的钢冷却到Acm 线与PSK 线之间时的组织ⅡC Fe A 3+，从A 中析出的C Fe 3称为二次渗碳体。

GS 线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A 3线，GP 线则是铁素体析出的终了线，所以GSP 区的显微组织是A F +。

PQ 线：碳在铁素体中的溶解度曲线，随温度的降低，碳在铁素体中的溶解度减少，多余的碳以C Fe 3形式析出，从F 中析出的C Fe 3称为三次渗碳体ⅢC Fe 3，由于铁素体含碳很少，析出的ⅢC Fe 3很少，一般忽略，认为从727℃冷却到室温的显微组织不变。

PSK 线：共析转变线，在这条线上发生共析转变C Fe F A P S 3+⇔，产物（P ）珠光体，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。

5简述 Fe-Fe 3C 相图中三个基本反应：包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。

答：共析反应：冷却到727℃时具有S 点成分的奥氏体中同时析出具有P 点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物。

γ0.8−−→−æ727F 0.02+Fe 3C 6.69 包晶反应：冷却到1495℃时具有B 点成分的液相与具有H点成分的固相δ反应生成具有J 点成分的固相A 。

L 0.5+δ0.1−−→−æ1495γ0.16 共晶反应：1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物。

L 4.3−−→−æ1147γ2.14+ Fe 3C 6.695．何谓金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。

答：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。

5．为什么γ-Fe 和α- Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时，其体积如何变化？答：因为γ-Fe和α- Fe原子排列的紧密程度不同，γ-Fe 的致密度为74%,α- Fe的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时体积将发生膨胀。

5.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？答：铁素体（F）：铁素体是碳在Feα中形成的间隙固溶体，-为体心立方晶格。

由于碳在Fe -α中的溶解度`很小，它的性能与纯铁相近。

塑性、韧性好，强度、硬度低。

它在钢中一般呈块状或片状。

奥氏体（A ）：奥氏体是碳在Fe -γ中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。

因其晶格间隙尺寸较大，故碳在Fe -γ中的溶解度较大。

有很好的塑性。

渗碳体（Fe 3C ）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。

渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。

在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。

在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。

珠光体（P ）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

铁素体和渗碳体呈层片状。

珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。

莱氏体（Ld ）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。

在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。

由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。

5.Fe-Fe 3C 合金相图有何作用？在生产实践中有何指导意义？又有何局限性？答：①碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。

铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析等方面都有重要指导意义。

②为选材提供成分依据：C Fe F 3+相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规律，合金的性能决定于合金的组织，这样根据零件的性能要求来选择不同成分的铁碳合金；为制定热加工工艺提供依据：对铸造，根据相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏。

对于锻造：根据相图可以确定锻造温度。

对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性；对热处理：C Fe F 3+相图更为重要，如退火、正火、淬火的加热温度都要参考铁碳相图加以选择。